IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

На сегодняшний день железобетон является основным видом строительных материалов, используемых для изготовления несущих конструкций. Такое широкое распространение в строительстве железобетон получил благодаря целому ряду положительных свойств, одним из которых является долговечность. При правильной эксплуатации железобетонные конструкции могут служить неопределенно долгое время без снижения несущей способности. Объясняется это тем, что прочность бетона с течением времени не уменьшается, а наоборот возрастает, и сталь в бетоне защищена от коррозии.

Поэтому, важной задачей современного строительства и технического обслуживания, является обеспечение надежности и безопасности зданий и сооружений на стадии их возведения и эксплуатации.

Основной причиной ухудшения технического состояния ЖБК являются интенсивные процессы коррозии арматуры, возникающие под воздействием неблагоприятных факторов внешней среды, превышения допустимого уровня нагрузок, а также дефектов проектирования и низкого качества строительных работ.

В ведущих зарубежных странах, понимая всю серьезность последствий от проблемы коррозии арматуры железобетонных элементов, в области обследования и технического обслуживания строительных конструкций применяют про-активную стратегию, в основе которой лежит использование методов неразрушающего контроля.

Используя данную стратегию можно выявлять развитие коррозии на ранней стадии и на порядок сокращать финансовые и трудовые затраты при ремонте железобетонных элементов.

Для повышения производительности работ было сделано большое количество исследований в области автоматизации, роботизации и компьютеризации процессов НК.

Результатом развития данных направлений стало, например, появление различных автоматизированных систем в виде роботов для неразрушающего контроля качества. Работа таких систем основана на одновременном комплексном применении нескольких методов НК с возможностью объединения получаемых данных (рис. 1).

Рис. 1. Основные элементы получения, сбора и анализа данных

В настоящее время можно выделить несколько ярких разработок в этой области:

• BetoScan – робот, разработанный в Германии. Главными разработчиками которого выступили The Fraunhofer-Gesellschaft (FhG) и The Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) (рис. 2).

• The RABIT Bridge Deck Assessment Tool – Американская роботизированная платформа, разработанная The researchers at the Federal Highway Administration (FHWA) и Rutgers University (рис. 3).

• Climbing robot for corrosion monitoring of reinforced concrete structures – робот, разработкой которого занимались Institute for Building Materials and Autonomous System Lab Eidgenössische Technische Hochschule Zürich в Швейцарии (рис. 4).

Рис. 2. Робот BetoScan	Рис. 3. Робот The RABIT Bridge Deck Assessment Tool

Рис. 4. Робот Climbing robot for corrosion monitoring of reinforced concrete structures

Изучив статьи и публикации по данным роботизированным системам, я провел сравнительный анализ, представленный в таблице 1.

Таблица 1

Результаты сравнения роботов для неразрушающего контроля качества железобетона

№	Наименование робота	Оценка коррозии	Дополнительное специальное оборудование	Принцип передвижения	Преимущества	Недостатки
1	2	3	4	5	6	7
1	BetoScan	Измерение удельного электрического сопротивления (кОмсм)	Возможно комплектование датчиками оптического анализа положения трещин и зон повреждений; датчиками фиксирования температуры и влажности бетона и окружающей среды; ультразвуковыми датчиками для определения толщины конструкции, глубины трещин и наличия пустот; датчиками для оценки армирования и защитного слоя магнитным методом; георадаром;	Передвижение по горизонтальным поверхностям на пневмоколесной платформе. Движение обеспечивает электродвигатель, питающийся от аккумуляторов	Робот способен обнаруживать стены, колонны и другие препятствия с помощью сканера с углом обзора в 270° и создавать цифровую карту обследуемого участка, в границах которой определяется зона контроля; Система крепления позволяет многовариантно осуществлять крепление датчиков, а также предполагает возможность их модернизации в случае использования новых датчиков.	Отсутствие второго метода НК коррозионного состояния железобетона
2	The RABIT Bridge Deck Assessment Tool	Измерение удельного электрического сопротивления (кОмсм); Георадар (скорость волны )	Установлены эхолокатор; оборудование для измерения ультразвукового импульса; две бортовые камеры для предоставления детального изображения поверхности бетона и панорамная камера, дающая высококачественное изображение в 360	Передвижение по горизонтальным поверхностям на пневмоколесной платформе. Движение обеспечивает электродвигатель, питающийся от аккумуляторов	На роботе установлена серия лазерных датчиков, позволяющих обнаруживать и избегать препятствия; собранные данные передаются обратно на базовую станцию, где она анализируется и представляется в виде 3-D изображения, давая исследователям картину того, что происходит внутри бетонной конструкции	­
3	Climbing robot for corrosion monitoring of reinforced concrete structures	Измерение потенциального уровня (мВ)	Установлены две бортовые камеры для предоставления детального изображения поверхности бетона	Передвижение по горизонтальным (в перевернутом положении) и вертикальным поверхностям. Адгезионная сила создается областью низкого давления между исследуемой поверхностью и роботом за счет рабочего винта вакуумного насоса, установленного на корпусе робота. Рабочий электродвигатель, обеспечивающий вращение ведущих колес в задней части робота. Колеса в передней части робота обеспечивают поворотные движения.	Легкая платформа из углеродного волокна и вакуумная система позволяют передвигаться роботу на бетонных поверхностях в любом положении.	Отсутствие второго метода НК коррозионного состояния железобетона; Питание робота обеспечивается переменным током по кабелю, ограничивая возможность проведения измерений, расстоянием в 20 метров от базовой станции

Использование подобных автоматизированных систем даст возможность инженерам, проводящим техническое обслуживание выполнять комплексный анализ состояния конструкций здания или сооружения. Полученная базовая информация позволит проектировщикам качественно планировать наиболее эффективный комплекс мероприятий по защите и ремонту конструкций.

Основными задачами, которые решаются при использовании данных роботов, являются:

• Повышение качества проверок за счет комплексного использования различных методов неразрушающего контроля;

• Сокращение трудозатрат, по сравнению с использованием ручных методов неразрушающего контроля;

• Отсутствие необходимости сильного сокращения полос движения при обследовании мостов и устройства большого количества строительных лесов для доступа или осмотра конструкций;

• Возможность проведения проверок в труднодоступных для измерения вручную местах, за счет использования роботов подобных Climbing robot for corrosion monitoring of reinforced concrete structures.

На сегодняшний день роботы, разработанные для выполнения комплексного анализ состояния железобетонных конструкций зданий или сооружений методами неразрушающего контроля, проходят стадию крупномасштабных проверок в рамках проектов, финансируемых государственными структурами. Хочется верить, что Россия не отстанет в данном направлении и в скором времени появится роботизированная система, позволяющая диагностировать коррозию на ранних стадиях или до ее начала.

Код для цитирования: Скопировать