Анализ основ косвенного определения температуры бетона через опалубку с использованием теплоизолирующих накладок

Антохин П. И., магистр

Московский государственный строительный университет

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА КОСВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ БЕТОНА ЧЕРЕЗ ОПАЛУБКУ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩИХ НАКЛАДОК

Указанный МОТБ (метод определения температуры бетона), реализующий способ измерений температуры поверхности опалубки под теплоизолирующей накладкой посредством контактных датчиков представляет больший интерес, чем МОТБ с применением ИК (инфракрасной термометрии), поскольку позволяет устранить либо существенно уменьшить влияние дестабилизирующих факторов при определении температуры поверхности опалубки за счёт использования теплоизолирующей накладки.

Косвенный МОТБ с применением теплоизолирующих накладок известен уже более 10-ти лет [1,2,3,4,5], хотя широкого распространения не имеет. В виду отсутствия описания проведения подобных измерений в научно-технической литературе, вопросы об областях применимости такого метода, точности построечного определения температуры бетона и характере распределения температуры под накладками являются актуальными с позиций более детальных исследований.

Анализ основ косвенного определения температуры бетона через опалубку с использованием теплоизолирующих накладок

Техника выполнения измерений температуры бетона через опалубку с применением теплоизолирующей накладки предполагает:

- размещение датчика температуры на палубе опалубки под теплоизолирующей накладкой на всё время проведения наблюдений;

- периодическое считывание показаний при помощи переносного прибора- регистратора;

- удаление накладки с датчиком при окончании температурного контроля или перед распалубкой конструкции.

Практически реализованный термометрический комплект для выполнения косвенных измерений в качестве теплоизолирующей накладки полагает использовать «штатные» накладки или накладки из пенополистирола со стороной 100...150мм и толщиной 50мм, а также специальные температурные датчики в мягком защитном кожухе.

Теоретические основы способа косвенного определения температуры бетона с применением теплоизолирующих накладок строятся на следующих предпосылках:

- накладка уменьшает ветровую температурную инварианту в зоне контакта с поверхностью опалубки;

- накладка сглаживает температуры в месте размещения (частично компенсируются неоднородности температурных распределений при обогреве бетона линейными нагревателями - греющими проводами, электродами);

- закрывая внешнюю поверхность опалубки утепляющей накладкой, можно достичь такого местного распределения температур в прилегающих к опалубке под ней слоях бетона, при котором произойдет выравнивание температуры этих слоев с температурой бетона на некоторой глубине от поверхности (смещение изотермы).

Однако при этом много будет зависеть от геометрических параметров накладки:

- при малых её размерах не будет обеспечиваться должная адекватность температуры на поверхности бетона;

- при больших размерах накладки она будет работать как утеплитель, что приведет к более высокому разогреву бетона в зоне контакта с накладкой;

- при недостаточной толщине накладки температура на поверхности опалубки под накладкой может изменяться в зависимости от ветровой нагрузки в недопустимо больших пределах для точности измерений.

Исследования косвенного МОТБ направлены на поиск «универсальной» зависимости, позволяющей с достаточной степенью достоверности определять температуру бетона (t_б) по измеренной температуре под накладкой (t_п) при известной температуре наружного воздуха (t_нв). В ходе этих исследований выполнены:

- вычислительный эксперимент, на основе которого подбиралась оптимальная толщина накладки (при которой влияние скорости ветра на температуру поверхности опалубки под накладкой минимально);

- стендовые испытания, посредством которых уточнялся характер влияния размера накладок в плане на расчётную зависимость определения температуры бетона по температуре палубы под накладкой.

В результате теоретических исследований указывается, что толщина накладки из пенополистирола должна составлять не менее 40мм. При выполнении эксперимента на стенде (палуба толщиной 21мм) были получены следующие расчётные зависимости для определения температуры бетона:

1. Накладка 100x100x40мм:

t_б=t_п+2,694+0,594 (t_п-t_нв); S_r =±l,7°C; n =52 знач.

2. Накладка 150x150x40мм:

t_б=t_п+2,151+0,348 (t_п-t_нв); S_r =±0;87°C; n =12 знач.

3. Накладка 200x200x45мм:

t_б=t_п+1,184+0,212 (t_п-t_нв); S_r =±l,8°C; n =97 знач.

4. Накладка 250x250x50мм:

t_б=t_п+0,73+0,153 (t_п-t_нв); S_r = ±0,09°С; n =8 знач.

Здесь указывается также, что при, малых размерах накладок более точный результат дает линейный анализ (построение линейных корреляций), а при размерах накладки от 25x25см – анализ Фурье (решение стационарной (линейной) задачи теплопроводности).

Полученный результат позволяет сделать вывод, что обозначенные факторы влияний качественно верны, однако должного количественного обоснования применительно к построечным условиям выполнения работ не имеют. Например, при назначении «оптимальной» толщины накладки в качестве критерия оптимальности принята возможная ветровая температурная инварианта на поверхности палубы под накладкой, не превышающая 2°С, тем не менее, характер изменения этой величины детально не исследовался. Эксперименты, проводимые на стенде, дают оценку лишь для конкретного случая применения рассматриваемых накладок и палубы, что не отвечает вопросам практического применения их в производственных условиях. К тому же, как указывалось выше, к практическому применению рекомендуются накладки из пенополистирола со стороной 100...150мм при толщине 40...50мм, т.е. с вариацией размеров на одну расчётную зависимость, что может обуславливать существенные ошибки.

Таким образом, дальнейшие исследования рассматриваемого способа направлены на его теоретическое и экспериментальное уточнение с целью:

- установить характер возможных колебаний температуры поверхности палубы под накладкой от влияния скорости ветра (рекомендуемое термическое сопротивление накладки, исходя из требуемой точности определения температуры бетона, также назначается из условия, что ветровая температурная инварианта под накладкой не превышает 2°С);

- исследовать работу накладок из различных материалов на ограждениях различной толщины и материала, в т.ч. при различной плотности контакта накладки и датчика с палубой, установить величину смещения изотермы (локального увеличения температуры бетона под накладкой);

- установить величину суммарных ошибок (точность) косвенного МОТБ с применением теплоизолирующих накладок в производственных условиях.