Примеры применения

Бюллетень

Температурно-прочностной мониторинг бетона с использованием устройств ТЕРМОХРОН при возведении зданий и прокладке дорожных покрытий

Современное скоростное, и прежде всего зимнее, монолитное домостроение диктует высокий темп возведения зданий, что вызывает необходимость организации интенсивного обогрева бетона и тщательного контроля его прочности в процессе выдерживания, особенно в первые 24…48 часов. Именно в это время на основании данных о температуре застывания бетона необходимо принимать оперативные решения по прекращению или напротив продолжению обогрева, снятию опалубки и возможному последующему догреву, по организации переопирания изготовленных пролетных конструкций, имеющих прочность 40…70% от проектной. Вообще же, как показывает практика, обеспечение высокого качества при возведении строительных конструкций из бетона требует ежедневной оперативной информации о динамике изменения его температуры во многих контрольных точках. Поскольку именно с динамикой температуры связан параметр ранней прочности бетона, который позволяет обоснованно, а не интуитивно вести строительство любого монолитного или сборно-монолитного сооружения.

Мониторинг температуры бетона в ходе выдерживания монолитных железобетонных конструкций является обязательной операцией при выполнении работ в зимних условиях. Особое значение мониторинг температуры приобретает при использовании высокоэффективных суперпластификаторов и регуляторов схватывания и твердения, когда темпы нарастания прочности трудно поддаются количественному регулированию по причинам различий в продолжительности транспортировки и укладки бетонной смеси, а также для обоснования выбора метода и средств ухода за твердеющим бетоном с целью обеспечения его заданных свойств. Российские строительные правила устанавливают целый ряд ограничений на уровень температуры, скорость нагрева и остывания бетона при достижении необходимой прочности монолитных конструкций в ходе их изготовления на строительной площадке.

При объёмах суточной укладки 40…60 куб. м бетона в соответствии с этими правилами требуется организовать круглосуточные измерения в 30…40 контрольных точках забетонированных стен и перекрытий. На практике фактическое количество таких точек в большинстве случаев оказывается на порядок меньшим, что создает конфликтные ситуации во взаимоотношениях с контролирующими строительство организациями и приводит к существенному возрастанию затрат на проведение испытаний прочности бетона при сдаче готовых конструкций.

Обычные средства измерения (термометр в скважине, заполненной незамерзающей жидкостью) в скоростном строительстве нельзя считать достаточными и приемлемыми даже технически. Ведь число обязательных контрольных точек (или скважин) при 30…40 куб. м ежедневно бетонируемых тонкостенных конструкций находится в пределах от 30 до 50. В течение первых двух-трех суток их число достигает 70…90 из расчета по 2 скважины на каждой колонне и стене длиной 3…5 м, по одной скважине на 10 кв. м перекрытия и др. В современной дорогостоящей опалубке из ламинированной фанеры или алюминия выполнять многочисленные отверстия для термометров практически недопустимо. Кроме того, замеры должны производиться через 2 часа в первые сутки и не реже 6…2 раз в последующие трое суток. Поэтому данные термометрического контроля, полученные традиционным для массивных бетонных конструкций путем, могут носить недостоверный характер, как по объёму, так и по содержанию. А осуществление работ по их получению традиционными методами приводит к сверхнапряженному темпу труда термометристов, связанному с постоянными цейтнотами, и как следствие, к усталости, ошибкам и необязательности персонала, выполняющего столь огромный объём работ по сбору измерительной информации зачастую в сверхнеблагоприятных условиях (дождь, снег, пыль, мороз, жара и т.п.).

Поэтому громадные усилия и затраты на проведение качественного мониторинга строительных конструкций с использованием традиционной приборной базы, а также зачастую недостоверная информация, собираемая в результате проведения этих работ, приводит к тому, что во многих строительных организациях не востребована главная функция температурного контроля - оперативная оценка состояния бетона по ходу тепловой обработки и выдерживания монолитной конструкции. Измерения температуры ведутся при этом обычно сами по себе и слабо влияют на выработку решений по управлению обогревом. Действительно, наивно полагать, что круглосуточное осуществление такого объёма измерений и обработка результатов могут быть осуществлены дежурным электриком с помощью одного переносного термометра и листка бумаги.

Таким образом, основной причиной неблагополучного положения дел с температурным контролем на стройках является отсутствие современного удобного в эксплуатации приборного обеспечения. При этом главную проблему представляет задача практической реализация нужного объёма измерений с должной оперативностью, надежностью и объективностью.

Наиболее эффективное практическое решение этой проблемы заключается в размещении неприхотливых регистраторов семейства iButton, и в первую очередь устройств ТЕРМОХРОН, не требующих прокладки каких-либо сигнальных и питающих кабелей, в контрольных точках монолитных конструкций на все время тепловой обработки и выдерживания либо непосредственно в бетоне, либо на опалубке. Т.е. установка регистраторов может происходить заблаговременно или после бетонирования. В ходе выдерживания бетонной конструкции термометрист оснащается специальным прибором-накопителем информационных копий памяти регистраторов. Например, приборами от НТЛ “ЭлИн”: транспортером TCDL+ или считывателем данных iB‑Reader, или минитранспортёром TCmT. Тогда он может с заданной периодичностью производить обход логгеров, расположенных в определенных техническим регламентом контрольных точках строительной конструкции, и выполнять считывание накопленных ими "температурных историй". Для осуществления такой операции ему достаточно коснуться корпуса устройства ТЕРМОХРОН специальным щупом или зондом прибора‑накопителя, и вся информация, хранящаяся в памяти логгера, будет перемещена и сохранена во Flash-памяти прибора-накопителя.

После того как данные, накопленные всеми территориально рассредоточенными регистраторами, собраны и содержатся во Flash-памяти прибора-накопителя, они могут быть считаны в виде текстовых или кодовых файлов непосредственно в память стационарного компьютера с помощью специальной программы. Эта операция выполняется уже в офисе персоналом, обладающим более высокой квалификацией, чем термометрист. После считывания информации из Flash-памяти прибора-накопителя и его подготовки к новому обходу, он может быть снова передан термометристу для выполнения следующего задания по обслуживанию логгеров в контрольных точках строительного объекта. Оператор же производит обработку файлов с информационными копиями, считанными из Flash-памяти прибора-накопителя, и формирует отчеты об измерениях, выполненных каждым регистратором объекта, используя специальные макросы или исполняемые модули документирования информации, накопленной регистраторами ТЕРМОХРОН.

Преимущества приборного обеспечения, реализованного на базе технологии применения устройств ТЕРМОХРОН, складываются из свойств этих устройств, имеющих определяющее значение при выполнении работ по многоточечному температурному мониторингу, выполняемому в зачастую сверхнеблагоприятных условиях реальных строительных площадок:

• значительное увеличение производительности при замене датчиков и показывающих приборов на регистраторы, которые в автоматическом режиме производят запись температуры в собственную память, при этом обеспечивая длительный период регистрации;

• увеличение производительности за счет минимизации времени считывания информационной копии памяти любого регистратора ТЕРМОХРОН (~1…2 сек.), в том числе потому, что логгер постоянно закреплен на конструкции или в бетоне на все время температурного контроля, а для извлечения из его памяти накопленных результатов требуется только лишь кратковременное касание его корпуса щупом или зондом прибора обслуживания;

• полное исключение человеческого фактора, связанного с ошибками термометристов при считывании и записи показаний, поскольку все подобные действия берет на себя оборудование,

• простота обслуживания регистраторов, в том числе при их массовой эксплуатации, позволяет использовать для обхода и извлечения данных из памяти устройств ТЕРМОХРОН персонал, имеющий низкую квалификацию;

• наличие у прибора обслуживания специального щупа позволяет обеспечить безопасный подход к местам установки терморегистраторов даже при их размещении в узостях и на высотах, неприемлемых для человеческого роста без применения лестниц и подмостей;

• способность устройств ТЕРМОХРОН устойчиво работать на морозе, их малое энергопотребление, отсутствие в необходимости прокладки каких-либо проводов, высокую устойчивость к воздействию пыли, грязи, осадков, а также к ударным нагрузкам, наличие средств их крепления к опалубке.

Таким образом, использование неприхотливых устройств ТЕРМОХРОН для мониторинга бетонных конструкций реально обеспечивает оптимальное управление прогревочными аппаратами в зависимости от изменения условий окружающей среды и требований согласно СНиП 3.03.01-87 при наборе прочности бетона. Все это значительно сокращает время технологического процесса изготовления бетонных строительных конструкций и позволяет существенно уменьшить расход электроэнергии за счет оптимального управления и достоверной инструментальной информации о качестве строительства.

Наглядным примером применения устройств ТЕРМОХРОН в стройиндустрии является специальный программный модуль расчета реальной зрелости бетона ExpressThermo 2007 Pro, разработанный известным на европейском рынке поставщиком средств поддержки технологии iButton-регистраторов португальской компанией Eclo. Эта программа обеспечивает в автоматическом режиме мгновенное получение всей информации, необходимой для оценки конкретной степени зрелости бетона и развития его ранней прочности. Такая информация ощутимо помогает в строительном технологическом процессе, позволяя оперативно определить первоочередные действия, которые зависят от конкретной ситуации с состоянием бетона на строительной площадке. Использование программы ExpressThermo 2007 Pro в качестве инструмента удобно и эффективно при планировании строительных операций, что приводит к существенным сбережениям времени и денег. Все выполняемые программой вычисления базируются на данных, считанных из памяти множества регистраторов, каждый из которых фиксирует конкретную "температурную историю". Располагая подобной информацией в реальном времени на строительной площадке можно оптимально управлять пропарочными аппаратами, а также быть уверенным в качестве возводимых бетонных конструкций. Знание такой информации актуально и потому, что это позволяет вовремя принимать важные решения, связанные со своевременным окончанием одной строительной операции и с переходом к следующей операции.

Выгоды от внедрения программы ExpressThermo 2007 Pro:

• приводит к существенным сбережениям времени и денег, в том числе благодаря снижению арендной платы за используемое строительное оборудование;

• обеспечивает значительное сокращение времени по сравнению с регламентированными по нормативам временами ожидания созревания бетона для проведения следующей операции;

• снабжает технический персонал на строительной площадке необходимой точной информацией с привязкой к реальному времени;

• реализует тотальное документирование и архивирование развития реальной "температурной истории";

• регистраторы поставляют действительно достоверную информацию в экстремальных условиях строительных площадок, а также защищены от не редких на стройплощадках случайных ударов и механических воздействий.

Кроме того, программа ExpressThermo 2007 Pro удобна для анализа и выполнения автоматических вычислений всех необходимых данных, благодаря наличию интуитивно понятного даже не подготовленному пользователю интерфейса.

Все перечисленные выше постулаты, определяющие необходимость температурного мониторинга для обеспечения гарантированного качества возводимых строительных конструкций из бетона, в полной мере относятся также и к дорожному строительству, в том числе к любым работам, связанным с прокладкой новых современных автомобильных трасс, ремонтом дорожного полотна, возведением оснований и мостов, созданием взлетно-посадочных полос и т.п.

Особое внимание использованию бетона в дорожном строительстве уделяется компаниями США, которые являются признанными мировыми лидерами в этой области. Действительно, 60% из более чем 76000 км автомагистралей США проложены с использованием бетона. Выбор пал на бетон из-за его долговечности, безопасности и высокого коэффициента отражения света в ночное время, а также более высокой степени сцепления. Дороги и мостовые из бетона служат 20…30 лет без необходимости капитального ремонта, в то время как из асфальта всего 8…12 лет. Бетонные покрытия меньше деформируются чем асфальтовые, и хотя первоначальные затраты на создание таких покрытий выше, чем на асфальтовые, они служат почти в два раза дольше. Из-за своего светлого цвета бетон отражает на 33-50 % больше света, чем асфальт. Благодаря этому городским властям Атланты удалось понизить среднесуточную температуру в городе на 6°С. Проводившиеся в середине 80-х в штате Канзас в течении 10 лет исследования улиц показали, что затраты на поддержание асфальтовых покрытий в нормальном состоянии в 9 раз выше, чем бетонных. Американские ученые подсчитали, что если все 76000 км автомагистралей США были бы сделаны из бетона, можно было бы экономить до 49940000 литров бензина в день. Именно поэтому вопросу качественного возведения дорожных покрытий из бетона в США уделяется первостепенное внимание.

А поскольку функция "зрелости" бетона представляет собой математическое выражение обоюдного влияния температуры и времени на развитие прочности бетона, мониторинг твердеющего бетона сводится преимущественно к температурному контролю и нахождению эмпирических зависимостей "температура бетона - прочность бетона". Поэтому в строительных стандартах США используется эмпирический подход к вычислению показателя начальной прочности - "зрелости" (maburity) бетона с прогнозом этого свойства в позднем возрасте. Причем температурно-временной фактор зачастую рассматривается в качестве индикатора зрелости, вычисляемой по так называемой "температурной истории" бетона. В этой процедуре предлагается линейная зависимость скорости твердения (гидратации) от температуры. Несмотря на то что упомянутый метод мониторинга не несет в себе строгой физико-химической основы для каждого вида цемента и бетона, не часто меняющихся на одной стройплощадке, можно построить обобщенные зависимости от температуры для принятия технологических решений, например, о длительности прогрева и выдерживания конструкции в опалубке. Современная измерительная и компьютерная техника позволяет осуществлять мониторинг при бетонировании самыми передовыми методами, без использования проводов и даже дистанционно через Интернет и GSM-сети.

Именно необходимость совершенствования устройств мониторинга для целей дорожного строительства привела к разработке нового приспособления, реализованного на базе устройств ТЕРМОХРОН - специализированной конструкции Concrete Temperature Monitor с корпоративным обозначением DS9108. Это изделие было создано инженерами подразделения iButton в тесном контакте со специалистами компании Transtec Group, которая накопила громадный опыт в применении устройств ТЕРМОХРОН для целей температурного мониторинга в строительстве. Появление подобной конструкции уже в конце 2006 года было обусловлено, прежде всего, огромным спросом на подобное оборудование на рынке строительных услуг США. DS9108 представляет собой полностью герметизированную штангу из пластика, содержащую внутри три регистратора класса DS1921G iButtons. Регистраторы расположены в середине, внизу и вверху конструкции и соединены между собой витым проводом. Соединения провода с выводами DATA и GND корпуса каждого из логгеров выполнены с помощью точечной сварки. Провода образуют 1-Wire-магистраль, которая выведена в виде клеммных блоков к верхней части штанги. Это позволяет выполнять считывание накопленных регистраторами данных не извлекая штангу непосредственно из контрольной точки (например, если производится мониторинг температур на различных глубинах). Такая задача является сверхактуальной прежде всего при контроле застывания бетона. Штанга выполнена из поливинилхлорида, заполненного в качестве герметика и изолятора эпоксидной смолой E-60NC. Каждый ТЕРМОХРОН, размещенный внутри штанги DS9108 имеет в дополнительной памяти признак того, где именно он размещен (в центре, внизу или вверху). Поставляются различные модификации изделий DS9108, длина которых может составлять от 20 см до 38 см, предельный диаметр штанги 1,6 см. Типичная тепловая инерционность каждого регистратора конструкции - 500 с. Температурный диапазон эксплуатации изделия -20°С…+65°С.

Большое число примеров применения логгеров iButton в строительной индустрии и в дорожном строительстве можно также найти в специализированном тематическом бюллетене, подготовленном НТЛ “ЭлИн”.

Ниже приведена подборка документов, посвященных использованию технологии применения регистраторов iButton для мониторинга строительных конструкций из бетона, показывающая многогранный опыт специалистов из США, накопленный в этой области.

Файл	Содержание	Размер	Дата
5_1924_01_P5	PRELIMINARY EXPERIMENTAL PLANS FOR THE TEXAS ACCELERATED PAVEMENT TEST CENTER (TXAPT) Authors:Ronald P. White, W. Ronald Hudson, Thomas W. Rioux, Project 5-1924-01: Implementation of a Fixed Site for the TxMLS, August 2003.	658 К	18.11.07
bu-mat-05VCC	Presentation Remote Maturity Monitoring Using the TEMP System. Virginia Concept Concrete Conference 11 March 2005 - Richmond, Virginia.	770 К	14.10.06
hr1093construction	Evaluation of Composite Pavement Unbonded Overlays: Phases I and II. Sponsored by the Federal Highway Administration, U.S. Department of Transportation, Project DTFH6101X00042-CTRE Phases I and II, Project #2 and the Iowa Department of Transportation and the Iowa Highway Research Board, Project HR-1093, TR-478. Construction Report. April 2003.	2 M	18.11.07
IPRF-01-G-002-4	An IPRF Research Report Innovative Pavement Research Foundation. Airport Concrete Pavement Technology Program. Report DOT/FAA-01-G-002-4 Strength Measurements Using Maturity for Portland Cement Concrete Pavement Construction at Airfields. Prepared by The Transtec Group, Inc. 1012 East 38. Street. Austin, Texas 78751. Programs Management Office 1010 Massachusetts Avenue, N.W. Suite 200. Washington, DC 20001. April 2003.	2 M	14.10.06
IPRF-01-G-002-02-2	An IPRF Research Report. Innovative Pavement Research Foundation. Airport Concrete Pavement Technology Program. Report IPRF-01-G-002-02-2. Acceptance Criteria of Airfield Concrete Pavement Using Seismic and Maturity. Concepts: Appendices Programs Management Office 5420 Old Orchard Road. Skokie, IL 60077. May, 2006.	1,5 M	14.10.06
McCullough	Thermochron and Hygrochron Button. InnovationsProject 0-1700: Improving Portland Cement Concrete Pavement Performance.	581 K	24.08.04
research	Brent Davis E.I. Evaluation of prestress losses in an innovative prestressed precast pavement system. A Thesis. Presented to the Faculty of the Graduate School University of Missouri - Columbia. December 2006.	2,9 M	18.11.07
TuranJointed	Early-Age Behavior of Jointed Plain Concrete Pavement Systems. Proceedings of the 2005 Mid-Continent Transportation Research Symposium, Ames, Iowa, August 2005. Iowa State University.	339 K	18.11.07

Назад