WO2022090596A1 - Procedimiento y equipo de medida para detectar, de forma continua y no destructiva, el secado de una estructura de hormigón - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method and measurement equipment to detect, continuously and non-destructively, the drying of a concrete structure, which is included in the field of devices and methods to detect in real time and continuously water in the pores of a concrete structure subjected to heating.
- the object of the present invention is to determine in real time how the loss of water evolves at different depths, regardless of the number of faces exposed to heat and the dimension of the element or structure, without the need to measure changes in mass, with precision at the dryness level above 90%. This is particularly necessary in concrete structures of thermal, geothermal, nuclear or solar thermal power plants.
- an innovative application consists of using concrete as a solid means of storing thermal energy. This energy can come from waste heat recovery systems in industry or even from solar thermal power plants. The maximum working temperature can even reach 600 e C.
- the technology of refractories for industrial furnaces also contemplates the drying of the infrastructures before the operation at high temperatures.
- Refractory Engineering: Materials - Design - Construction Jentsch, C., whose author collects different drying curves depending on the installation and its maximum operating temperature. In turn, they collect reference values to operate at temperatures above 100 q C, whose thermal gradients vary depending on the type of material, whether it is conventional, light or dense refractory concrete with medium-low cement content.
- concrete is mainly composed of aggregates, cement and water. In the field of concrete, it is very common to use concrete dosages with water/cement ratios (w/c) around 0.4.
- the thermal behavior of concrete is mainly influenced by the aggregates, since these are arranged in a greater proportion on the matrix. Generally, 70% of the total volume of concrete is occupied by aggregates.
- patent application EP0655132 (A1) refers to a test probe intended to be applied to structural materials during the time of production and/or activity or when water damage has occurred in a building.
- the moisture measurement of the test probe can be performed without disturbance from external factors in monitoring the moisture drying process.
- said document describes at least two metal elements embedded inside the concrete structure, where said metal elements are intended to capture electrical resistance measurements, cables operatively connected to a data acquisition unit configured to process data from temperature and electrical resistance and a heat source configured to heat the concrete structure.
- the metallic elements are embedded in a casing that only allows the passage of water vapor, so the resistance measurements and consequent resistivity will be affected by the accumulation of water inside the casing during the measurements in the liquid phase, not allowing to obtain in real time the percentage of drying of the concrete portion where the measurement is executed.
- the described method does not claim measurements of electrical resistance at high temperature nor does it establish a relationship of changes between electrical resistance with temperature or thermal gradients simultaneously at different depths of the structure. DESCRIPTION OF THE INVENTION
- a drying method is described to detect, continuously and non-destructively, the drying of a concrete structure subjected to heating, comprising the steps: a) heating by at least one face of the concrete structure using a heat source, b) continuously measure the electrical resistance [Q] between at least one pair of metallic elements embedded inside the concrete structure, c) process the electrical resistance data [Q] through an acquisition unit, d) use the data processed in real time in the acquisition unit to determine jumps in time of the electrical resistance [Q] between metallic elements and identify:
- the pores of the concrete contain water in liquid phase and, as the material heats up, the water evaporates and evacuates to the outside and the pores are filled with air.
- Electrical conductivity of water is higher than that of air, as the material heats up the concrete becomes less conductive. Electrical resistance is inversely proportional to electrical conductivity.
- the procedure also preferably comprises a step of measuring temperature by means of thermocouples arranged between each pair of metallic elements, where said temperature measurements are processed by the data acquisition unit to help identify and/or verify each region described in step (d).
- the technical problem to be solved is to determine the level of drying and water loss of a concrete structure when subjected to high temperature.
- as many electrodes as necessary can be embedded and connected two by two, and as many thermocouples as necessary between each pair of electrodes.
- the method further comprises a step of determining the resistivity by means of the acquisition unit, thus allowing results to be compared between different geometries and materials or concrete structures, where the resistivity is determined by the expression:
- L is the distance between embedded metallic electrodes [m]
- the present invention describes a drying measurement equipment to detect, continuously and non-destructively, the drying of a concrete structure by means of the procedure described above, where said equipment comprises:
- a heat source configured to heat at least one face of the concrete structure.
- the measurement equipment further comprises at least one thermocouple arranged between at least every two metallic elements, where said thermocouple is intended to capture temperature measurements and is operatively connected to the acquisition unit to process the temperature data.
- the measurement equipment comprises a plurality of pairs of metallic elements, where each pair is provided with a thermocouple, thus allowing the creation of as many electrical circuits as are necessary to evaluate the loss of water throughout the entire depth of the structure. of concrete.
- the invention describes a concrete structure comprising:
- thermocouples arranged between each pair of metallic elements and adapted to capture temperature measurements between each pair of metallic elements
- - high temperature stable cables connected to the metallic elements and operatively connected to a data acquisition unit configured to process electrical resistance [Q] and temperature data, said acquisition unit arranged outside the structure and configured to determine electrical resistance time jumps and identify: a liquid phase region where electrical resistance [Q] drops , because the water in the concrete pores is still predominantly in a liquid phase with high electrical conductivity, and/or a vapor phase region where the electrical resistance [Q] rises sharply due to vaporization of the concrete pore water breaking its electrical conductivity, and/or a stable region where the percentage of loss of liquid water or drying of the concrete exceeds 90%, thus allowing continuous determination of how the percentage of drying of the concrete structure evolves in each pair of elements metals from jumps in electrical resistance [Q] over time.
- Figure 1 Shows a schematic view of a first embodiment of the invention on a laboratory scale, illustrating a concrete block, a thermocouple, heat sources and a pair of metal elements operatively connected to a data acquisition unit by shock resistant cables. high temperatures.
- Figure 2A Shows a diagram of multiple metallic elements arranged inside a concrete structure and operatively connected to a data acquisition unit by means of connections C1-C5.
- Figure 2B. Shows a perspective view of a second embodiment of the invention where a concrete structure is illustrated provided with a plurality of pairs of metallic elements where each pair is provided with a thermocouple, and a heat source that is applied on one side of the concrete structure.
- Figure 3. Shows a graph where the electrical resistance and the temperature inside the concrete are represented with respect to the time subjected to a heat source, and where the jumps in electrical resistance are represented in each of the regions until its final drying .
- Figure 4. Shows a second graph where the electrical resistance and the percentage of drying of the concrete are represented with respect to the time subjected to a heat source, and where the electrical resistance jumps and the regions that are experienced due to water are represented. in the pores, evaporation and final drying.
- Figure 5. Shows a third graph where the change over time of the electrical resistance in each of the pairs of metallic elements arranged inside the concrete structure at different depths is represented.
- Figure 6. Shows a third graph where the change over time of the electrical resistance and temperature in each of the pairs of metallic elements arranged inside the concrete structure at different depths is represented.
- Figure 7.- Shows a fourth graph where the percentage of mass loss and the percentage of drying are represented over the time in which the concrete structure is subjected to a heat source.
- Figure 1 describes a preferred embodiment of the present invention on a laboratory scale of the drying measurement equipment for a concrete structure, where said measurement equipment comprises a pair of metallic elements (2) embedded inside of the concrete structure (1), where said metallic elements (2) are adapted to capture electrical resistance measurements [Q],
- the measurement equipment comprises cables (5) stable at high temperature operatively connected to a data acquisition unit (4) configured to process the electrical resistance values [Q] captured by at least the pair of elements metallic (2), and heat sources (6) configured to heat each face of the concrete structure (1).
- the measurement equipment further comprises a thermocouple (3) arranged between each pair of metal elements (2), where said thermocouple (3) is intended to capture temperature measurements and is operationally connected with the acquisition unit (4) to process the temperature data.
- the drying procedure to detect, continuously and non-destructively, the drying of a concrete structure (1) subjected to heating, using the measurement equipment of Figure 1, comprises at least the following stages: a) heating at least one face of the concrete structure (1) using a heat source (6), b) continuously measuring the electrical resistance [Q] between at least one pair of metallic elements ( 2) embedded inside the concrete structure (1), c) process the electrical resistance data [Q] through an acquisition unit (4), d) use the processed data in real time in the acquisition unit ( 4) to determine time jumps in electrical resistance [Q] between metallic elements and identify: a region of liquid phase where the electrical resistance [Q] drops, because the water in the concrete pores is still predominantly in phase liquid with high conductivity electrical activity, a vapor phase region where the electrical resistance [Q] rises abruptly due to the vaporization of the water in the concrete pores breaking its electrical conductivity, a stable region where the percentage of concrete drying exceeds 90%,
- the measurement process may also include a stage of measuring temperature by means of thermocouples (3) arranged between each pair of metallic elements (2), where said temperature measurements are processed by the data acquisition unit (3) to help identifying and/or testing each region described in step (d) referenced above.
- figure 3 shows the evolution of electrical resistance in concrete heated to 105 °C using a heating rate of 1 °C/min.
- the evolution of the temperature inside the concrete sample recorded by means of the thermocouple embedded in it is recorded. The first 24 hours of drying at 1OS'C are shown.
- Figure 2A shows a diagram of multiple metallic elements (2) arranged inside a concrete structure (1) and operatively connected to a data acquisition unit (4) by means of connections C1-C5.
- Figure 2B shows a perspective view of the embodiment of figure 2A, where the measurement equipment comprises a plurality of pairs of metallic elements (2), where each pair is provided with a thermocouple (3), thus creating as many electrical circuits are necessary to assess the loss of water along the entire depth of the concrete structure (1)-
- the heat source (6) is applied to only one of the faces of the concrete structure (1).
- the process for measuring the drying of the concrete structure will be equivalent for each pair of metallic elements to that described in the steps ad above, as shown in figures 5 and 6.
- the process additionally comprises a stage, which calculates the resistivity, thus allowing results to be compared between different geometries and materials or concrete structures, where the resistivity is determined by the expression:
- L is the distance between embedded metallic electrodes [m]
- Figure 7 shows a graph where the percentage of mass loss and the percentage of concrete drying are represented over the time in which the concrete structure is subjected to a heat source.
- it is not necessary to measure the loss of mass to obtain the percentage of drying of the concrete in each of the portions provided with pairs of metallic elements.
Abstract
Procedimiento y equipo de medida para detectar, de forma continua y no destructiva, cómo evoluciona el secado de una estructura de hormigón a distintas profundidades, independientemente del número de caras expuestas al calor y de la dimensión del elemento o estructura, donde dicho procedimiento comprende determinar saltos en el tiempo de la resistencia eléctrica [Ω] entre pares de elementos metálicos (2) dispuestos en el interior de la estructura e identificar una región de fase líquida donde la resistencia eléctrica [Ω] cae, debido a que el agua en los poros del hormigón está aun predominantemente en fase líquida con alta conductividad eléctrica, y/o una región de fase vapor donde la resistencia eléctrica [Ω] sube abruptamente debido a la vaporización del agua en los poros del hormigón rompiendo su conductividad eléctrica, y/o una región estable donde el porcentaje de perdida de agua líquida o secado del hormigón supera el 90%.
Description
PROCEDIMIENTO Y EQUIPO DE MEDIDA PARA DETECTAR, DE FORMA CONTINUA Y NO DESTRUCTIVA, EL SECADO DE UNA ESTRUCTURA DE HORMIGÓN
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un procedimiento y a un equipo de medida para detectar, de forma continua y no destructiva, el secado de una estructura de hormigón, que se engloba en el campo de dispositivos y procedimientos para detectar en tiempo real y de forma continua el agua en los poros de una estructura de hormigón sometida a un calentamiento. Cuando el hormigón se calienta se producen procesos fisicoquímicos que tienen lugar a distintas temperaturas, siendo el mayor riesgo la explosión del hormigón debido a la transformación del agua de los poros en estado líquido a vapor aumentando la presión en el interior del hormigón. El objeto de la presente invención es determinar en tiempo real como evoluciona la pérdida de agua en distintas profundidades, independientemente del número de caras expuestas al calor y de la dimensión del elemento o estructura, sin necesidad de medir los cambios de masa, con una precisión en el nivel de secado superior al 90%. Esto es particularmente necesario en estructuras de hormigón de centrales térmicas, geotérmicas, nucleares o termosolares.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Existen diversos campos en los cuales el hormigón se diseña para soportar altas temperaturas. Como ejemplos de este tipo están las estructuras de centrales energéticas tales como la geotérmica y la nuclear. En la primera, la infraestructura de hormigón extrae el calor procedente del interior de la tierra y, por ende, soporta temperaturas cercanas a los 300 qC. Respecto a las centrales nucleares, los reactores ubicados en el interior de edificios de contención están fabricados de hormigón. En el caso de que se produzca la rotura del núcleo, el flujo de calor incidiría de forma más agresiva sobre el hormigón que aumentaría su estrés térmico sobre las paredes de la estructura. Por otra parte, habría que tener en cuenta posibles fallos por refrigeración en las piscinas nucleares localizadas en el interior de la planta nuclear, con lo cual la temperatura podría aumentar hasta alcanzar los 250 °C, tal y como se recoge en Modelling of Concrete Behaviour al High Temperature, Edit. Springer., Millan, A. and Pimienta, P.
Existen otras aplicaciones en las cuales se emplean morteros y hormigones que deben resistir a altas temperaturas. Es el caso de los pozos geotérmicos de petróleo y gas cuya infraestructura puede operar con temperaturas entre 160 y 300 °C según recogen los autores en Geothermal drilling and completion, SPE International, (2015). Estas estructuras operan bajo condiciones de altas presiones y el efecto de la temperatura puede generar descensos en la resistencia mecánica del material.
Otros campos de aplicación son los túneles y edificios, cuyas infraestructuras están siendo mejoradas por seguridad ante riesgo de incendio. Durante un incendio el calentamiento rápido de la estructura expuesta a fuego puede llevar al desprendimiento de hormigón o explosión y acabar con el colapso de la misma.
Por otra parte, las condiciones ambientales también influyen en las prestaciones del hormigón en su respuesta frente al secado desde la etapa de fabricación, fraguado y a lo largo de su vida en servicio, tal y como recogen los autores en Influencia en la Resistencia a Compresión de Hormigones por Efecto de la Temperatura Ambiente, en Revista de la Construcción, vol. 5, ne 1 , pág. 56-61 , (2006), Gómez L, M.S. y Vidal A., S. Un ejemplo de este tipo se refleja en el hecho de que etapas estivales con altas temperaturas (>30eC) y ambientes secos conllevan a que se puedan generar fisuraciones en el hormigón que afectarán a su vida en servicio. Para evitar este problema, es preciso conocer en tiempo real cómo están vahando las propiedades térmicas y eléctricas en el interior de la estructura y actuar en consecuencia.
Sin embargo, a medida que avanza la tecnología en el campo de la construcción y las energías hacia un desarrollo sostenible, aparecen nuevas aplicaciones de sinergia entre ambos. De hecho, una aplicación innovadora consiste en emplear el hormigón como medio sólido de almacenamiento de energía térmica. Esta energía puede proceder de sistemas de recuperación de calor residual en la industria o, incluso, de centrales termosolares. La máxima temperatura de trabajo puede llegar a alcanzar incluso los 600eC.
Por otra parte, la tecnología de refractarios de hornos industriales también contempla el secado de las infraestructuras antes de la operación a elevadas temperaturas. En el documento “Ingeniería de refractarios: Materiales - Diseño - Construcción”, Jentsch, C., cuyo autor recoge distintas curvas de secado en función de la instalación y su máxima temperatura de operación. A su vez, recogen valores de referencia para operar a temperaturas superiores a 100qC, cuyos gradientes térmicos varían en función del tipo de material, ya sea hormigón refractario convencional, ligero o denso con contenido medio-bajo de cemento.
En cuanto al material, el hormigón está compuesto principalmente por áridos, cemento y agua. En el campo del hormigón es muy común utilizar dosificaciones de hormigón con relaciones agua/cemento (w/c) en torno a 0.4. El comportamiento térmico del hormigón está principalmente influenciado por los áridos, ya que estos se disponen en mayor proporción sobre la matriz. Generalmente, el 70% del volumen total de hormigón está ocupado por áridos.
Cuando el hormigón se calienta se producen procesos fisicoquímicos que tienen lugar a distintas temperaturas. Sin embargo, durante el calentamiento hasta 100 °C el mayor riesgo de explosión de la estructura se debe al agua líquida que se transforma en vapor en los poros. El aumento de temperatura y la generación de vapor lleva consigo un aumento de presión causando tensiones internas. Por este motivo, se precisa secar la infraestructura de hormigón antes de comenzar con la exposición a alta temperatura para evitar riesgos en el material y, por consiguiente, en la infraestructura.
Por ejemplo, la solicitud de patente EP0655132 (A1 ) se refiere a una sonda de prueba destinada a ser aplicada en materiales estructurales durante el momento de la producción y / o actividad o cuando se ha producido un daño por agua en un edificio. La medición de la humedad de la sonda de prueba se puede realizar sin alteraciones de factores externos en el seguimiento del proceso de secado de la humedad.
Más en particular, dicho documento describe al menos dos elementos metálicos embebidos en el interior de la estructura de hormigón, donde dichos elementos metálicos están destinados a captar medidas de resistencia eléctrica, cables operativamente conectados a una unidad de adquisición de datos configurada para procesar datos de temperatura y resistencia eléctrica y una fuente de calor configurada para calentar la estructura de hormigón. Los elementos metálicos están embebidos en una carcasa que solo permite el paso de vapor de agua, por lo que las medidas de resistencia y consiguiente resistividad se verán afectadas por acumulación de agua dentro de la carcasa durante las medidas en la fase líquida, no permitiendo obtener en tiempo real el porcentaje de secado de la porción de hormigón donde se ejecuta la medición. Sin embargo, el método descrito no revindica medidas de resistencia eléctrica a alta temperatura ni establece relación de cambios entre resistencia eléctrica con temperatura ni gradientes térmicos simultáneamente a distintas profundidades de la estructura.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención pretende solucionar alguno de los problemas mencionados en el estado de la técnica. Más en particular, en un primer aspecto de la presente invención se describe un procedimiento de secado para detectar, de forma continua y no destructiva, el secado de una estructura de hormigón sometida a un calentamiento, que comprende las etapas: a) calentar por al menos una cara de la estructura de hormigón haciendo uso de una fuente de calor, b) medir de manera continua la resistencia eléctrica [Q] entre al menos un par de elementos metálicos embebidos en el interior de la estructura de hormigón, c) procesar los datos de resistencia eléctrica [Q] mediante una unidad de adquisición, d) utilizar los datos procesados en tiempo real en la unidad de adquisición para determinar saltos en el tiempo de la resistencia eléctrica [Q] entre elementos metálicos e identificar:
- una región de fase líquida donde la resistencia eléctrica [Q] cae, debido a que el agua en los poros del hormigón está aun predominantemente en fase líquida con alta conductividad eléctrica, y/o
- una región de fase vapor donde la resistencia eléctrica [Q] sube abruptamente debido a la vaporización del agua en los poros del hormigón rompiendo su conductividad eléctrica, y/o
- una región estable donde el porcentaje de perdida de agua líquida o secado del hormigón supera el 90%, e) determinar de manera continua mediante la unidad de adquisición de datos cómo evoluciona el porcentaje de secado del hormigón entre cada par de elementos metálicos a partir de los saltos de resistencia eléctrica [Q] en el tiempo, la región identificada y el comportamiento esperado de la estructura de hormigón utilizada.
Inicialmente, los poros del hormigón contienen agua en fase liquida y, a medida que el material se calienta, el agua se evapora y evacúa al exterior y los poros quedan llenos de aire. Como la conductividad eléctrica del agua es superior a la del aire, a medida que el material se calienta el hormigón se vuelve menos conductor. La resistencia eléctrica es inversamente proporcional a la conductividad eléctrica.
Por consiguiente, en la primera región de fase líquida antes de alcanzar los 100eC la resistencia eléctrica cae en el tiempo, sin embargo, a medida que el agua en los poros del hormigón se evapora la resistencia eléctrica [Q] sube abruptamente debido a la vaporización del agua en los poros del hormigón rompiendo su conductividad eléctrica.
Finalmente, se alcanza una región predominante estable con un salto limitado en la resistencia eléctrica en el tiempo, cuando el porcentaje de secado es ya superior al 90%.
De esta manera, comparando con datos y gráficas predeterminadas del hormigón utilizado, es posible determinar, a partir de los saltos de resistencia eléctrica en el tiempo, el porcentaje de secado en cada par de elementos metálicos. Esto se puede procesar en tiempo real en la unidad de adquisición.
El procedimiento, además, preferentemente comprende una etapa de medir temperatura mediante termopares dispuestos entre cada par de elementos metálicos, donde dichas medidas de temperaturas son procesadas por la unidad de adquisición de datos para auxiliar a identificar y/o comprobar cada región descrita en la etapa (d).
Como consecuencia, se puede determinar en tiempo real como evoluciona la pérdida de agua a través del material, independientemente del número de caras expuestas al calor y de la dimensión del elemento o estructura. Además, permite determinar en tiempo real el nivel de secado de la estructura sin necesidad de medir los cambios de masa. Esto hace que el método se pueda aplicar en estructuras reales de grandes dimensiones, disminuyendo la incertidumbre y acotando los tiempos de secado de esta.
Con esta monitorización se conoce el instante en el cual la estructura está seca y se puede iniciar el calentamiento de esta a temperaturas superiores y operar reduciendo riesgos de daños o explosión. El problema técnico que se trata de resolver es determinar el nivel de secado y pérdida de agua de una estructura de hormigón al ser sometida a alta temperatura.
En una realización preferente, se pueden embeber cuantos electrodos sean necesarios y conectarlos dos a dos, y cuantos termopares sean necesarios entre cada par de electrodos.
Preferentemente, el procedimiento comprende, además, una etapa de determinar la resistividad mediante la unidad de adquisición permitiendo así comparar resultados entre distintas geometrías y materiales o estructuras de hormigón, donde la resistividad se determina mediante la expresión:
S p = Re - - L donde: p es la resistividad del material [Q ■ m]
Re es la resistencia eléctrica medida [Q]
S es la superficie de electrodo metálico embebido [m2]
L es la distancia entre electrodos metálicos embebidos [m]
En un segundo aspecto la presente invención describe un equipo de medida de secado para detectar, de forma continua y no destructiva, el secado de una estructura de hormigón mediante el procedimiento arriba descrito, donde dicho equipo comprende:
- al menos un par de elementos metálicos embebidos en el interior de la estructura de hormigón, donde dichos elementos metálicos están adaptados para captar medidas de resistencia eléctrica [Q],
- cables estables a alta temperatura operativamente conectados a una unidad de adquisición de datos configurada para procesar de resistencia eléctrica [Q] captados por al menos el par de elementos metálicos,
- una fuente de calor configurada para calentar al menos una cara de la estructura de hormigón.
Preferentemente, el equipo de medida comprende, además, al menos un termopar dispuesto entre al menos cada dos elementos metálicos, donde dicho termopar está destinado a captar medidas de temperatura y está operativamente conectado con la unidad de adquisición para procesar los datos de temperatura.
En una realización preferente el equipo de medida comprende una pluralidad de pares de elementos metálicos, donde cada par está provisto de un termopar, permitiendo así crear cuantos circuitos eléctricos sean necesarios para evaluar la pérdida de agua a lo largo de toda la profundidad de la estructura de hormigón.
En un tercer aspecto la invención describe una estructura de hormigón que comprende:
- una pluralidad de pares de elementos metálicos embebidos en el interior de la estructura de hormigón a distintas profundidades, donde dichos elementos metálicos están adaptados para captar medidas de resistencia eléctrica [Q] y están operativamente conectados a una unidad de adquisición,
- una pluralidad de termopares, cada uno de dichos termopares dispuestos entre cada par de elementos metálicos y adaptados para captar medidas de temperatura entre cada par de elementos metálicos,
- cables estables a alta temperatura conectados a los elementos metálicos y operativamente conectados a una unidad de adquisición de datos configurada para
procesar datos de resistencia eléctrica [Q] y temperatura, dicha unidad de adquisición dispuesta en el exterior de la estructura y configurada para determinar saltos en el tiempo de la resistencia eléctrica e identificar: una región de fase líquida donde la resistencia eléctrica [Q] cae, debido a que el agua en los poros del hormigón está aun predominantemente en fase líquida con alta conductividad eléctrica, y/o una región de fase vapor donde la resistencia eléctrica [Q] sube abruptamente debido a la vaporización del agua en los poros del hormigón rompiendo su conductividad eléctrica, y/o una región estable donde el porcentaje de perdida de agua líquida o secado del hormigón supera el 90%, permitiendo así determinar de manera continua cómo evoluciona el porcentaje de secado de la estructura de hormigón en cada par de elementos metálicos a partir de los saltos de resistencia eléctrica [Q] en el tiempo.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1 Muestra una vista esquemática de una primera realización de la invención a escala laboratorio, que ¡lustra un bloque de hormigón, un termopar, fuentes de calor y un par de elementos metálicos operativamente conectados a una unidad de adquisición de datos mediante cables resistentes a altas temperaturas.
Figura 2A.- Muestra un esquema de múltiples elementos metálicos dispuestos en el interior de una estructura de hormigón y operativamente conectados a una unidad de adquisición de datos mediante conexiones C1 -C5.
Figura 2B.- Muestra una vista en perspectiva de una segunda realización de la invención donde se ¡lustra una estructura de hormigón provista de una pluralidad de pares de elementos metálicos donde cada par está provisto de un termopar, y una fuente de calor que se aplica por una sola cara de la estructura de hormigón.
Figura 3.- Muestra una gráfica donde se representa la resistencia eléctrica y la temperatura del interior del hormigón con respecto al tiempo sometido a una fuente de calor, y donde se representan los saltos de resistencia eléctrica en cada una de las regiones hasta su secado final.
Figura 4.- Muestra una segunda gráfica donde se representa la resistencia eléctrica y el porcentaje de secado del hormigón con respecto al tiempo sometido a una fuente de calor, y donde se representan los saltos de resistencia eléctrica y las regiones que se experimentan debido al agua en los poros, evaporización y secado final.
Figura 5.- Muestra una tercera gráfica donde se representa el cambio en el tiempo de la resistencia eléctrica en cada uno de los pares de elementos metálicos dispuestos en el interior de la estructura de hormigón a distintas profundidades.
Figura 6.- Muestra una tercera gráfica donde se representa el cambio en el tiempo de la resistencia eléctrica y la temperatura en cada uno de los pares de elementos metálicos dispuestos en el interior de la estructura de hormigón a distintas profundidades.
Figura 7.- Muestra una cuarta gráfica donde se representa el porcentaje de pérdida de masa y el porcentaje de secado a lo largo del tiempo en el que la estructura de hormigón es sometida a una fuente de calor.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A continuación, se describe con la ayuda de las figuras 1 -7, un procedimiento y un equipo de medida para detectar, de forma continua y no destructiva, el secado de una estructura de hormigón (1 ) sometida a un calentamiento.
Más en particular, la figura 1 describe una realización preferente de la presente invención en una escala de laboratorio del equipo de medida de secado para una estructura de hormigón, donde dicho equipo de medida comprende un par de elementos metálicos (2) embebidos en el interior de la estructura de hormigón (1 ), donde dichos elementos metálicos (2) están adaptados para captar medidas de resistencia eléctrica [Q],
Asimismo, el equipo de medida comprende cables (5) estables a alta temperatura operativamente conectados a una unidad de adquisición (4) de datos configurada para procesar los valores de resistencia eléctrica [Q] captados por al menos el par de elementos
metálicos (2), y fuentes de calor (6) configurada para calentar cada cara de la estructura de hormigón (1 ).
En la realización preferente descrita por la figura 1 , el equipo de medida comprende, además, un termopar (3) dispuesto entre cada par de elementos metálicos (2), donde dicho termopar (3) está destinado a captar medidas de temperatura y está operativamente conectado con la unidad de adquisición (4) para procesar los datos de temperatura.
En una realización preferente, el procedimiento de secado para detectar, de forma continua y no destructiva, el secado de una estructura de hormigón (1 ) sometida a un calentamiento, utilizando el equipo de medida de la figura 1 , comprende, al menos las siguientes etapas: a) calentar por al menos una cara de la estructura de hormigón (1 ) haciendo uso de una fuente de calor (6), b) medir de manera continua la resistencia eléctrica [Q] entre al menos un par de elementos metálicos (2) embebidos en el interior de la estructura de hormigón (1 ), c) procesar los datos de resistencia eléctrica [Q] mediante una unidad de adquisición (4), d) utilizar los datos procesados en tiempo real en la unidad de adquisición (4) para determinar saltos en el tiempo de la resistencia eléctrica [Q] entre elementos metálicos e identificar: una región de fase líquida donde la resistencia eléctrica [Q] cae, debido a que el agua en los poros del hormigón está aun predominantemente en fase líquida con alta conductividad eléctrica, una región de fase vapor donde la resistencia eléctrica [Q] sube abruptamente debido a la vaporización del agua en los poros del hormigón rompiendo su conductividad eléctrica, una región estable donde el porcentaje de secado de hormigón supera el 90%,
De esta manera se puede determinar de forma continua mediante la unidad de adquisición de datos (4) cómo evoluciona el porcentaje de secado del hormigón entre cada par de elementos metálicos (2) a partir de los saltos de resistencia eléctrica [Q] en el tiempo, la región identificada y el comportamiento esperado de la estructura de hormigón (1 ) utilizada.
El proceso de medida puede comprender, además, una etapa de medir temperatura mediante termopares (3) dispuestos entre cada par de elementos metálicos (2), donde dichas medidas de temperaturas son procesadas por la unidad de adquisición de datos (3) para auxiliar a identificar y/o comprobar cada región descrita en la etapa (d) arriba referenciada.
Dichas regiones se pueden identificar claramente en las figuras 3-7. Más en particular, por ejemplo, en la figura 3 se muestra la evolución de la resistencia eléctrica en un hormigón calentado hasta 105 °C empleando una velocidad de calentamiento de 1 °C/min. Además, se registra la evolución de la temperatura en el interior de la muestra de hormigón registrada mediante el termopar embebido en ella. Se muestran las primeras 24 horas de secado a lOS'C.
Se demuestra experimentalmente que, durante el inicio del calentamiento, la resistencia eléctrica del hormigón no varía o decrece ligeramente manteniendo el mismo orden de magnitud, en torno a 105 Q para el hormigón en estudio, hasta que el interior del material se aproxima a la temperatura de 100 qC. A partir de ese instante, el agua en fase vapor es superior a la residual en fase liquida en los poros rompiéndose su conectividad, lo que conduce a que la resistencia eléctrica crezca abruptamente en el material. Se alcanzan valores de más de 108 Q para el tipo de hormigón analizado. Por tanto, el parámetro de resistencia eléctrica experimenta variaciones de 3 órdenes de magnitud durante el secado del material.
La figura 2A muestra un esquema de múltiples elementos metálicos (2) dispuestos en el interior de una estructura de hormigón (1 ) y operativamente conectados a una unidad de adquisición de datos (4) mediante conexiones C1 -C5.
La figura 2B muestra una vista en perspectiva de la realización de la figura 2A, donde el equipo de medida comprende una pluralidad de pares de elementos metálicos (2), donde cada par está provisto de un termopar (3), creando así cuantos circuitos eléctricos sean necesarios para evaluar la pérdida de agua a lo largo de toda la profundidad de la estructura de hormigón (1 )-
En la realización preferente de la figura 2B la fuente de calor (6) se aplica por solo una de las caras de la estructura de hormigón (1 ).
El proceso de medida del secado de la estructura de hormigón será equivalente para cada par de elementos metálicos al descrito en las etapas a-d arriba descritas, tal y como se muestra en las figuras 5 y 6.
En una realización preferente, el proceso comprende adicionalmente una etapa, que calcula la resistividad permitiendo así comparar resultados entre distintas geometrías y materiales o estructuras de hormigón, donde la resistividad se determina mediante la expresión:
S p = Re - - L donde: p es la resistividad del material [Q ■ m]
Re es la resistencia eléctrica medida [Q]
S es la superficie de electrodo metálico embebido [m2]
L es la distancia entre electrodos metálicos embebidos [m]
La figura 7 muestra una gráfica donde se representa el porcentaje de pérdida de masa y el porcentaje de secado del hormigón a lo largo del tiempo en el que la estructura de hormigón es sometida a una fuente de calor. No obstante, mediante las etapas y equipos de medición descritos por la presente invención, no es necesario medir la pérdida de masa para obtener el porcentaje de secado del hormigón en cada una de las porciones provistas de pares de elementos metálicos.
Claims
1 Procedimiento de secado para detectar, de forma continua y no destructiva, el secado de una estructura de hormigón (1 ) sometida a un calentamiento, caracterizado porque comprende las etapas: a) calentar por al menos una cara de la estructura de hormigón (1 ) haciendo uso de una fuente de calor (6), b) medir de manera continua la resistencia eléctrica [Q] entre al menos un par de elementos metálicos (2) embebidos en el interior de la estructura de hormigón (1 ), c) procesar los datos de resistencia eléctrica [Q] mediante una unidad de adquisición (4), d) utilizar los datos procesados en tiempo real en la unidad de adquisición (4) para determinar saltos en el tiempo de la resistencia eléctrica [Q] entre elementos metálicos e identificar:
- una región de fase líquida donde la resistencia eléctrica [Q] cae, debido a que el agua en los poros del hormigón está aún predominantemente en fase líquida con alta conductividad eléctrica, y/o
- una región de fase vapor donde la resistencia eléctrica [Q] sube abruptamente debido a la vaporización del agua en los poros del hormigón rompiendo su conductividad eléctrica, y/o
- una región estable donde el porcentaje de perdida de agua líquida o secado del hormigón supera el 90%, e) determinar de manera continua mediante la unidad de adquisición de datos (4) cómo evoluciona el porcentaje de secado del hormigón entre cada par de elementos metálicos (2) a partir de los saltos de resistencia eléctrica [Q] en el tiempo, la región identificada y el comportamiento esperado de la estructura de hormigón (1 ) utilizada.
2.- El procedimiento de la reivindicación 1 , que comprende, además, una etapa de medir temperatura mediante termopares (3) dispuestos entre cada par de elementos metálicos (2), dichas medidas de temperaturas procesadas por la unidad de adquisición de datos (4) para auxiliar a identificar y/o comprobar cada región descrita en la etapa (d).
3.- El procedimiento de la reivindicación 1 , que comprende los pasos descritos para una pluralidad de pares de elementos metálicos (2) embebidas en el interior de la estructura de hormigón (1 ) a distintas profundidades, de manera que el porcentaje de secado de hormigón puede ser determinado para cada porción de la estructura de hormigón (1 ) provista de pares de elementos metálicos (2).
4.- El procedimiento de la reivindicación 1 , que comprende una etapa de determinar la resistividad mediante la resistencia eléctrica obtenida por la unidad de adquisición (4) permitiendo así comparar resultados entre distintas geometrías y materiales, donde la resistividad se determina mediante la expresión:
S p = Re - -
L donde: p es la resistividad del material [Q ■ m]
Re es la resistencia eléctrica medida [Q]
S es la superficie de electrodo metálico embebido [m2]
L es la distancia entre electrodos metálicos embebidos [m]
5.- Equipo de medida de secado para detectar, de forma continua y no destructiva, el secado de una estructura de hormigón (1 ) mediante el procedimiento descrito por la reivindicación 1 , donde dicho equipo está caracterizado porque comprende:
- al menos un par de elementos metálicos (2) embebidos en el interior de la estructura de hormigón, donde dichos elementos metálicos (2) están adaptados para captar medidas de resistencia eléctrica [Q],
- cables (5) estables a alta temperatura operativamente conectados a una unidad de adquisición (4) de datos configurada para procesar de resistencia eléctrica [Q] captados por al menos el par de elementos metálicos (2),
- una fuente de calor (6) configurada para calentar al menos una cara de la estructura de hormigón.
6.- El equipo de medida de secado de la reivindicación 5, que comprende, además, al menos un termopar (3) dispuesto entre cada al menos dos elementos metálicos (2), donde dicho termopar (3) está destinado a captar medidas de temperatura y está operativamente conectado con la unidad de adquisición (4) para procesar los datos de temperatura.
7.- El equipo de medida de secado de la reivindicación 5, que comprende una pluralidad de pares de elementos metálicos (2), donde cada par está provisto de un termopar (3), creando así cuantos circuitos eléctricos sean necesarios para evaluar la pérdida de agua a lo largo de toda la profundidad de la estructura de hormigón (1 ).
14 uctura de hormigón caracterizada porque comprende:
- una pluralidad de pares de elementos metálicos (2) embebidos en el interior de la estructura de hormigón (1 ) a distintas profundidades, donde dichos elementos metálicos (2) están adaptados para captar medidas de resistencia eléctrica [Q] y están operativamente conectados a una unidad de adquisición (4),
- una pluralidad de termopares (3), cada uno de dichos termopares (3) dispuestos entre cada par de elementos metálicos (2) y adaptados para captar medidas de temperatura entre cada par de elementos metálicos (2), donde dichos termopares (3) están operativamente conectados a una unidad de adquisición de datos (4),
- cables (5) estables a alta temperatura conectados a los elementos metálicos (2) y operativamente conectados a una unidad de adquisición (4) de datos configurada para procesar datos de resistencia eléctrica [Q] y temperatura, dicha unidad de adquisición (4) dispuesta en el exterior de la estructura y configurada para determinar saltos en el tiempo de la resistencia eléctrica [Q] entre elementos metálicos (2) e identificar: una región de fase líquida donde la resistencia eléctrica [Q] cae, debido a que el agua en los poros del hormigón está aun predominantemente en fase líquida con alta conductividad eléctrica, y/o una región de fase vapor donde la resistencia eléctrica [Q] sube abruptamente debido a la vaporización del agua en los poros del hormigón rompiendo su conductividad eléctrica, y/o una región estable donde el porcentaje de perdida de agua líquida o secado del hormigón supera el 90%, permitiendo así determinar de manera continua cómo evoluciona el porcentaje de secado de la estructura de hormigón (1 ) en cada par de elementos metálicos (2) a partir de los saltos de resistencia eléctrica [Q] en el tiempo.
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| ES202031076A ES2908377B2 (es) | 2020-10-28 | 2020-10-28 | Procedimiento y equipo de medida para detectar, de forma continua y no destructiva, el secado de una estructura de hormigon |
| ESP202031076 | 2020-10-28 |
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| WO2022090596A1 true WO2022090596A1 (es) | 2022-05-05 |
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| PCT/ES2021/070758 WO2022090596A1 (es) | 2020-10-28 | 2021-10-19 | Procedimiento y equipo de medida para detectar, de forma continua y no destructiva, el secado de una estructura de hormigón |
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| JP2014035269A (ja) * | 2012-08-09 | 2014-02-24 | Shibaura Institute Of Technology | 打設されたコンクリートの養生中における品質判定方法及び養生終了時期判定方法並びに品質判定用型枠 |
| KR20140109079A (ko) * | 2013-03-05 | 2014-09-15 | 성균관대학교산학협력단 | 콘크리트 구조물의 강도발현 모니터링 장치 및 그 방법 |
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2021
- 2021-10-19 WO PCT/ES2021/070758 patent/WO2022090596A1/es active Application Filing
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| KR20140109079A (ko) * | 2013-03-05 | 2014-09-15 | 성균관대학교산학협력단 | 콘크리트 구조물의 강도발현 모니터링 장치 및 그 방법 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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