關于溫度對閉氣試驗結果影響的初步探討

黃凱鋒?黃柳萍?呂金靜?黃明偉?廖煥鑫

簡要介紹目前國內給水管道閉氣試驗的使用情況，指出了現行給水管道閉氣試驗方法中，環境溫度改變對試驗結果造成的影響，并進行初步分析。

引言

混凝土排水管道閉氣試驗在國外已有應用，而在我國應用并未得到廣泛應用。閉氣試驗有利于節約水資源、節約時間、縮短工期，解決冬季和寒冷地區及水資源缺乏地區施工管理的質量檢驗，應用此方法能在一小時內完成一條管道（兩管井之間）的質量檢測。和閉水試驗相比，效率提高四十多倍，成本僅為閉水實驗費用的9%，且操作簡單，設備簡單，檢驗結果準確。

目前，國家對鋼筋混凝土無壓管道閉氣檢驗規定標準閉氣時間為：管道DN300，規定標準時間145〃s；管道DN400，規定標準時間230〃s。本實驗小組就是在這樣的社會背景下進行此次閉氣實驗研究，考慮到在實驗室實驗的可行性，本次改用兩根四米長的鋼管進行實驗，實驗檢驗標準以混凝土管道閉氣實驗檢驗標準作為參考，并進行修正。

實驗操作：

1.在室內溫度T=30℃的條件下，往鋼管中充氣加壓，至壓力表數值為0.1MPa，靜置一小時。每隔10min記錄一組數據，記錄十組，觀察壓力表數值變化的規律；

2.在步驟1相同的條件下，往鋼管中充氣加壓，至壓力表數值分別達到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。每隔5min記錄一組數據，觀察不同起始壓力下的壓力數值的變化，并分析溫度的變化是否對試驗結果造成影響，有何影響；

數據處理及分析：

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壓力數值下降較快，說明管道內壓力較高時，鋼管的漏氣速率較快；后30min壓力數值的變化速率減小，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壁產生沖擊力，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，分子數目越多，壓力數值越大，則在相同的漏點和相同的時間內，通過漏點流出的氣體分子數越多，壓力數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℃條件下壓力值隨時間變化逐漸減小，而溫度T=39℃條件下壓力值隨時間變化逐漸增大。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。現在以溫度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℃下的分子運動作為參考系，不考慮該溫度下溫度對分子運動的影響，則T=30℃下的漏氣量僅由鋼管自身漏點造成；而T=39℃時所增加的壓力值，則是漏點以及溫度變化兩者共同影響的結果。管道自身漏點造成鋼管的壓力值減小，但實驗結果表明，管道一小時后的壓力值比初始值大。這說明：外界環境溫度升高導致管道壓力值增大，且由于外界環境溫度變化而增大的壓力值要大于由于管道自身漏點而減小的壓力值。

3.在室內溫度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，再將此時管內的氣壓放氣降壓至壓力P=0.1Mpa，然后搬至室內（溫度T=30℃）靜置60min，得出的曲線圖如下：

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

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

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

縱向對比，0min～60min的任意時間段所升高的氣體壓力，60min～115min對應的時間段內的所降低的壓力數值并不一一對應，比如0～10min內的升高的氣體壓力為0.007Mpa，而60min～70min內降低的氣體壓力為0.005Mpa。故該過程為不可逆過程，外界環境的影響不可忽略不計。

綜上所述，在實際工程中運用閉氣試驗檢驗管道是否合格時，不可忽視外界環境溫度的改變，必須消除環境溫度變化對試驗結果造成的影響，避免由于溫度變化導致試驗結果產生誤差，影響工程正常施工。

（作者單位：廣東工業大學）