Аннотация

Готовые объемные конструкции (PPVC) становятся все более популярными в Сингапуре и даже навязываются на отдельных государственных участках продажи земли. ППВХ обладает рядом преимуществ, в том числе повышенной производительностью, что в связи с пандемией стало еще более приоритетным. Для обеспечения структурной целостности конструкций из ППВХ требуется инспекция, однако она часто рассматривается как процесс, не добавляющий ценности и отнимающий много времени. В этом документе будет показано, как использование многотехнологичного подхода к инспекции может обеспечить целостность, и как цифровые инструменты инспекции могут повысить ценность и производительность.

Введение

Методы внеплощадочного строительства набирают популярность во многих странах, включая Сингапур, Великобританию и Японию. Одним из таких методов является сборно-разборное объемное строительство (PPVC). PPVC предполагает изготовление и отделку 3D-модулей (обычно комнат) за пределами строительной площадки. На строительной площадке их нужно собрать вместе, чтобы получилось полноценное здание, например, многоквартирный дом. В конструкции с двумя стенами зазор между двумя сборными бетонными стенами затирается путем впрыскивания жидкого цемента на месте. Перенос значительной части работ за пределы стройплощадки дает ряд преимуществ, включая повышение производительности, улучшение условий строительства, повышение безопасности на стройплощадке и более жесткий контроль качества. Среди примеров завершенных проектов из ППВХ в Сингапуре можно назвать NTU Hall of Residence и Clement Canopy.

Хотя основной причиной применения ППВХ является повышение производительности, это не было полностью реализовано из-за ряда проблем, многие из которых связаны с контролем качества. Существуют различные требования к контролю конструкций из ППВХ, включая (i) контроль качества сборных бетонных элементов; (ii) контроль качества бетонных элементов, залитых на месте; (iii) контроль качества затирки и (iv) контроль структурных дефектов на существующих/старых проектах из ППВХ.

К ППВХ применимы несколько методов неразрушающего контроля (НК). Они будут поочередно представлены в разделе "Материалы и методы", после чего будет описана их применимость к ППВХ. В разделе "Результаты и обсуждение" будут представлены и обсуждены результаты ультразвуковой импульсной эхолокации (УИЭ), а также представление данных на цифровой инспекционной платформе. Будет показано, что применение различных методов контроля в сочетании с использованием передового программного обеспечения может повысить производительность и надежность ППВХ.

Ультразвуковое импульсное эхо находится в центре внимания данной статьи, поскольку это самый современный метод неразрушающего контроля, применяемый для ППВХ. Команда Proceq Asia работала в тесном сотрудничестве с пионерами ППВХ в Сингапуре, чтобы применить UPE для контроля качества цементации.

Материалы и методы

Отбойный молоток - распространенный инструмент неразрушающего контроля для быстрой оценки прочности на сжатие без необходимости отбора керна. Принцип действия заключается в том, что подпружиненная масса ударяет по поверхности бетона, а ее отскок измеряется и соотносится с прочностью на сжатие. Ультразвуковая скорость импульса (UPV) аналогично используется для быстрой оценки прочности на сжатие без необходимости отбора керна. Однако принцип работы сильно отличается. При использовании UPV ультразвуковой сигнал посылается в бетон с помощью преобразователя и принимается вторым преобразователем.

Толщина бетона, через который прошел ультразвук, должна быть известна. Время прохождения определяется на основе времени передачи и приема сигнала от датчиков. Затем можно рассчитать скорость ультразвукового импульса. Поскольку ультразвук является механической волной, его скорость прохождения через материал зависит от механических свойств этого материала. Поэтому после вычисления скорости ультразвукового импульса можно оценить прочность бетона. Эти два метода могут быть использованы для измерения прочности на сжатие сборных бетонных элементов из ППВХ на месте производства.

Сочетание испытаний с использованием отбойного молотка и УЗВ называется методом SONREB ("звуковой отбой") и дает более точную оценку прочности на сжатие. Это еще один вариант для сборных бетонных элементов.

Важным требованием инспекции является проверка правильности затирки швов между бетонными элементами. Очевидно, что это делается непосредственно на строительной площадке. Одним из вариантов является использование УПВ, поскольку скорость ультразвука может дать представление о качестве затирки. Однако это не дает инспектору много информации. Он будет знать только, что в определенном объеме затирки, вероятно, есть дефекты, но их размер и точное местоположение не будут известны.

Для получения более подробной информации требуется анализ данных за пределами объекта, поэтому немедленная оценка невозможна. Охват от UPV ограничен, поэтому необходимо провести несколько измерений, чтобы охватить большую площадь бетона. Предпочтительным вариантом является ультразвуковое импульсное эхо (UPE), поскольку оно позволяет получить фактическое изображение любых дефектов, а также обладает другими преимуществами, о которых речь пойдет ниже. Оценка возможна непосредственно на объекте, что способствует повышению производительности.

При использовании UPE ультразвук направляется в бетон и отражается от любых границ или дефектов (рис. 2). Отраженный ультразвук принимается тем же прибором, поэтому требуется доступ только с одной стороны, в отличие от UPV. Еще одно отличие заключается в том, что при UPE обычно используется ультразвуковой "массив", то есть несколько датчиков в одном приборе, которые все передают и все принимают ультразвук. В результате генерируется большое количество сигналов, которые могут быть обработаны для получения поперечного 2D или даже 3D изображения конструкции. С помощью прибора в одном положении можно получить изображение большой площади бетона, а при перемещении прибора вдоль бетона создается множество изображений, которые автоматически сшиваются вместе.

В левой части рисунка 2 показано отражение от общей толщины (задней стенки). С правой стороны показано отражение от дефекта, например, расслоения.

Принцип работы UPV и UPE схематично показан на рис. 1 и рис. 2 соответственно. Обратите внимание, что при UPV требуется ультразвуковой гель для соединения между преобразователями и поверхностью, а при UPE этого не требуется, поскольку используются преобразователи с сухим точечным контактом (DPC). Это является дополнительным преимуществом УПЭ, особенно при сканировании больших площадей.

За годы своего существования компания Proceq разработала несколько приборов UPE-массивов, а именно Pundit 250 Array, Pundit PD8000 и Pundit PD8050. Последние два прибора являются беспроводными и подключаются к мобильным устройствам с доступом в Интернет. Используется специальное приложение на iPad. Все данные хранятся на веб-сервере и могут быть доступны и обработаны в безопасном режиме из удаленных мест. Приложение позволяет пользователям создавать отчеты на месте, а также автоматически связываться с другими приложениями, например, для управления инспекциями.

Еще одним требованием неразрушающего контроля для железобетона является обнаружение арматурных стержней (арматуры). Для этого используются два наиболее популярных метода - импульсные вихретоковые испытания и георадар. Вихретоковое тестирование - это быстрый тест, который определяет наличие арматуры, а также может дать оценку глубины и диаметра покрытия, но не может обнаружить другие объекты. Проникающий в грунт радар (GPR) - это метод визуализации, аналогичный UPE, но использующий радиоволны вместо ультразвуковых волн. Эти методы могут применяться к сборным армированным элементам из ППВХ.

Результаты и обсуждение

В этом разделе будут представлены и обсуждены результаты UPE, включая их интеграцию с платформой для цифровой инспекции.

На рисунке 3 показаны стержни, взятые из структуры ППВХ.

На рисунке (a) керны состоят из двух слоев бетона с качественным цементным раствором между ними. Общая толщина составляет около 20 см.

В (c) показан один керн с дефектной затиркой между двумя слоями бетона. Общая толщина бетона-затирки-бетона составляет около 20 см, но на этот раз в затирке имеется несколько дефектов.

В (b) и (d) показаны результаты UPE, полученные с помощью массива Pundit 250. В (b) наблюдается сильное отражение (большой красный индикатор) на расстоянии около 20 см, что ожидается от качественной затирки - ультразвук проходит прямо через нее и отражается только от противоположной стены. На рисунке (d) сильное отражение наблюдается на расстоянии около 10 см, что относится к глубине затирки; это означает, что ультразвук отражается изнутри затирки, поэтому в ней должен присутствовать воздух (дефекты).

На рисунке 4 показаны другие примеры данных UPE из конструкций из ППВХ; на этот раз общая толщина бетона-цемента составляет 30 см, а цементный раствор - самоуплотняющийся бетон (SCC). В примере (a) затирка завершена, поэтому на расстоянии 30 см видно сильное отражение. В (b) затирка еще не выполнена, поэтому отражения видны примерно посередине, что соответствует зазору между двумя слоями бетона. Это показывает, как будет выглядеть затирка низкого качества (содержащая много воздуха) при использовании UPE.

Как и большинство строительных проектов, ППВХ предполагает большие объемы материалов, подлежащих инспекции, множество рабочих площадок (как производственных, так и строительных), большие объемы данных инспекции и множество заинтересованных сторон. Поэтому важно, чтобы данные инспекций хранились в цифровом виде и на защищенных облачных серверах, чтобы к ним могли получить доступ соответствующие заинтересованные стороны даже через несколько лет. В идеале сбор и хранение данных в Интернете должны быть бесшовными, т. е. данные собираются непосредственно на мобильное устройство с выходом в Интернет и автоматически отправляются в облако. Таким образом, оператору не нужно тратить дополнительное время и усилия на сохранение данных.

Кроме того, важно, чтобы данные о местоположении хранились вместе с данными обследования. Это должно быть не просто приблизительное GNSS-положение или почтовый адрес, а точное местоположение на поэтажном плане проекта. В настоящее время инженеры Proceq работают с пионерами в области ППВХ в Сингапуре, чтобы сделать это с помощью своего нового программного обеспечения, Screening Eagle INSPECT.

INSPECT - это комплексная интеллектуальная программная платформа с множеством функций для повышения производительности, качества и надежности предварительной инспекции, инспекции и отчетности. В контексте конструкций из ППВХ она позволяет пользователям назначать данные неразрушающего контроля, например, данные UPE, на точное место в корпусе. Пример показан на рисунке 5. Также можно включить данные других методов контроля и мест контроля, например, испытания на отскок на месте изготовления.

Выводы и рекомендации

Использование ППВХ способно значительно повысить производительность строительства, но в то же время создает ряд проблем при проведении инспекций. При правильном планировании и выборе подходящих инструментов для инспекции можно провести тщательный осмотр конструкции, не затрачивая много времени и сил. Как показано в этой статье, необходим многотехнологичный подход, при котором для разных требований к инспекции используются разные технологии.

Еще одна рекомендация - использовать мобильные устройства с доступом в Интернет для сбора данных и автоматической отправки их в защищенное облачное хранилище. Это еще больше повысит производительность и надежность конструкций из ППВХ. Кроме того, в идеале данные контроля должны храниться вместе с их местоположением, например, в какой именно части корпуса были получены ультразвуковые данные. Выгода от этого будет наиболее ощутима через несколько лет, когда данные инспекции конструкций из ППВХ придется пересмотреть, например, из-за отказа аналогичной конструкции или при модернизации/реконструкции.