關(guān)于溫度對閉氣試驗(yàn)結(jié)果影響的初步探討

黃凱鋒?黃柳萍?呂金靜?黃明偉?廖煥鑫

簡要介紹目前國內(nèi)給水管道閉氣試驗(yàn)的使用情況，指出了現(xiàn)行給水管道閉氣試驗(yàn)方法中，環(huán)境溫度改變對試驗(yàn)結(jié)果造成的影響，并進(jìn)行初步分析。

引言

混凝土排水管道閉氣試驗(yàn)在國外已有應(yīng)用，而在我國應(yīng)用并未得到廣泛應(yīng)用。閉氣試驗(yàn)有利于節(jié)約水資源、節(jié)約時(shí)間、縮短工期，解決冬季和寒冷地區(qū)及水資源缺乏地區(qū)施工管理的質(zhì)量檢驗(yàn)，應(yīng)用此方法能在一小時(shí)內(nèi)完成一條管道（兩管井之間）的質(zhì)量檢測。和閉水試驗(yàn)相比，效率提高四十多倍，成本僅為閉水實(shí)驗(yàn)費(fèi)用的9%，且操作簡單，設(shè)備簡單，檢驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確。

目前，國家對鋼筋混凝土無壓管道閉氣檢驗(yàn)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)閉氣時(shí)間為：管道DN300，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間145〃s；管道DN400，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間230〃s。本實(shí)驗(yàn)小組就是在這樣的社會背景下進(jìn)行此次閉氣實(shí)驗(yàn)研究，考慮到在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的可行性，本次改用兩根四米長的鋼管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)以混凝土管道閉氣實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)作為參考，并進(jìn)行修正。

實(shí)驗(yàn)操作：

1.在室內(nèi)溫度T=30℃的條件下，往鋼管中充氣加壓，至壓力表數(shù)值為0.1MPa，靜置一小時(shí)。每隔10min記錄一組數(shù)據(jù)，記錄十組，觀察壓力表數(shù)值變化的規(guī)律；

2.在步驟1相同的條件下，往鋼管中充氣加壓，至壓力表數(shù)值分別達(dá)到0.1MPa、0.08MPa、0.06MPa、0.04MPa、0.03MPa，搬至室外，在室外T=39℃的條件下靜置一小時(shí)。每隔5min記錄一組數(shù)據(jù)，觀察不同起始壓力下的壓力數(shù)值的變化，并分析溫度的變化是否對試驗(yàn)結(jié)果造成影響，有何影響；

數(shù)據(jù)處理及分析：

1.溫度T=30℃下的鋼管每10min漏氣量的折線圖：

從折線圖中可以看出，前30min壓力數(shù)值下降較快，說明管道內(nèi)壓力較高時(shí)，鋼管的漏氣速率較快；后30min壓力數(shù)值的變化速率減小，說明隨著壓力降低，鋼管漏氣速率逐漸下降。

從微觀角度來說，在管道中，氣體分子碰撞管道內(nèi)壁產(chǎn)生沖擊力，形成了氣體壓力。由分子動理論可知：壓力越大氣體分子密集程度就越高。在同樣大小的管道內(nèi)，分子數(shù)目越多，壓力數(shù)值越大，則在相同的漏點(diǎn)和相同的時(shí)間內(nèi)，通過漏點(diǎn)流出的氣體分子數(shù)越多，壓力數(shù)值下降的速率也就越快；反之亦然。

2.相同起始壓力下，T=30℃和T=39℃下的鋼管每10min壓力值的折線圖：

由上圖可得：相同的起始壓力P=0.1Mpa條件下，T=30℃條件下壓力值隨時(shí)間變化逐漸減小，而溫度T=39℃條件下壓力值隨時(shí)間變化逐漸增大。在其它條件相同的前提下可以得出，兩者差異是溫差這一變量所造成的?，F(xiàn)在以溫度T=30℃下壓力值為參考系，作出兩溫度下的壓力差曲線圖。

以T=30℃下的分子運(yùn)動作為參考系，不考慮該溫度下溫度對分子運(yùn)動的影響，則T=30℃下的漏氣量僅由鋼管自身漏點(diǎn)造成；而T=39℃時(shí)所增加的壓力值，則是漏點(diǎn)以及溫度變化兩者共同影響的結(jié)果。管道自身漏點(diǎn)造成鋼管的壓力值減小，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，管道一小時(shí)后的壓力值比初始值大。這說明：外界環(huán)境溫度升高導(dǎo)致管道壓力值增大，且由于外界環(huán)境溫度變化而增大的壓力值要大于由于管道自身漏點(diǎn)而減小的壓力值。

3.在室內(nèi)溫度T=35℃條件下將鋼管充氣至壓力P=0.1Mpa，然后搬至室外溫度T=39℃條件下靜置60min，再將此時(shí)管內(nèi)的氣壓放氣降壓至壓力P=0.1Mpa，然后搬至室內(nèi)（溫度T=30℃）靜置60min，得出的曲線圖如下：

根據(jù)曲線圖可以看出：在35℃升溫至39℃的過程中，在0min～25min內(nèi)，鋼管內(nèi)的氣體壓力不斷增大。

同理，由分子動理論可知，溫度越高，分子運(yùn)動越劇烈；分子運(yùn)動越劇烈，氣體壓力越大。故T=39℃下的分子比T=35℃的分子運(yùn)動更劇烈，壓力表數(shù)值上升。

在25min～60min內(nèi)，氣體壓力穩(wěn)定不變，分子運(yùn)動達(dá)到一個(gè)飽和的穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)分子處在恒定溫度t=39℃下。隨著時(shí)間的推移，分子逐漸進(jìn)入恒溫狀態(tài)。在60min后，將鋼管由原來的39℃室外環(huán)境搬至35℃室內(nèi)環(huán)境接著靜置60min。在60min～65min內(nèi)，由于溫度驟降，分子運(yùn)動速率明顯下降，壓力值明顯降低；在65min～115min內(nèi)，壓力值逐漸下降，但是下降速率比60min～65min的下降速率慢。

縱向?qū)Ρ龋?min～60min的任意時(shí)間段所升高的氣體壓力，60min～115min對應(yīng)的時(shí)間段內(nèi)的所降低的壓力數(shù)值并不一一對應(yīng)，比如0～10min內(nèi)的升高的氣體壓力為0.007Mpa，而60min～70min內(nèi)降低的氣體壓力為0.005Mpa。故該過程為不可逆過程，外界環(huán)境的影響不可忽略不計(jì)。

綜上所述，在實(shí)際工程中運(yùn)用閉氣試驗(yàn)檢驗(yàn)管道是否合格時(shí)，不可忽視外界環(huán)境溫度的改變，必須消除環(huán)境溫度變化對試驗(yàn)結(jié)果造成的影響，避免由于溫度變化導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生誤差，影響工程正常施工。

（作者單位：廣東工業(yè)大學(xué)）