Результаты исследований косвенного МОТБ с применением пирометров

В результате анализа данных производственных наблюдений и экспериментов работы [44], по рассматриваемым вопросам можно сделать следующие выводы:

1. Особенности выполнения измерений.

При выполнении ИК измерений необходимо учитывать указанные в п.3.1.1 особенности для предотвращения значительных ошибок в определении температуры поверхности палубы. Нужно избегать возможных помех в поле визирования, непременно добиваться положения пятна измерений строго на палубе между смежными рёбрами или балками опалубки. На палубе, в местах замеров, не должно быть сильных повреждений (пропилов, отслоений), грязи, налипшего бетона и толстой плёнки цементного молока.

Ввиду возможных «осечек» прибора, которые могут происходить достаточно часто, следует применять дублирование измерений.

Для повышения точности определения температуры бетона предъявляются определённые требования к выполнению измерений температуры воздуха. Она должна определяться у наблюдаемых конструкций в зоне выполнения основных измерений по палубе, особенно если конструкции прогреваются в условиях слабой конвекции (большая группа близко расположенных стен или колонн, перекрытие, опёртое на 3-4стены по контуру и т.п.).

2. Влияние внешних воздействий.

При скорости ветра, менее 0,5м/с расчёты выполняются достаточно корректно, причём время установления стационарного распределения температур не превышает 1 часа для небольшого значения температурной разности t_б-t_нв (менее 10°С) и около 20мин для большей температурной разности. Также следует отметить, что при небольших значениях t_б-t_нв температура поверхности, в основном, обусловлена влиянием внешних дестабилизирующих факторов:

Однако уже при скоростях ветра 0,5...1м/с можно наблюдать характерные возмущения температур, которые ещё компенсируются расчётом, учитывающим скорость ветра.При увеличении скорости ветра свыше 1м/с, который, как правило, имеет порывистый характер, расчёты дают неверные результаты. Это можно объяснить нарушением стационарного распределения температур по толщине ограждения за счёт ветровой инварианты. Температура поверхностных слоев ограждения может быстро снижаться под воздействием порывов ветра, но восстановление относительно стационарного состояния затем занимает значительное время.Такая выраженная односторонняя инерционность характерна, для наиболее распространенного материала опалубки – фанеры.

Фанера с пластиковым покрытием ещё более чувствительна к наличию ветра по сравнению с обычной ламинированной – заметные скачки температур наблюдаются уже при скорости ветра 0,5м/с, а ошибки в определении температуры бетона при этом могут достигать 10-ти градусов.

Для металлической опалубки столь выраженного эффекта не наблюдается. Кроме того, для металлической палубы характерно практически полное совпадение как фактических, так и расчётных значений температур бетона с измеренными на внешней поверхности опалубки за счёт очень низкого термического сопротивления ограждения. Однако, несмотря на незначительность влияния скорости ветра на температуру поверхности в расчётном плане, в практических наблюдениях это влияние прослеживается вполне отчётливо.

Существенным искажающим фактором является прямое облучение поверхности опалубки солнцем, в этом случае, когда измерена температура нагретой солнцем палубы, расчеты температуры бетона будут происходить с недопустимо большой ошибкой в сторону её завышения.

Недопустимо большие ошибки в определении температуры бетона будут и при любых других внешних воздействиях, вызывающих кратковременный или длительный нагрев наружной поверхности палубы: это и отражённый солнечный свет, и интенсивное тепловое излучение (в т.ч. ИК) от промышленных нагревательных установок, и тёплый воздух от теплогенератора. Следует отметить, что при внешнем обогреве конструкций теплогенераторами (при выдерживании конструкций в тепляках) температура бетона косвенным способом может быть определена достаточно корректно, но только если тепляк достаточно большой (отсутствует циркуляция горячего воздуха вдоль поверхности палубы, на которой» производятся измерения), а изменения температуры в тепляке происходят плавно (не более 5°С/ч).

4. Оценка точности.

Ошибки определения температуры бетона будут складываться:

- из ошибок измерительного прибора;

- из производственных ошибок при измерении температуры палубы и температуры воздуха возле конструкции;

- из ошибок, связанных с несоответствием расчётных и фактических температурных распределений в толще ограждения на момент измерений;

- из степени увеличения ошибок (t_п2-t_п1)/(t_б2-t_б1) связанной с величиной коэффициента перевода расчётной зависимости, и увеличивающейся при увеличении t_б-t_нв.

При этом точность метода будет повышаться преимущественно за счёт снижения ошибок первых трёх типов посредством соблюдения правил выполнения измерений. В определенной мере повышению точности должно способствовать использования, экспериментальных зависимостей вместо аналитических.

3.2 Исследование метода косвенного определения температуры бетона через опалубку с использованием теплоизолирующих накладок

Указанный МОТБ, реализующий способ измерений температуры поверхности опалубки под теплоизолирующей накладкой посредством контактных датчиков представляет не меньший интерес, чем МОТБ с применением ИК термометрии, поскольку позволяет устранить либо уменьшить влияние дестабилизирующих факторов при определении температуры поверхности опалубки за счёт использования теплоизолирующей накладки.

3.2.1 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 [51], а также специальные температурные датчики в мягком защитном кожухе (рис. 3.7).

 

 

 

Рис. 3.7 Размещение температурного датчика и теплоизолирующей накладки на палубе опалубки при косвенном определении температуры бетона.

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 (рис. 3.8.а);

- 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 (рис. 3.8.б).

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.

Рис. 3.8Влияние размера теплоизолирующей накладки: а) - на изменение температуры поверхности опалубки в зависимости от ветровой нагрузки; б) - на характер температурных распределений на границе бетон-опалубка-накладка.

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).

Дальнейшие исследования рассматриваемого способа направлены на его 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.