Введение
Темпы строительства неукоснительно растут, что обусловливает необходимость внедрения передовых цифровых технологий во все этапы строительства и строительные технологические процессы.
Наиболее используемым и актуальным «инструментом» практически на любой строительной площадке является использование такого материала как бетон. Указанный строительный материал может иметь различные качественные характеристики в зависимости от ряда обстоятельств, а потому, соблюдение технологий его применения, сроков затвердевания, составных характеристик бетонной смеси, грамотная транспортировка и укладка данного продукта позволяет достичь максимально эффективного результата как в прочности конструкций, в строительстве которых используется бетон, так и при учете того обстоятельства как долго будет служить строительная конструкция.
Существуют специальные методы исследования качества бетона в лабораторных условиях. Проверка состава исследуемого образца бетона позволяет дать качественную характеристику состава, дать реальный прогноз прочности его в использовании. Нередки случаи, когда после лабораторных испытаний, состав бетона, не прошедший контроль качества, подлежит изъятию, а строительный процесс, в котором такой бетон применялся – приостановлению, реконструкции уже произведенных работ, большим трудозатратам, дополнительному финансированию и конечно же, увеличению сроков строительства.
Методы контроля качества бетона применяются довольно давно. Однако, их нельзя назвать абсолютными, поскольку существуют погрешности, упущения, различные факторы.
Цифровизация контроля качества бетонных работ – необходимая и актуальная задача в современном строительном процессе, поскольку бетон используется практически на любой строительной площадке, как при наземном строительстве, так и при строительстве подземных зданий и сооружений.
Проблема
Как известно, набор прочности бетона зависит от многих факторов, многие части из которых являются переменными коэффициентами (температура и влажность окружающей среды, качество конкретной заливки, применяемые добавки и т.д.).
Существующие методы контроля созревания бетона разработаны в 80-х годах ХХ века. Сегодня эти методы потеряли свою эффективность, сдерживают производительность, а также несут в себе риски, связанные с человеческим фактором.
Оптимизация сроков демонтажа опалубки
В современной строительной практике решение о реализованных условиях снятия опалубки с элементов конструкции принимается на основании условий, предусмотренных соответствующими правилами или стандартами. Обзор установленных минимальных условий для снятия опалубки, приведенных в действующем техническом регламенте некоторых европейских стран, представлен в следующей таблице 1.
Таблица1
Таблица сравнения стандартов по демонтаже опалубки
Современные методы и методы определения зрелости
Современная методология, основанная на модели зрелости, обеспечивает непрерывный мониторинг зрелости и оценку реализованной прочности бетона на сжатие в конструкции без разрушения. Используя эту технику, на строительной площадке специальные датчики измеряют температуру бетона, которая применяется с использованием указанной модели и конвертируется в зрелость. На основании определенных соотношений зрелость-прочность бетона, делается оценка реализованной прочности на сжатие бетона на месте.
Данные об измеренных температурах с помощью сетевого сигнала отправляются в центральную лабораторию через равные промежутки времени (рис.1).
Рис.1. Современные методы мониторинга температуры бетона
Процесс оценки прочности бетона на сжатие с использованием этого неразрушающего метода реализуется в 3 этапа:
I ЭТАП - Калибровка измерений для бетона определенного состава;
II ЭТАП - Измерение времени и температуры в месте установки бетона с помощью датчиков;
III ЭТАП - Обработка полученных данных.
Решение
Система «Цифровой бетон» позволяет сделать процесс бетонирования более производительным и как следствие, оптимизировать сроки строительства и сократить издержки.
Система управления за бетонными работами состоит из беспроводного датчика, который крепится на арматуру перед заливкой бетона, и программного комплекса, который устанавливается на любой тип компьютера или мобильного устройства.
Датчик передает на приемное устройство информацию о текущих параметрах бетона, а программный комплекс вычисляет степень зрелости бетона и определяет динамику созревания, что позволяет определить с точностью до одного часа ожидаемое время достижения бетонной конструкцией ключевых точек зрелости для снятия опалубки и ее последующей нагрузки (рис.2).
Рис.2. Процесс монтажа и мониторинга набора прочности
Таким образом, получается возможность в режиме реального времени актуализировать график строительства и избежать необоснованных простоев и издержек.
Представляется, что подобные цифровые технологии, новые информационные продукты помогут добиться высокой скорости возведения зданий и сооружений, а бетон при внедрении такого передового опыта будет качественным, устойчивым, занимать лидирующие позиции по применению на строительных площадках.
Алгоритм работы
Шаг 1. Выполняется расчет и определяется места закладки датчиков в элементе конструкции;
Шаг 2. Производится крепеж датчиков на арматуре перед заливкой бетона;
Шаг 3. После заливки передаются данные о состоянии бетона и ожидаемое время достижения конструкцией контрольных точек. Информация может передаваться как в виде ожидаемых сроков достижения бетоном контрольных точек, так и в виде актуального графика производства бетонных работ;
Шаг 4. После завершения каждого из этапов, предоставляется отчет в электронном и печатном виде для журнала бетонных работ.
Процесс калибровки проводится с целью определения отношения зрелости к прочности для бетона определенного состава. В связи с этим на бетонном заводе или на строительной площадке заливаются 24 образца бетона кубической формы, которые потом отправляются в лабораторию.
24 образца определены из-за потребности формулирования зависимости прочность – зрелость. Испытание на сжатие делается на 1, 2, 3, 4, 7, 14, 21, 28 дней чтобы формулировалась зависимость и при этом на каждое испытание делается по три образца. Цифровая модульная система мониторинга, оценки и прогнозирования состояния бетона состоит из датчиков и базовой станции, которая получает данные. Датчик (рис.3) был залит в контрольный кубик (рис.4) и записывал температуру в лаборатории (рис.5).
Рис.3. Подготовка оборудования для испытаний
Рис.4. Процесс подготовки и изготовления кубических образцов
Рис.5. Графическое изображение зависимости прочность-зрелость
Датчики температуры устанавливались с целью контроля температуры и влажности в разных зонах бетонируемой конструкции (рис.6). Схема коммутации и программное обеспечение оборудования системы контроля температуры разрабатывалась компанией BIM Capital, производящей монтаж и контроль за работой данной системы совместно со специалистами ПАО "ПУТЕВИ" Ужице.
Рис.6. Установка температурных датчиков
Снятие показаний осуществляется сразу после укладки бетона и продолжают в следующем режиме первых 3 суток – каждые 1 часа, потом после 7 суток – каждые 3 часа и после 14 суток – каждые 12 часов. Режим получения показателя можно менять по потребности (рис.7,8,9).
Рис.7. Полученные данных на платформе
Рис.8. График изменения температуры
Рис.9. График прочности бетона
Выводы и рекомендации
Цифровизация технологии контроля качества бетонных работ – необходимая и актуальная задача в современном строительном процессе, поскольку бетон используется практически на любой строительной площадке, как при наземном строительстве, так и при строительстве подземных зданий и сооружений.
Эта статья представляет собой введение в метод зрелости для оценки развития прочности бетона в процессе строительства. Правильное применение этой относительно простой процедуры может привести к экономии средств, позволяя безопасно выполнять строительные работы в кратчайшие возможные сроки.
Комплекс данных мер позволит в значительной мере оптимизировать процесс контроля качества бетонных работ, а также даст возможность оперативно принимать решения о необходимых мерах для пресечения потери прочности конструкции, что положительно скажется как на экономической эффективности строительства, так и на долговечности сооружения в целом.
