SYSTEM SYMULACJI I MONITOROWANIA BETONU W KONSTRUKCJI

Cel zastosowania systemu:

  • Symulacja rozkładu temperatur wewnątrz konstrukcji,

  • Symulacja rozkładu naprężeń termicznych w konstrukcji,

  • Zapobieganie zarysowaniu konstrukcji wynikającego ze zbyt dużego gradientu temperatur,

  • Optymalny dobór sposobu pielęgnacji,

  • Monitoring temperatur wewnątrz konstrukcji.

Zakres zastosowania systemu:

  • Masywne płyty denne i fundamentowe,

  • Masywne elementy obiektów mostowych,

  • Inne masywne elementy konstrukcji (ściany, słupy, belki),

  • Zapory, oczyszczalnie ścieków.

Rys. 1.  Wyniki symulacji rozwoju temperatury wewnątrz konstrukcji.

 

Opis systemu:

W wyniku analizy procesów cieplnych zachodzących w twardniejącym betonie istnieje możliwość oszacowania:

  • rozkładu naprężeń termicznych,

  • gradientu temperatur w elemencie,

  • „dojrzałości” betonu

  • przybliżonej wytrzymałości na ściskanie.

W trakcie twardnienia betonu, na skutek procesów hydratacji cementu, wydzielane jest ciepło, w wyniku czego powstają naprężenia termiczne, które są skutkiem różnicy temperatur wewnątrz konstrukcji. Przekroczenie przez naprężenia wewnętrzne w masywie betonowym wytrzymałości betonu na rozciąganie skutkuje pojawieniem się mikrospękań. Ich propagacja w czasie umożliwia dostęp czynników korozyjnych do wnętrza betonu. Procesy korozyjne działające w betonie obniżają trwałość konstrukcji, a w konsekwencji mogą prowadzić do jej zniszczenia. Dodatkowo propagacja spękań prowadzi do utraty monolityczności konstrukcji.


Podstawowymi celem kontroli właściwości betonu w początkowym okresie twardnienia jest zapobieżenie powstawaniu zbyt dużej różnicy temperatur wewnątrz ustroju – ma to nie dopuścić do powstania rys termicznych.


System do monitorowania betonu w konstrukcji składa się z trzech modułów:

  • Modułu do badania kalorymetryczności betonu;

  • Systemu symulacji rozkładu temperatury i naprężeń termicznych oraz „dojrzałości“ betonu w konstrukcji;

  • Systemu zdalnego monitorowania temperatury betonu w konstrukcji i warunków pielęgnacji.

 

Rys. 2. Pomiar kalorymetryczny

 

Rys. 3. Ciepło hydratacji

 

 Rys. 4. Analiza temperatury betonu w przekroju konstrukcji

 

Rys. 5. Analiza dojrzałości betonu w przekroju konstrukcji

 

System pozwala na:

  • Symulowanie zachowania się betonu w konstrukcji – na podstawie wprowadzonych danych, dotyczących m.in. właściwości mieszanki betonowej, geometrii elementu, warunków deskowania, przewidywanych warunków atmosferycznych (wiatr, temperatura, wilgotność), przewidywanego sposobu pielęgnacji - uzyskanie przewidywany rozkładów temperatur i naprężeń w elemencie. Szacowane są również „dojrzałość” betonu i przyrost wytrzymałości na ściskanie w czasie. Informacje te pozwalają na oszacowanie czy beton w konstrukcji będzie zachowywał się zgodnie z założeniami projektowymi oraz czy w danym elemencie będą powstawały zbyt wysokie naprężenia termiczne. Informacje te pozwalają na zapobieganie powstawaniu mikrospękań w rzeczywistych konstrukcjach np. przez wprowadzenie systemu chłodzącego lub zastosowanie właściwej pielęgnacji.

  • Monitorowanie temperatury betonu w rzeczywistych konstrukcjach – kontrolowanie rozkładu temperatur w betonie i warunków otoczenia, pozwala na bieżące wprowadzanie korekt dotyczących warunków pielęgnacji np. przez zmianę docieplenia elementu w celu obniżenia istniejących gradientów temperaturowych miedzy środkiem elementu a jego powierzchnią.

  • Pełniejsze doradztwo technologiczne w zakresie: doboru odpowiedniej receptury betonu, doboru składników, zaplanowaniu sposobu betonowania konstrukcji, wyboru rodzaju pielęgnacji, określenia właściwego momentu rozdeskowania.

 

 Rys. 6. Schemat systemu symulacji i monitorowania betonu w konstrukcji.

Przykłady zastosowania systemu:

  • Płyta fundamentowa Elektrowni Bełchatów,

  • Płyta fundamentowa Elektrowni Kozienice,

  • Fundament Sośnica,

  • Korek pod fundament Muzeum II Wojny Światowej w Gdańsku

 

 Fot. 1. Betonowanie płyty fundamentowej Elektrowni Bełchatów.

 

Fot. 2. Betonowanie fundamentu Sośnica.

 


Fot. 3. Betonowanie fundamentu Sośnica.