Результаты теоретических исследований косвенного МОТБ с применением утепляющих накладок

В результате анализа данных производственных наблюдений и экспериментов работы [48], по рассматриваемым вопросам можно сделать следующие выводы:

Влияние внешних воздействий.

Скорость ветра в исследуемом диапазоне (0...10м/с) не оказывает существенного влияния на температуру палубы под накладкой из пенополистирола толщиной 30...50мм – колебания температуры палубы при этом не превышают точности измерений (0,5°С). Под накладками толщиной 10-20мм из гибких утепляющих материалов («Этафома») существенные колебания температуры палубы от действия ветра так же не наблюдаются - и на палубе из фанеры и на палубе из металла.

Также как и для метода с применением пирометров, существенным искажающим фактором является прямое облучение поверхности опалубки и накладки солнцем. При этом кратковременное воздействие солнечной энергии накладкой компенсируется и не вызывает существенных ошибок при последующем расчёте температуры бетона.

Длительный прямой нагрев опалубки и накладки внешними источниками тепла может вызывать недопустимо большие ошибки в определении температуры бетона. При внешнем обогреве конструкций теплогенераторами (при выдерживании конструкций в тепляках) температура бетона косвенным способом может быть определена достаточно корректно, если отсутствует циркуляция горячего воздуха вдоль поверхности палубы, на которой производятся измерения, а изменения температуры в тепляке происходят плавно (не более 5°С/ч).

Регистрацию температуры наружного воздуха по возможности следует производить непосредственно у места измерения или в зоне захватки обогрева. Неточности измерений температуры воздуха прямо отражаются на полученных расчётных значениях температур бетона (хотя и менее существенно, чем при расчётах по методу с применением ИК техники).

Влияние геометрии накладок и толщины палубы.

Полученные в работе [48] экспериментальные данные показывают, что изменение толщины накладки из пенополистирола в пределах 30...50мм практически не влияет на величину коэффициентов полученных уравнений, также как и изменение толщины фанерной палубы в пределах 18...21мм

Характер изменения расчётной зависимости при изменении размера накладок в плане в большей своей части подтверждает уже имеющиеся данные [19]. По сериям измерений на контрольных щитах для накладок из пенополистирола толщиной 30-50мм со стороной от указанного -1/+2см на ламинированной фанере толщиной 18-21мм выведены следующие расчётные уравнения:

а) Накладка 100x100мм: t_б=t_п +2,564+0,525(t_п-t_нв); S_r =l,48°C, n =34;

б) Накладка 150x150мм: t_б=t_п +2,103+0,3(t_п-t_нв); S_r =l,28°C, n =31;

в) Накладка200x200мм: t_б=t_п +l,604+0,231(t_п-t_нв); S_r =l,62°C, n =34;

г) Сплошное утепление 300x1000мм толщиной 50мм: t_б=t_п +1,2 l+0,138(t_п-t_нв); S_r =0,14°C, n =17.

Здесь также следует отметить, что при величине стороны накладки 250…300мм ещё сохраняются достаточно большие расхождения с теоретическими уравнениями по Фурье, которые для накладок толщиной 30, 40, 45 и 50мм имеют вид (для сравнения):

30мм: t_б=t_п +0,168(t_п-t_нв); 40мм: t_б=t_п + 0,132 (t_п-t_нв);

45мм: t_б=t_п +0,119(t_п-t_нв); 50мм: t _б=t_п +0,108(t_п-t_нв).

Совместная работа системы ограждение-накладка.

Стационарное распределение температур в системе ограждение-накладка устанавливается в течение 0,5...1,5ч (1...2ч) на фанере 18мм (21мм) в зависимости от величины температурной разности t_п-t_нв. Для металлической опалубки температура бетона практически равна измеренной на поверхности палубы под накладкой, независимо от размеров последней. При этом, для толстых металлических ограждений (толщина более 4мм) при малом значении t_п-t_нв (до 10°С) установление теплового равновесия может занимать несколько часов, но в большинстве иных случаев не более получаса.

Величина локального увеличения температуры под накладкой как и величина смещения изотермы, зависит от множества непостоянных факторов, (например, от толщины палубы толщины и размеров накладки, равномерности распределения температур в бетоне) и не может быть достаточно точно охарактеризована конкретным числом или выражением. Тем не менее, её можно, описать, частным выражением для конкретных условий проведения эксперимента.

Влияние конструкции накладки

Применение накладок в построечных условиях из различного материала показало, что наиболее стабильные результаты на палубах из фанеры получаются при использовании жёстких накладок из обычного (типа «ПСБ») и экструдированного (типа «Пеноплекс») пенополистирола. При этом многое зависит от сплошности контакта накладки с палубой и степени прижатия датчика температуры к палубе.

Лёгкие накладки из обычного пенопласта с ровной контактирующей поверхностью за счёт выраженного статического притяжения создают благоприятные условия на контакте с ограждением даже при слабом креплении накладок, однако они недолговечны (5...10 оборотов). На поверхности накладок из экструдированного пенополистирола из-за их меньшей упругости быстро образуются неровности, препятствующие сплошности контакта накладки с палубой, на который также сильно влияют и неровности на самой палубе. Это обстоятельство требует наличия ровных контактирующих поверхностей и обеспечения достаточно плотного крепления накладок. Применение различных «уплотняющих вставок» в целом проблему не решает – при устранении сквозных продухов сплошность контакта не обеспечивается.

Практика использования на ограждениях из фанеры накладок из гибкого утеплителя (например, из 2-х слоев «Этафома» 150x150x20мм) свидетельствует, что эти накладки дают нестабильные показания от серии к серии, не вызванные ветровой нагрузкой. Тем не менее, накладки такого типа надежно работают на металлических палубах и позволяют выполнять измерения на криволинейных поверхностях, когда значение температуры под накладкой приравнивается к температуре поверхности бетона.

Наблюдения, показали, что плотность контакта поверхностей палубы и накладки, палубы и датчика, имеет большое значение. К дальнейшему исследованию (и оценке точности) были приняты двухслойные накладки 100х100х(40+10)мм - с несущей основой из жёсткого пенополистирола толщиной 30-40мм и мягкой прослойкой «Этафома» толщиной 10мм на границе контакта с палубой. Такая конструкция показала наиболее устойчивую работу в производственных условиях (обеспечивает надёжный контакт датчика с палубой без образования зазоров, в том числе при неровностях палубы или жёсткой части накладки).

Также необходимо отметить, что для целей косвенных измерений под накладками должны использоваться малогабаритные температурные датчики, которые, обеспечивая надёжный контакт с палубой, не препятствуют при этом плотности контакта утепляющей накладки с палубой. Так, например, в экспериментах использовались датчики в гибкой резиновой трубке диаметром 3мм.

Расчётная зависимость для определения температуры бетона и оценка точности.

Для накладок малых размеров должна использоваться надёжная эмпирическая расчетная зависимость, позволяющая учитывать конструкцию и условия работы применяемых теплоизолирующих накладок. Для случая выполнения измерений под сплошным слоем утепления (или накладкой со стороной более 300мм) температура бетона может быть найдена по аналитической зависимости на основе стационарного уравнения Фурье теплопроводности первого рода.

Поскольку каждая расчётная зависимость косвенного МОТБ с применением накладок может получаться:

- для конкретного типа накладки и условий её работы;

- для одного или нескольких типов палубы и её толщины;

- для определённых условий проведения контрольных измерений;

то для каждой расчётной зависимости всегда должны указываться:

- тип накладки неё исходные геометрические размеры;

- толщина и материал палубы, на которой выполнялись опорные измерения;

- внешние условия, характер (либо описание приёмов) крепления накладок к палубе;

- условия получения расчётной зависимости: точность измерительных приборов, количество пар данных, количество КТ, температурный диапазон по разности t_б-t_нв;

- стандартные и максимальные ошибки полученной зависимости;

- нормальный диапазон применимости, характеризующий возможность работы формулы пересчёта без потери точности с другими от указанных параметрами толщин палуб, накладок, точности измерительных средств и т.п., либо расширенный диапазон применимости с установлением дополнительного поля ошибок.

Ошибки определения температуры бетона при косвенном МОТБ с применением накладок складываются:

- из ошибок измерительных средств;

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

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

- 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 поддаётся регулированию преимущественно за счёт оптимизации расчётной зависимости и стандартизации (единообразия) производственных условий выполнения измерений. За счёт точности измерений температуры (палубы и воздуха) и приборной точности величина ошибок метода поддаётся регулированию в меньшей степени.

3.3 Исследование метода определения температуры бетона с использованием температурных датчиков

На современном этапе технического развития, где высоко ценятся низкая трудоёмкость, высокая оперативность измерений, удобные средства хранения и обработки информации, система беспроводного мониторинга является одной из самых передовых и удобных технологий определения температуры бетонной смеси.