CC BY
95
3/2011_МГСу ТНИК
ПРИМЕНЕНИЕ IT-ТЕХНОЛОГИИ ПРИ КОНТРОЛЕ КАЧЕСТВА
БЕТОННЫХ РАБОТ
IT-TECHNOLOGIES FOR CONTROL CONCRETE WORKS
QUALITY
А.ОАдамцевич, С.А.Пашкевич, А.П.Пустовгар A.Adamcevich, S.Pashkevich, A.Pustovgar
НОЦ НСТиМ МГСУ
В статье рассматривается зависимость характеристик бетонных конструкций от технологии их производства, а также возможность совершенствования методов контроля качества бетонных работ путем внедрения современных IT-технологий.
Article presents the dependence between characteristics of concrete and its manufacture. Also discusses potential development of the quality controls by modern IT-technologies.
При производстве строительных работ бетон является наиболее уязвимым перед внешними воздействиями в первые 28 суток своего твердения, так как процесс нормального набора прочности возможен лишь при определенных температурно-влажностных условиях. Как следствие, требуемое качество бетона можно получить только в случае соблюдения технологии приготовления бетонной смеси и обеспечения грамотного ухода за ним сразу же после его укладки. От соблюдения технологического процесса производства работ в этот период в наибольшей мере зависит то, какими прочностными характеристиками будет обладать конструкция в дальнейшем и то, насколько долго она сможет прослужить.
Существующие методы контроля качества проведения бетонных работ регламентируют испытания контрольных партий образцов бетона в специализированных лабораториях с целью проверки соответствия его качества требуемым характеристикам. В данном случае речь идет о методах разрушающего контроля, т.е. испытании образцов на специализированном оборудовании, способном моделировать критические нагрузки. Использование данных методов позволяет с достаточно долей вероятности судить о качестве уложенного бетона и давать первичный прогноз о надежности будущей конструкции. В ряде случаев отрицательные результаты подобных испытаний приводят к демонтажу уже смонтированных бетонных конструкций, что несомненно влечет к дополнительным финансовым затратам и ухудшению экономических показателей строительного производства в целом.
В связи с этим, часто возникает необходимость в проведении экспресс-анализа состояния железобетонных и бетонных конструкций непосредственно на строительной площадке. Основная причина заключается в том, что при обнаружении каких-либо дефектов конструкции (трещины, раковины) вполне разумным представляется получение первичной информации о состоянии бетона для последующего анализа и принятия решения о целесообразности проведения комплекса лабораторных исследований.
Для достижения данной цели были разработаны различные методы неразрушающего контроля, позволяющие достаточно быстро получить сведения о состоянии бетона. Однако, полученные подобными методами результаты далеко не всегда можно интерпретировать как абсолютно верные (погрешность прибора, технологические ошибки при проведении испытаний, человеческий фактор).
Таким образом, вопрос совершенствования методов контроля качества выполнения бетонных работ, несмотря на достаточно долгую историю и богатый опыт применения бетона в качестве основного строительного материала при возведении зданий и сооружений, не теряет своей актуальности и в настоящее время. Обеспечение долговечности и безаварийной эксплуатации бетонной конструкции невозможно без всестороннего контроля над всеми этапами ее возведения. Кроме этого, для более рационального использования ресурсов необходимо совершенствование моделей прогнозирования эксплуатационных характеристик бетонных конструкций.
Существующие модели прогнозирования свойств бетона за счет анализа данных, полученных в результате проведения разрушающих и неразрушающих испытаний, не учитывают ряд важных критериев, оказывающих влияние на процесс гидратации цемента, таких как условия затворения, транспортировки и хранения бетонной смеси, ее возможное загрязнение еще до укладки и т.д. Все это, в свою очередь, может привести к ошибочному представлению об эксплуатационных свойствах бетона в любой текущий момент или в долгосрочной перспективе. Это связано с тем, что даже знание отклонений от номинальных значений эксплуатационных характеристик без понимания процессов, их вызвавших, не позволяет сделать точные выводы о надежности и долговечности бетонной конструкции.
Одним из фундаментальных представлений о природе гидратации цемента является процесс экзотермии. Практически все бетоны при затворении водой выделяют тепло, количество которого напрямую зависит от состава смеси и водоцементного соотношения. Количество гидратационного тепла, выделяемого бетоном при твердении, выражается числом, равным произведению температуры в градусах на время твердения в часах. Согласно исследованиям доктора Форрстома (Dr.Forsstrom, Thermometric AB, Sweden) любое нарушение в процессе приготовления, транспортировки или укладке бетонной смеси находит свое отражение в количестве выделяемого тепла или в смещении графика амплитуды тепловыделений во времени (рис. 1,2).
VI'
Рис.1. Влияние качества перемешивания бетонной смеси на тепловыделения в процессе гидратации
3/2011
ВЕСТНИК _МГСУ
1.5
1 0.5
-10 во
Пргчч, <1«
100
Рис.2. Влияние загрязнения бетонной смеси на тепловыделения в процессе гидратации (на примере загрязнения древесными опилками)
Методика измерения количества выделяемого в процессе твердения бетона тепла и сравнение полученных данных с эталонными кривыми тепловыделений при нормальных условиях твердения, а также их последующий анализ позволит оценить соответствие заявленных свойств бетона фактическим и выявить причины возможной потери прочности конструкции.
Таким образом, указанная выше методика является потенциальной основой для разработки комплексной инновационной системы контроля качества производства бетонных работ.
На сегодняшний день в России подобное направление не получило достаточного развития в практическом плане, хотя и существует некоторая теоретическая база [2, 5]. Актуальность проблемы заключается в том, что гораздо проще и экономически выгоднее контролировать сам процесс набора прочности бетона, оценивая и делая прогноз о качестве и пригодности конструкции в дальнейшем, предотвращая возможные проблемы, чем проводить целый комплекс мероприятий в процессе эксплуатации, вплоть до демонтажа уже смонтированной конструкции.
При осуществлении описанных выше методов контроля неизбежно возникнет достаточно большой объем разнообразных данных, анализ которых потребует значительных трудозатрат. Одной из проблем контроля качества бетонов на территории РФ является отсутствие инновационных методов анализа, полученных в результате контрольных испытаний данных, а также сложность проведения одинаково объективного контроля качества в различных частях страны в виду неравномерного информационно-технического развития и оснащения вычислительными мощностями площадок, на которых проводится контроль качества. Кроме этого, механические, физические, химические, технологические и другие свойства бетонов могут варьироваться из-за возможных отличий в технологических процессах, применяемых на заводах-изготовителях. Это, в свою очередь, приводит к дополнительному увеличению количества данных, анализ которых необходим для составления объективных выводов о качестве конечной конструкции. Для минимизации погрешности получаемых в ходе контроля данных для каждого нового исследования необходимо создание собственного эталонного образца и введение его характеристик в общую базу данных для последующего анализа контролируемой конструкции.
Подводя итог вышесказанному, можно придти к выводу, что для оптимизации работ по контролю качества производства бетонных работ необходимо более широко внедрять в строительную отрасль современные ГГ-технологии. В том числе, разрабатывать программное обеспечение для оперативной передачи данных через глобальную сеть Интернет, а также для обеспечения возможности получения первичного анализа получаемых с места строительства данных на удаленных серверах в режиме реального времени без географической привязки контролирующих органов к месту строительства (рис. 3).
При внедрении описанных выше технологий появится возможность оперативного контроля качества возведения бетонных и железобетонных конструкций в режиме online удаленно от места строительства объекта. С учетом того, что для каждого исследования предполагается создание собственного эталонного образца из исходных материалов для строительного объекта, погрешность анализа будет минимальной, а прогнозы максимально точными.
На строительном объекте показания тепловыделений можно снимать различными способами: как термодатчиками, так и при помощи более современных приборов, таких как тепловизоры с обеспечением требуемого шага и погрешности измерений.
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.
3/2011 ВЕСТНИК
_МГСУ
Литература:
1. А.М.Невилль, «Свойства бетона». Издательство литературы по строительству, Москва, 1972.
2. А.В.Ушеров-Маршак, «Калориметрия цемента и бетона». Издательство «Факт», Харьков, 2002.
3. ГОСТ 10180-90 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам».
4. ГОСТ 22690-88 «Бетоны. Определение прочности механическими методами нераз-рушающего контроля».
5. Dr. Forsstrom , «Thermometric AB», Sweden (2002).
Literature
1. A. Neville, «Properties of concrete». Construction Publishing House, Moscow, 1972.
2. A. Usherov-Marshak, «Calorimetry of cement and concrete». «Fakt», Kharkov, 2002.
3. GOST 10180-90 «Concrete. Methods for determining the strength of control sample».
4. GOST 22690-88 «Concrete. Determination strength by mechanical methods of nondestructive testing».
5. Dr. Forsstrom, «Thermometric AB», Sweden (2002).
Ключевые слова: бетон, испытания, контроль, качество, IT-технологии, тепловыделения, калориметрия, гидратация, прочность, долговечность.
Keywords: concrete, tests, control, quality, IT-Technology, Thermal emissions, calorimetry, hydration, strength, durability.
Почтовый адрес: 129337, г.Москва, Ярославское шоссе, д.26, Научно-образовательный
центр новых строительных технологий и материалов. Телефон/факс: +7 (495) 781-80-07, +7 (926) 463-72-55.
E-mail: MnSpecter@gmail.com
Рецензент: А. Ф. Бурьянов, к.т.н., доцент, заведующий НИО процессов и аппаратов для производства гипсовых и других изделий ОАО «ВНИИСТРОМим. П.П.Будникова».
