การศึกษาอุณหภูมิเพิ่มแบบกักกันความร้อนในคอนกรีตหลา

Abstract

ความร้อนที่เกิดในโครงสร้างคอนกรีตหลาก่อให้เกิดการขยายตัวและการหดตัวไม่เท่ากันทั้งองค์อาคารเป็นเหตุให้เกิดการแตกร้าวและส่งผลต่อกำลังของโครงสร้างโดยส่วนรวม การแก้ปัญหาดังกล่าวกระทำโดยหาปริมาณความร้อนที่เกิดขึ้นในคอนกรีตหลาทั้งหมดแล้วศึกษาพฤติกรรมการกระจายและถ่ายเทความร้อนในองค์อาคารนั้นๆ งานวิจัยนี้ ได้ศึกษาการเกิดความร้อนในคอนกรีตด้วยการทดสอบพาอุณหภูมิเพิ่มแบบกักกันความร้อนโดยกำหนดตัวแปรหลัก คือ ประเภทของซีเมนต์ ปริมาณซีเมนต์ในส่วนผสม อัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์ และอุณหภูมิเริ่มแรกของคอนกรีต แล้วนำผลการเกิดความร้อนมาศึกษาการกระจายและการถ่ายเทความร้อนในองค์อาคารโดยการวิเคราะห์ตามวิธีการทางไฟไนท์เอเลเมนต์ที่ครอบคลุมถึงผลจากการนำ การนำและแผ่รังสีของความร้อนทั้งที่ผิวและในเนื้อคอนกรีตพร้อมทั้งพิจารณาถึงการดูดซับแสงแดด การระเหยของน้ำที่ผิวหน้า การดึงความร้อนออกด้วยท่อน้ำผ่าน และเงื่อนไขของเวลาตามขั้นตอนการก่อสร้าง การทดลองหาอุณหภูมิแบบกักกันความร้อน ใช้ปริมาตรคอนกรีต 50 ลิตร และหุ้มด้วยโฟมโดยรอบ แล้ววางไว้ในเตาอบที่ปรับอุณหภูมิรอบข้างให้เท่ากับอุณหภูมิในเนื้อคอนกรีตได้โดยอัตโนมัติ เพื่อจำลองสภาวะเสมือนของคอนกรีตหลา ความร้อนที่เกิดขึ้นจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นตามเวลา โดยจะเกิดอุณหภูมิสูงสุดที่ประมาณ 42-65 ชั่วโมงหลังการผสมคอนกรีต และหลังจากนั้นจะไม่เพิ่มอีกต่อไป จากผลการทดลองหาอุณหภูมิเพิ่มแบบกักกันความร้อนในคอนกรีตตามตัวแปรต่างๆ พบว่า อัตราส่วนของน้ำต่อซีเมนต์และอุณหภูมิเริ่มแรกของคอนกรีตมีผลต่อการเพิ่มความร้อนน้อยมาก แต่ปริมาณซีเมนต์ในส่วนผสมของคอนกรีตที่เพิ่มขึ้นอีกทุก 10 ก.ก./ลบ.ม. จะทำให้อุณหภูมิสูงสุดเพิ่มขึ้น 1 °ซ. ซีเมนต์ประเภทที่ I, III และ V จะให้อุณหภูมิสูงสุดในสัดส่วน 1.0, 1.1 และ 0.9 ตามลำดับ งานวิจัยนี้ได้สร้างสมการเพื่อกำหนดการเพิ่มอุณหภูมิแบบกักกันความร้อนที่เกิดขึ้นตามเวลา แล้วนำไปใช้ในการวิเคราะห์ทางไฟไนท์เอเลเมนต์เพื่อคำนวณหาความร้อนที่เกิดขึ้นในโครงสร้างหลังจากการเทคอนกรีตแล้วเสร็จ โดยจะเปรียบเทียบผลที่ได้กับงานวิจัยที่ผ่านมาทั้งการทดสอบและการวัดจริงเปรียบเทียบกับวิธีการคำนวณจากความร้อนของปฏิกิริยาไฮเดรชันในซีเมนต์ และเปรียบเทียบกับผลการวัดอุณหภูมิจากโครงสร้างคอนกรีตหลาที่ก่อสร้างแล้ว ผลจากการวิเคราะห์จากสมการอุณหภูมิเพิ่มแบบกักกันความร้อนจากงานวิจัยนี้ให้ค่าอุณหภูมิในโครงสร้างที่ต่ำกว่าค่าที่ได้จากการวัดจริงในตัวโครงสร้าง เนื่องจากที่เครื่องมือทดสอบที่ใช้ไม่อาจกักกันความร้อนที่ระเหยไปกับน้ำที่ใช้ผสมคอนกรีตได้ ด้วยวิธีการศึกษาเชิงตัวเลขพบว่า ควรใช้ตัวคูณประกอบ 1.7 ปรับค่าที่ได้จากการทดสอบตามวิธีในงานวิจัยนี้ จึงจะให้ค่าพยากรณ์อุณหภูมิในโครงสร้างที่เชื่อถือได้ตามสภาพจริง