Локальное использование беспроводной системы температурно-прочностного мониторинга бетонной смеси
В ходе рассмотрения комплексного решения был проведен анализ распределения температур при твердении бетонной смеси, включающий следующие этапы:
Определение количества теплоты, выделяемого при протекании экзотермического процесса гидратации цементных систем;
Обобщение рассмотренных данных из отечественных и зарубежных литературных источников по кинетике тепловыделения вяжущих и бетонов;
Верификация модели при бетонировании плиты, стен и колонн объекта - «Плавательный бассейн МГСУ» по адресу: г. Москва, Ярославское шоссе, вл. 26», включающая компъютерное моделирование и расчет конструкции в соответствии с математической моделью в верифицированном программном комплексе ANSYS, а также мониторинг процесса твердения плиты, стен и колонн с использованием системы беспроводного мониторинга.
При моделировании в ANSYS учитывалась симметрия конструкции и рассматривалась 1/4 часть плиты. Для моделирования бетона, опалубки и металлических трубок использовались объемные КЭ типа SOLID70, арматура моделировалась КЭ типа LINK33. Всего в модели 72850 SOLID70 и 3328 LINK33. Для удобства ввода граничных условий применены поверхностные элементы SURF152. Для решения верификационной задачи в качестве граничных условий учитывался конвективный теплообмен между средой и поверхностью конструкции, а также задавалась температура внешней границы. Температура среды и внешней границы изменялись исходя из данных экспериментальных исследований. Коэффициенты теплоотдачи для всех поверхностей принимались разными.
Прототип системы мониторинга представляет собой беспроводную сенсорную сеть, основанную на системе ML-SM (рис. 4.4), и включает разработанные и адаптированные специально для условий монолитного производства датчики, позволяющие производить измерения температур внутри бетонного массива без необходимости устройства скважин (рис. 4.5).
Рис. 4.4. Установка элементов системы мониторинга перед бетонированием плиты
Рис. 4.5. Герметичный датчик одноразового использования для мониторинга теплового потока в толще бетонного массива
В соответствии с периодом, заданным в настройках системы, беспроводной узел автоматически выполняет нормализацию, фильтрацию, аналого-цифровое преобразование и первичную обработку сигналов с подключенных к нему внешних датчиков, а также диагностику возможных неисправностей (в частности, обрыв контакта или короткое замыкание в соединениях датчиков). Далее, полученные значения отправляются в виде пакета с цифровыми данными по радиоканалу беспроводному шлюзу. Период опроса датчиков может быть в диапазоне 5 с...1 ч.
На основании результатов, полученных в процессе мониторинга (см. Приложение 2) можно сделать вывод, что моделируемый характер прогрева плиты оказался качественно и количественно близок к данным экспериментальных исследований. В частности, нижние слои плиты нагреваются сильнее верхних и зон влияния опалубки; расчетные и экспериментальные графики температур практически идентичны, что позволяет сделать вывод об эффективности предложенного комплексного подхода, основанного на моделировании и мониторинге состояния монолитных конструкций при оперативном управлении производственными процессами.