Система ученых Пермского Политеха поможет более экономично и качественно возводить монолитные дома в холодное время года

Сейчас основным способом возведения зданий и сооружений является монолитная технология строительства. Она позволяет быстро выполнять строительно-монтажные работы. Одним из факторов, которые сдерживают высокие темпы строительства жилья, становится медленное твердение бетона в холодное время года. На большей части территории России отрицательные температуры воздуха наблюдаются от 3 до 10 месяцев. Чтобы справиться с этой проблемой, строители «прогревают» конструкции с помощью электроэнергии, что позволяет бетону быстрее набрать прочность. Ученые Пермского Политеха разработали отечественную систему, которая позволит обеспечить «умный» расход электроэнергии и будет учитывать влияние внешних факторов при строительстве. Это поможет повысить качество конструкций, ускорить темпы возведения домов и сократить затраты компаний. Исследование выполнено в рамках Программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Результаты исследования разработчики опубликовали в журнале «Инженерный вестник Дона» (2022).

При возведении монолитных конструкций важно обеспечивать необходимые характеристики бетона, в частности, твердость и прочность. Для этого используют различные способы теплового воздействия, его источником чаще всего является электроэнергия. Заизолированные нагревательные провода крепят к арматурному каркасу и оставляют в железобетонной конструкции. Их подключают к сети после полной заливки бетонной смеси в опалубку. Но у этого метода также есть недостатки: набор прочности бетона в холодное время происходит недостаточно быстро, а электроэнергия расходуется неэффективно. Наша разработка поможет управлять параметрами электропрогрева конструкций, учитывая температуру бетона и окружающей среды, время теплового воздействия и другие факторы, — рассказывает руководитель проекта, доцент кафедры строительного инжиниринга и материаловедения Пермского Политеха, кандидат технических наук Степан Леонтьев.

По словам ученых, перерасход электроэнергии связан с тем, что конструкции обогревают, не учитывая их вид, геометрические параметры, температуру окружающей среды и сроки выдерживания бетона. Кроме того, сейчас нет единой методики расчета требуемой мощности трансформатора. 

Чтобы построить модель состояния железобетонных конструкций, разработчики собрали исходные данные: геометрические размеры конструкции и опалубки, теплофизические характеристики материалов, параметры окружающей среды и оптимальные режимы тепловой обработки бетона. Затем они построили виртуальную модель конструкции с помощью универсальной отечественной программы Elcut. Далее исследователи проанализировали, как меняются параметры конструкции в зависимости от внешних факторов. Затем ученые создали математическую модель, которая отражает влияние температур бетона, окружающей среды и времени электропрогрева на напряжение трансформатора. От его величины зависит температура прогрева конструкций. Использование полученной модели позволяет определить оптимальный расход электроэнергии на всем этапе возведения монолитных конструкций. Результатом работы стала разработка схемы функционирования системы управления, которая будет регулировать параметры электропрогрева железобетонных монолитных конструкций в зависимости от различных условий.

Инновационная система управления станет основой для создания автоматизированного комплекса электропрогрева конструкций, считают ученые Пермского Политеха. Применение разработки сможет сократить затраты строительных компаний на энергопотребление.

Для справки

Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % — региональные университеты.