Дефектоскопия бетона конструкций с внешней стальной оболочкой на основе законов переноса тепла в материале

Актуальность. Рассматривается проблема отсутствия апробированных методик неразрушающего контроля качества бетона в конструкциях, внешняя поверхность которых закрыта стальным листом (трубобетонные колонны, конструкции с внешним листовым армированием и несъемной опалубкой). Существующие методы, такие как визуальный контроль с помощью камер, обладают существенными недостатками, включая субъективность, технологические ограничения и невозможность проверки уже возведенных конструкций.

Цель. Разработка и экспериментальная апробация методики неразрушающего тепловизионного контроля сплошности бетона в композитных конструкциях со стальной облицовкой.

Материалы и методы. В качестве решения предлагается инновационная методика, основанная на тепловизионном контроле внешней поверхности стального листа. Ее физическая суть заключается в регистрации тепловизором температурных аномалий, возникающих изза различной теплопроводности монолитного бетона и дефектов (полости, инородные включения). Метод применяется в двух режимах: пассивном – в период экзотермического тепловыделения при твердении бетона, а также активном – с искусственным нагревом или принудительным охлаждением конструкции для усиления теплового контраста.

Результаты. Методика была успешно апробирована на двух типах реальных конструкций: высотной трубобетонной колонне и армоопалубочном блоке с внешним листовым армированием. В ходе экспериментов, включавших закладку искусственных дефектов, продемонстрирована возможность надежного обнаружения дефектов, расположенных как вплотную к стальному листу, так и на глубине до 10 см. Эффективность метода подтверждена как на пике экзотермии, так и через 60 сут после бетонирования.

Полученные положительные результаты показывают перспективность методики для промышленного применения в качестве надежного инструмента контроля сплошности бетона в сложных композитных конструкциях.

1. Varma A.H., Malushte S.R., Sener K.C., Booth P.N. Analysis and Design of Modular Composite Walls for Combined Thermal and Mechanical Loading // 20th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT 20) Espoo, Finland, August 9–14, 2009. URL: https://repository.lib.ncsu.edu/server/api/core/bitstreams/37990dba-7beb-428a-b543-ce0369de35d8/content (дата обращения: 20.09.2025).

2. Ozaki M., Akita S., Oosuga H., Nakayama T., Adachi N. Study on Steel Plate Reinforced Concrete Panels Subjected to Cyclic In-Plane Shear // Nuclear Engineering and Design. 2004. V. 228. P. 225–244.

3. Takeuchi M., Narikawa M., Matsuo I., Hara K., Usami S. Study on a concrete fillet structure for nuclear power plants // Nuclear Engineering and Design. 1998. V. 179. P. 209–223.

4. Varma A.H., Malushte S.R., Sener K.C., Lai Z. Steel-Plate Composite (SC) Walls for Safety Related Nuclear Facilities: Design for In-Plane Force and Out-of-Plane Moments // Nuclear Engineering and Design. Special Issue on SMiRT-21 Conference. 2014. V. 269. P. 240–249.

5. Zhang K., Varma A.H., Malushte S., Gallocher S. Effect of shear connectors on local buckling and composite action in steel concrete composite walls // Nuclear Engineering and Design. 2014. V. 269. P. 231–239.

6. Shafaei S., Varma A.H., Seo J., Huber D., Klemencic R. Wind Design of Composite Plate Shear Walls/Concrete Filled (SpeedCore) Systems // Engineering journal. 2022. V. 59. P. 183–208.

7. Mithaiwala M.E., Patil A.A., Khadake N.V. A Review on Effect of Different Set of Stiffness Modifiers Varying Through Height of Structure on Analysis of Multi-Story R.C.C. Structure // International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET). 2020. V. 7. P. 845–849.

8. Шминдрук Е.В. Уникальные технологии строительства высотных зданий и сооружений // Перспективные этапы развития научных исследований: теория и практика : сборник материалов III Международной научно-практической конференции, Кемерово, 15 июля 2019 г. Кемерово : ООО «Западно-Сибирский научный центр», 2019. С. 13–15.

9. Микрюкова Е.М., Николаев И.А. К вопросу о развитии строительства высотных зданий в России // Строительство и застройка: жизненный цикл – 2020 : материалы V Международной (XI Всероссийской) конференции, Чебоксары, 25–26 ноября 2020 г. Чебоксары : Издательский дом «Среда», 2020. С. 40–46.

10. Ahlfeldt G.M., Barr J. The economics of skyscrapers: A synthesis // Journal of Urban Economics. 2022. V. 129. DOI: 10.1016/j.jue.2021.103419

11. Коробов Л.А., Назарьев О.К., Карелин Е.П., Хайдуков Г.К. Железобетонные защитные оболочки АЭС. Москва : Атомиздат, 1978. 125 с.

12. Воронков Р.В. Железобетонные конструкции с листовой арматурой. Москва : Стройиздат, 1975. 144 с.

13. Белов В.В. Железобетонные резервуары давления с внешним листовым армированием. Нелинейное деформирование при силовых и температурных воздействиях : специальность 05.23.01 «Строительные конструкции, здания и сооружения» : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Белов Вячеслав Вячеславович. Ленинград, 1988. 206 с.

14. Wendrich A., Trela C., Krause M., Maierhofer C., Effner U., Wöstmann J. Location of Voids in Masonry Struc-tures by Using Radar and Ultrasonic Traveltime Tomography // ECNDT. 2006. URL: https://www.ndt.net/article/ecndt2006/doc/Tu.3.2.5.pdf (дата обращения: 20.02.2025).

15. Мочко А., Мочко М., Андреев В.И. Проверка качества бетона в существующих конструкциях. Технологии европейских стандартов // Вестник МГСУ. 2019. Т. 14. № 8. С. 967–975. DOI: 10.22227/1997-0935.2019.8.967-975

16. Коротких Д.Н., Дорф В.А., Капустин Д.Е., Зейд Килани Л.З. Контроль качества укладки монолитного бетона в конструкции с несъемной сталефибробетонной опалубкой // Строительные материалы. 2024. № 11. С. 31–39. DOI: 10.31659/0585-430X-2024-830-11-31-39

17. Коротких Д.Н., Капустин Д.Е. Прогнозирование прочности и контроль качества укладки монолитного бетона в конструкциях с несъемной опалубкой // Железобетонные конструкции. 2024. Т. 8. № 4. С. 55–69. DOI: 10.22227/2949-1622.2024.4.55-69

18. Сагайдак А.И. Стандарт на метод акустико-эмиссионного контроля бетонных и железобетонных изделий и монолитных конструкций // Бетон и железобетон. 2021. № 3 (605). С. 19–24.

19. Пивоваров В.А. Метрологическое обеспечение дефектоскопии бетона // Альманах современной метрологии. 2022. № 4 (32). С. 59–67.

20. Арленинов П.Д., Крылов С.Б., Калмакова П.С. Система контроля сплошности бетона сталежелезобетонных конструкций на основе тепловизионного метода // Academia. Архитектура и строительство. 2024. № 2. С. 150–156. DOI: 10.22337/2077-9038-2024-2-150-156