1. Контроль выдерживания бетона монолитных конструкций в производственных условиях: состояние вопроса и направления исследований

   1. Существующие методы оценки и контроля состояния бетона при выдерживании монолитных конструкций

Состояние бетона монолитных конструкций при выдерживании обычно определяют по двум основным параметрам, подлежащим контролю и регистрации — температуре и прочности.

Прочность бетона является конечным показателем качества бетона, на основе которого принимаются решения по прекращению или продолжению обогрева, по снятию опалубки и необходимости последующего догрева, по устройству переопирания изготовленных пролетных конструкций и другие.

Температура бетона является косвенным показателем качества бетона, который также подлежит обязательному контролю при обогреве конструкций, термосном выдерживании в зимнее время при бетонировании массивных конструкций (М_п<2м^-1). Обязательность эта объясняется существенным влиянием температурных полей на формирование структуры бетона, которая определяет его конечное качество [3,66]. В связи с этим, показатели прочности и температуры при соблюдении необходимого влажностного режима дают объективную оценку состояния бетона в процессе обогрева и последующего выдерживания.

1. Температурный контроль выдерживания бетона в производственных условиях

Регламентируемые нормами и правилами [118,138,139] измерения температуры бетона при выдерживании монолитных железобетонных конструкций должны сопровождаться ведением соответствующей документации – температурных листов в привязке к схемам размещения контрольных точек, журнала работ.

Содержание операций температурного контроля и состав показателей, подлежащих регистрации при его проведении устанавливается СП [138 п.2.62], дополняется временными нормами [109,110,118,146] или рекомендациями ведущих институтов при сопровождении объектов [124]. К числу таких основных нормируемых операций и показателей относятся:

• периодичность температурных измерений;

• максимальные температуры нагрева;

• максимальные скорости разогрева/остывания;

• максимальные температурные перепады между температурой поверхности бетона и температурой воздуха при распалубке;

• градиенты внутри конструкций, равномерность прогрева.

Технической основой современного температурного контроля является определение температуры бетона в отдельной точке монолитной конструкции, которая рассматривается как некоторое среднее оценочное значение температуры объемного фрагмента конструкции. Соответственно этому техническому приёму, основные регламентные требования (схемы) температурного контроля сводятся к соблюдению количества и правил размещения контрольных точек (КТ). Эти требования, в основном имеют рекомендательный характер [129,131-136] и направлены на выявление зон конструкций, в которых возможны наибольшие отклонения теплового режима выдерживания. В частности, КТ должны устраиваться:

• в зонах, подверженных наибольшему охлаждению (углы, выступающие части, слои, соприкасающиеся с охлажденным грунтом или не отогретыми стыкуемыми элементами) [132,133]. Регулярные точки измерений должны смещаться в такие места [139];

• в наиболее нагретых частях конструкций (вблизи струнных, стержневых и полосовых электродов, возле арматурных стержней и стальной опалубки при индукционном прогреве, в слоях, соприкасающихся с греющей опалубкой или, с греющими проводами, в местах подвода пара и горячего воздуха и т.п. [132,133]).

Количество точек, в которых измеряется температура бетона, должно составлять не меньше одной точки:

• на каждые 6пм [124,132,133,139] для длинномерных конструкций;

• на 4м² [135] площади перекрытий (10м² [124,131,133], 50м² [124]);

• на 10м² [132] площади покрытий типа подготовок, полов, днищ и т.д. (40м² [124,131,133]);

• на каждые 3м³ [124,131-133] бетона для других конструкций.

Количество и расположение скважин принимается для, конкретных конструкций с учетом фактических захваток бетонирования и зон прогрева. Согласно [139], для конструкции с М_п>8м^-1 температуру следует измерять в, местах наибольшего и наименьшего разогрева скважины на глубине 4-6см устанавливаются в характерных местах конструкции — в углах, около ребер, в «зонах интенсивного охлаждения», и т.д. В конструкциях с М_п<8м^-1 должны, быть предусмотрены как поверхностные, так и глубинные скважины (для массивных конструкций в ядре сечения), при этом обязательно устройство скважин в углах и выступающих ребрах, а все скважины должны быть нанесены на схемы сооружения и пронумерованы.

В [129] отмечается, что при использовании бетонов с противоморозными добавками количество термометров может быть уменьшено до двух на конструкцию или захватку, бетонируемую в течение одной смены.

Следует отметить тенденцию к снижению требований по количеству точек контроля в ряде современных рекомендаций, особенно для перекрытий (до одной точки на 40-50м²), однако практика наблюдений показывает, что для выявления реально значимых разбросов температур бетона перекрытий трёх-четырёх КТ на захватке не достаточно.

Кроме того, когда на основе данных температурного контроля производится анализ прочностных показателей монолитных конструкций, очевидно, объём и места такого температурного контроля должны определённым образом соотноситься с объёмом и местами проведения прочностного контроля, которые хотя и слабо, но также регламентируются нормативными требованиями.

Сегодня в практике производственных измерений температуры бетона обычно используют два способа:

• непосредственные или прямые измерения термометрами и термодатчиками, размещаемыми в теле конструкции (в скважинах, реже в отверстиях под анкера опалубки стен и еще реже - с помощью теряемых датчиков, устанавливаемых в центральных или опасных зонах);

• косвенные измерения - измерение температуры на поверхности опалубки с целью оценки температуры в поверхностных слоях бетона.

Прямые измерения осуществляются:

• с применением технических термометров, помещаемых в скважины, заполненные незамерзающей жидкостью;

• с применением цифровых измерителей температур в комплекте с несъёмными или съёмными металлическими «щупами», которые погружаются в «жидкий» бетон или также скважины, заполненные незамерзающей жидкостью;

• с применением цифровых измерителей температур (регистраторов) и малогабаритных датчиков, размещаемых:

• в теле бетона без защиты (теряемые);

• в узких трубках-оболочках (извлекаемые);

• в скважинах с незамерзающей жидкостью;

• реже в отверстиях тяжей вертикальной опалубки;

• с применением инфракрасной термометрии при определении температуры открытых поверхностей бетона;

• с применением специальных средств и устройств, при осуществлении температурно-прочностного мониторинга специализированными инжиниринговыми компаниями [9,91,98,103;158].

Существенный толчок к освоению косвенных способов определения температуры бетона даёт то обстоятельство, что практически все прямые измерения могут выполняться только со стороны не опалубленных поверхностей, поскольку в современной дорогостоящей опалубке из ламинированной фанеры, пластика или алюминия выполнять многочисленные отверстия для термометров или «щупов» практически недопустимо. Таким образом, прямые измерения не могут обеспечить необходимый объём контроля по всей плоскости (высоте) вертикальных конструкций, в то время как при косвенных способах предполагается получение объективных данных о температуре бетона практически в любой точке при контроле большого числа преимущественно немассивных конструкций стен, колонн, перекрытий и др.

У всех рассматриваемых способов определения температуры бетона и связанных с ними средств измерений существуют свои достоинства и недостатки. Из достоинств и недостатков используемого приборного обеспечения следует отметить:

Достоинства контактных измерителей:

• относительно низкая цена отечественного приборного оборудования;

• малый вес и габариты электронных приборов;

• устойчивость к механическим воздействиям;

• универсальность малогабаритных датчиков.

Недостатки контактных измерителей:

• необходимость обустройства скважин для прямых температурных измерений;

• существенная тепловая инерция переносных датчиков-щупов в системе «датчик-скважина» (от 1 до 10 мин в зависимости от типа датчика и способа содержания скважины);

• невозможность работать с большинством приборов на морозе (приборы с термопарами, как правило, не имеют компенсации холодных концов (в импортных аналогах компенсация только до 0°С), жидкокристаллические дисплеи не читаются уже при минус 5 градусов);

• неприспособленность (практическая непригодность) промышленно выпускаемых температурных датчиков к выполнению измерений в построечных условиях (отсутствие компенсационных проводов необходимой длинны, защиты от механических воздействий и влаги и т.п.), в связи, с чем часто требуется их специализированная доработка;

• зачастую требуется установка датчиков и выполнение измерений в труднодоступных местах (в верхних частях конструкций, в опасных зонах выпусков арматуры, на краях стен и перекрытий), что связано с повышенной опасностью работ при контроле;

• при использовании многоканальных приборов или дистанционной связи существует высокая трудоёмкость коммутации датчиков и стоимость пуско­наладочных работ, а высокая вероятность механических повреждений коммутации определяет их довольно низкую надежность;

• достаточно низкая оперативность и высокая трудоёмкость измерений в целом.

К достоинствам неконтактных ИК измерителей относятся:

• дистанционное определение температуры;

• отсутствие тепловой инерции приборов (время выполнения измерения не более 1с);

• относительно высокая точность определения температуры поверхности (1,5-2°С для типовых приборов в рабочем диапазоне температур контроля);

• оперативность и относительная безопасность измерений.

Недостатки неконтактных ИК измерителей:

• значительная цена хорошего прибора и недолговечность при интенсивной эксплуатации на стройке;

• измерение температуры производится только на поверхности объекта.

Термографический контроль, как подвид ИК термометрии, имеет те же недостатки, но обладает существенными преимуществами: даёт полную картину теплового распределения на поверхности конструкций или ограждений с возможностью непрерывного сканирования температурных полей в реальном времени (ИК видео). С его помощью легко контролировать качество прогрева, утепления, выявлять электротехнические неполадки, связанные с перегревом коммутационных соединений и др. [2,17,18].

Таким образом, анализ состояния вопросов, связанных с температурным контролем бетона, выявляет:

• необходимость детального изучения косвенных способов измерений температуры бетона, особенно с применением ИК термометрии, как наиболее удобных и менее трудоёмких;

• необходимость разработки современной эффективной методики выполнения температурного контроля с учётом применения различных способов измерений и приборных средств, а также интеграции результатов температурных измерений в процедуры управления и приемки монолитных конструкций.