4. Анализ актуальных направлений внедрения разработанных решений

В связи с тем, что рассмотренные организационно-технические решения позволяют сократить трудозатраты на прогнозирование и анализ состояния возводимых монолитных конструкций, а также повысить долю формализованных процедур в контроле качества строительной продукции, можно говорить о целесообразности их дальнейшего развития с целью решения ряда смежных задач технологического и организационного характера.

Прежде всего, стоит отметить, что помимо ускоряющих добавок для интенсификации набора бетоном прочности в современной технологии монолитного строительства широко применяются различные методы термообработки бетона: электропрогрев бетона, предварительный электроразогрев бетонных смесей, разогрев бетона в конструкциях, прогрев бетона греющими изолированными проводами, обогрев бетона в греющей опалубке, воздушный конвективный прогрев монолитных конструкций и т.д. Температурный фактор оказывает сильнейшее влияние на рост прочности бетона (таблица 4.1), поэтому электротермообработка является эффективным методом ускорения производства работ при монолитном строительстве как в зимнее время, так и в летний период: прогревание конструкций благодаря интенсификации твердения бетона позволяет химически и физически связать значительную часть воды затворения и не допустить высыхания бетона в раннем возрасте.

Необходимо понимать, что каждый из методов не является универсальным и может дать наилучший эффект только при разумном его применении. Выбор наиболее экономичного метода требует не только знаний и особенностей каждого из них, но также и анализа конкретных температурных условий среды, возможностей производственной организации, видов возводимых конструкций и т.д. Важным критерием определения эффективности применения того или иного метода прогрева бетона является также расход энергии на его реализацию. Для снижения энергозатрат необходимо выбирать наиболее оправданный для каждого случая метод прогрева и сроки распалубливания конструкций, а также изолировать неопалубливаемую поверхность конструкций для сохранения тепла и влаги. Другой стороной сокращения энергозатрат является оптимизация расхода электричества за счет автоматизации процесса прогрева с учетом анализа состояния возводимых конструкций и динамики изменения условий внешней среды на строительной площадке.

Таблица 4.1. Ориентировочное нарастание прочности бетона при различных температурных

Время твердения (сут)	Прочность бетона (% от 28 суточной прочности) при температуре твердения бетона, 0С.
	5	10	20	30	40	50
1	9	12	30	42	45	55
2	18	25	47	52	68	75
3	27	35	50	65	84	85
4	33	46	58	74	87	90
5	38	52	64	82	89	94
6	43	54	68	89	91	99
7	48	60	70	90	95	100
8	50	63	77	92	97
9	52	64	80	94	98
10	54	66	83	97	99
11	56	68	85	98	100
12	58	70	87	99
13	60	75	89	100
14	62	77	92
28	77	84	100

В существующих моделях расчетах прогрева бетона учитывается форма возводимых конструкций (модуль поверхности), параметры окружающей среды, параметры теплопередачи опалубки, а также тепловыделение бетона.

Так, коэффициент теплопередачи опалубки :

(4.1)

где и - лучистая и конвективная составляющие коэффициента передачи, учитывающие такие параметры, как степень черноты полного нормального излучения материала опалубки, а также скорость ветра;

– термическое сопротивление опалубки.

Тепловыделение цемента в настоящее время в расчетах вычисляется приближенно по формуле:

, (4.2)

где – эмпирический коэффициент, зависящий от вида цемента;

– марка цемента;

Ц– расход цемента на кубометр бетона, кг/м³.

В случае применения электропрогрева также производят расчет требуемой удельной электрической мощности, приходящейся на 1м³ бетона по следующим формулам:

на период подъема температуры (кВт/м³):

(4.3)

на период прогрева в изотермическом режиме (кВт/м³):

(4.4)

где

Р₁, Р₂, Р₃ – это мощность, требуемая соответственно для разогрева бетона, разогрева опалубочной системы и восполнения теплопотерь в процессе разогрева;

Р₄ – мощность, требуемая для восполнения теплопотерь в окружающую среду при изотермическом выдерживании бетона;

Р_В– мощность, эквивалентная теплу экзотермии процесса гидратации цемента (обычно при выполнении расчета принимается усредненное значение, равное 0,8 кВт/м³);

С_б– удельная теплоемкость бетона, кДж/(кг∙град);

– объемная масса бетона, кг/м³;

р – скорость подъема температуры бетона, °C/ч;

С_оп – теплоемкость конструкции опалубки, кДж/(кг∙град);

– объемная масса материалов конструкции опалубки, кг/м³;

– усредненная толщина конструкции опалубки, м.;

К – коэффициент теплопередачи конструкции опалубки, Вт/(м²∙ град);

М_п – модуль поверхности конструкции, м^-1;

t_б – температура бетона перед прогревом, °C;

t_u – температура изотермического прогрева, °C;

t_В– температура внешней среды, °C.

Таким образом, при разработке управляющего модуля и его интеграции с предложенной системой мониторинга появится возможность полностью автоматизировать процесс электропрогрева бетона и оптимизировать энергозатраты на его реализацию при обеспечении дополнительной интенсификации строительного производства, как в зимний, так и в летний период года.

Перспективным направлением практического применения указанной системы может также стать интеграция управляющего модуля и активных компонентов системы мониторинга в конструкцию греющей опалубки. Данный тип опалубочных систем в технологии бетонирования перспективен не только с технической точки зрения, но и в экономическом плане, так как все затраты на трансформацию обычной опалубки в греющую являются единовременными и составляют обычно не более 8% от стоимости исходной конструкции.

При комплексном внедрении описанных решений неизбежно возникнет достаточно большой объем данных, анализ которых потребуется значительных затрат машинного времени. При этом одной из проблем реализации предложенного подхода является сложность проведения одинаково объективной их обработки для всех возможных случаев в виду неравномерного информационно-технического развития и оснащения вычислительными мощностями различных субъектов нашей страны.

Решением этой проблемы, по мнению автора, должно стать построение систем информационного обмена, обеспечивающих разделение функций определения граничных условий для моделирования, функций мониторинга и функций обработки данных, в том числе, по территориальному признаку без ограничений по дальности обмена данными. Для этого необходима организация системы взаимодействия различных участников, которая смогла бы обеспечить возможность обмена необходимой информацией (исходные данные организации строительного производства, данные оперативного мониторинга, ситуационные модели выработки управленческих решений, результаты управленческих воздействий и т.д.), через единый центр сбора и обработки с возможностью распределенного удаленного доступа.

Перспективным направлением развития в этой области является организация структур взаимодействия с использованием информационного обмена через глобальную сеть Интернет, что позволит исключить проблему географической удаленности строительных объектов от площадок с высоким уровнем информационно-вычислительного оснащения, позволяющим решать сложные задачи моделирования процессов с учетом комбинативного воздействия широкого спектра внешних возмущений. Составной частью такой системы должны стать базы данных (БД) и информационно-аналитические системы работы с ними, обеспечивающие возможности удаленного коллективного использования хранящихся в БД данных на основе web-интерфейсов без необходимости географической привязки к конкретному месту (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Принципиальная схема работы системы on-line контроля качества бетона

Внедрение подобных технологий обеспечит возможность оперативного контроля качества возведения бетонных и железобетонных конструкций в режиме on-line удаленно от места строительства объекта, что позволит более эффективно использовать доступные ресурсы.