ВведениеСовременные тенденции в строительной отрасли характеризуются устойчивым ростом темпов возведения объектов, что обуславливает необходимость внедрения инновационных цифровых технологий на всех этапах строительства. Данный подход является ключевым фактором повышения производительности, обеспечения качества работ и сокращения сроков реализации проектов [1]. Цифровая трансформация способствует оптимизации производственных процессов, повышению точности контроля и снижению рисков, связанных с человеческим фактором, что в конечном итоге приводит к повышению уровня безопасности и надежности строительных объектов.Несмотря на прогресс в области технологий, применяемые методы контроля остаются подверженными погрешностям, ошибкам и воздействию внешних факторов [2]. Источниками несоответствий выступают как человеческий фактор, так и условия эксплуатации измерительного оборудования, а также специфические свойства контролируемых материалов. В связи с этим актуальной задачей остается совершенствование методов мониторинга за счет внедрения автоматизированных систем, обеспечивающих повышенную точность и достоверность результатов.В рамках проведенного исследования был выполнен сравнительный анализ данных, полученных при измерении температуры бетона различными методами. Результаты эксперимента продемонстрировали существенные преимущества применения автоматизированных температурных датчиков по сравнению с традиционными ручными способами. Использование датчиков позволило достичь более высокой точности измерений, стабильности показаний и возможности непрерывного мониторинга в режиме реального времени. Это обеспечило своевременное выявление отклонений от заданных параметров и оперативное принятие корректирующих мер. Полученные данные подтверждают эффективность автоматизированных систем контроля температуры бетона на этапе его твердения.Материалы и методыПроблематикаАктуальные вопросы температурного мониторинга при проведении бетонных работ связаны с комплексом факторов, определяющих качественные характеристики бетона, его эксплуатационную долговечность, а также экономическую эффективность и безопасность строительства. Соблюдение оптимального температурного режима на стадиях укладки и твердения бетонной смеси представляет собой критически важное условие для достижения проектных показателей прочности и долговечности конструкционного материала.Современные вызовы в области температурного контроля отличаются высокой степенью комплексности, охватывая технологические и управленческие аспекты производственного процесса. Наиболее значимые проблемы - воздействие переменных климатических условий на процесс гидратации, технологические сложности обеспечения равномерного температурного поля в массиве, необходимость применения высокоточного измерительного оборудования, потребность в специалистах соответствующей квалификации.Для минимизации указанных рисков требуется комплексный подход, включающий: внедрение автоматизированных систем мониторинга; постоянное совершенствование квалификации персонала; учет всех параметров, влияющих на кинетику твердения бетонного камня [3].Текущая ситуацияСравнительный анализ методов температурного контроля бетонных смесей имеет принципиальное значение для задач технологической надежности строительных процессов. Существующие сегодня подходы - автоматизированный и ручной - обладают характерными эксплуатационными характеристиками, определяющими область их оптимального применения.Автоматизированные системы мониторинга демонстрируют ряд технологических преимуществ, таких как - высокая метрологическая точность (±0,5°C), стабильность измерительных параметров во временном диапазоне, возможность многоточечного контроля температурного поля, непрерывная фиксация термодинамических процессов гидратации. Принципы автоматизированного управления позволяют реализовать: оперативный контроль кинетики твердения, своевременное выявление аномальных температурных градиентов, автоматизацию документирования параметров, минимизацию субъективных ошибок измерения.Традиционные ручные методы, основанные на применении контактных термометров и пирометров, характеризуются - дискретностью измерений, локальностью контроля (до 5 см² на одно измерение), повышенной трудоемкостью (до 30% временных затрат, от общей продолжительности мониторинга), необходимостью постоянного прямого доступа оператора к контролируемым зонам.Ручные измерения наиболее актуальны при:экспресс-диагностике на небольших по объёму, ограниченных участках;контроля показателей автоматизированных систем;работе в условиях отсутствия стационарного мониторингового оборудования.Последствия нарушенийНарушение температурного режима бетона в зимних условиях приводит к ряду серьезных последствий, влияющих на его качество и долговечность [4].Недостаточное твердение. При низких температурах химические реакции гидратации цемента замедляются или вовсе прекращаются, что приводит к недостаточному набору прочности бетона. Это ослабляет конструкцию и снижает её эксплуатационные характеристики.Образование трещин. Быстрое охлаждение или замерзание бетона в процессе его твердения вызывает образование трещин. Это происходит из-за расширения воды при замерзании, что приводит к внутренним напряжениям в материале.Потеря долговечности. Нарушение температурного режима влияет на долговечность бетона, особенно в условиях цикличности замерзания и оттаивания, что значительно ускоряет процессы разрушения.Деформация структуры. При слишком низкой температуре, структура бетона становится пористой и менее плотной, что снижает его прочностные характеристики и устойчивость к внешним воздействиям.Неравномерность набора прочности. В условиях зимних температур бетон твердеет неравномерно, что приводит к снижению его прочности и надежности. Это критически важно в случае крупных бетонных конструкций, где равномерность твердения критична.Нарушение температурного режима бетона в зимних условиях существенно влияет на качество и безопасность строительных объектов.Установка оборудованияНа арматурном каркасе, перед началом бетонирования, по заранее разработанной схеме, организовываются места контроля температуры свежеуложенного бетона (рис. 1). Контроль температуры осуществляется во всех точках расположения датчиков в режиме реального времени [5]. Термодатчики устанавливаются на стержень с низкой теплопроводностью (композитная арматура, пластиковые трубки и т.д.) с помощью полимерных стяжек или клейкой ленты. Допускается установка датчиков на арматурный каркас через теплоизоляцию.Рис. 1. Схема расположения контрольных температурных трубок на захватках бетонирования фундаментной плитыПараллельно с контролем температуры с помощью дистанционных термодатчиков производят измерение температуры с помощью термометров, погружаемых в предварительно установленные пластиковые трубки (контрольные скважины). Температурные трубки крепятся к арматурному каркасу из расчета 1 точка измерения на 30-50 м2 поверхности конструкции и не реже чем через 6-10 м по периметру конструкции. Отдельные точки измерения устанавливаются в углах замыкающих захваток и в центре плиты (Рис. 1).Температурные трубки крепятся к арматурному каркасу через прослойку теплоизоляции типа Пенофола, Пенолона и аналогов толщиной 5-10 мм. Допускается использование теплоизоляционных жгутов типа «Вилатерм». Теплоизоляция устанавливается только в месте крепления. Расстояние от точки измерения температуры на периферии конструкции до поверхности конструкции должно быть не более 150 мм. Температурные трубки устанавливаются в каждой точке в виде «куста» из трех трубок, обеспечивающих контроль температуры бетона у подошвы фундаментной плиты, в центре и на поверхности (Рис. 2). На нижнем конце температурной трубки устанавливается заглушка. Трубки заполняются водой на 70-100 мм (или на 50 мм больше длины рабочей части термометра) для лучшего теплообмена и закрываются сверху пробкой из водонепроницаемого теплоизоляционного материала.Рис. 2. Схема установки «куста» температурных трубокВерхний край контрольных температурных трубок должен быть на 30-50 мм выше проектного уровня бетона. Мероприятия по уходу за бетоном должны предусматривать координацию точек размещения температурных трубок.Контрольные измерения начинаются через 8-12 часов после окончания бетонирования на каждой захватке и продолжаются до завершения ухода за бетоном [6]. Периодичность измерений температуры в скважинах, следующая:после окончания бетонирования через 8-12 часов в течение первых 3-х суток – каждые 4 часа;в течение последующих 7 суток не реже 3 раз в сутки;в течение последующего времени до завершения ухода за бетоном не реже 2 раз в сутки.За максимальный допустимый интервал между контрольными измерениями следует принимать время, в течение которого не происходит изменение температуры бетона не более чем на 2оС.После завершения всех температурных измерений пластиковые трубки по возможности высверливают по длине и заполняют ремонтными смесями, близкими по своим характеристикам к проектным требованиям к бетонной смеси.Обеспечение необходимого температурного режима в объеме захватки перед бетонированием.Для прогнозирования условий бетонирования и последующего твердения бетона субподрядчик, как производитель работ, должен отслеживать погодные параметры (температуру, скорость ветра, вероятность осадков и т. д.) с помощью каротажа.Температура основания, опалубки, арматуры, закладных деталей, расположенных в пространстве захватки (далее — конструктивные элементы), до и во время бетонирования не должны отличаться от температуры окружающей среды в зоне захватки более чем на ±10 °С.Разница температур между поверхностью ранее забетонированной конструкции (уложенной вне рамок настоящих правил) и бетонной смесью не должна превышать 20 °С.Температура прилегающих захваток определяется как среднее значение данных мониторинга температурных датчиков или погружных термометров в трубках, установленных вдоль рабочего шва. В случае неисправности датчиков допускается измерение температуры поверхности рабочего шва с помощью пирометра.В случае перегрева элементов конструкции перед бетонированием необходимо их охладить, сочетая интенсивное орошение холодной водой и вентиляцию. Бетонные поверхности основания и опалубки с внешней стороны охлаждаются периодическим поливом холодной водой. Охлаждение арматуры и закладных элементов осуществляется путем периодического орошения холодной водой с помощью распылителей. Температура охлаждающей воды должна составлять от +15 до +25 °C. Непосредственно перед началом бетонирования излишки воды необходимо удалить воздухом или промышленным пылесосом.Общее количество точек измерения составило 24 для ручных измерений и 16 для измерений с датчиками (Рис. 3), что обеспечило комплексный подход к сбору данных, всестороннюю проверку показателей.Рис. 3. Схема установки температурных датчиков и точек для ручного измеренияОбзор результатов исследованияМониторинг и управление процессом набора температурыМониторинг и управление процессом набора температуры бетона имеют ключевое значение для обеспечения его прочности и долговечности. Контроль температуры в процессе гидратации цемента позволяет избежать трещин, деформаций и других дефектов, которые возникают в результате резких изменений температуры, а также управляет процессом твердения в зависимости от внешних условий.Современная методология, основанная на модели зрелости, обеспечивает непрерывный мониторинг и оценку прочности бетона на сжатие в конструкции без разрушения. Используя эту методику специальные датчики измеряют температуру бетона, которая конвертируется в зрелость. На основании соотношений зрелость-прочность бетона, делается оценка реализованной прочности на сжатие бетона на месте (Рис. 4, 5).Рис. 4. Современные подходы к измерению температуры бетонаОценка прочности бетона на сжатие с использованием этого неразрушающего метода осуществляется в три этапа:Калибровка измерений для бетона с учётом его состава;Измерение времени и температуры с использованием датчиков;Обработка и анализ полученных данных.Рис. 5. Процесс установки и контроля набора прочностиАнализ полученных результатовАнализ результатов, полученных в ходе сравнения ручных измерений в скважинах и автоматических измерений с использованием датчиков, позволяет глубже понять преимущества и ограничения каждого из методов.Состав оборудования был подобран в соответствии с требованиями СП 435.1325800.2018 «Конструкции бетонные и железобетонные монолитные — «Правила производства и приемки работ».Результаты температурного мониторинга в контрольных скважинах, температурного мониторинга температурными датчиками и их разницы представлены в Таблицах 1-3.Условные обозначения в Таблицах 1-3: T, ℃ — ОС — температура окружающей среды;В, Ц, Н — вертикальное месторасположения: В — верх, Ц — центр, Н — низ;6-1 — номер захватки на Рис. 3;1-24 — номер трубки на Рис.3; - — отсутствие данных по измерению температуры;желтым отмечены скважины с датчиками.Таблица 1.Результаты температурного мониторинга бетонатемпературным датчиками, ℃.Схема размещения и нумерация скважин  — на Рис. 3№п/пДатаВремяТемпература бетона , ℃, измерение датчикамT, ℃ОСГл.654321123456789101112131415161718192021222324112.08.2410:30В-49,9-57,2--54,8-67,0-73,949,2-73,2-----57,244,845,2--16Ц-68,5-68,1--71,1-67,8-75,861,6-75,6-----69,157,257,2--Н-51,4-49,8--56,0-50,2-60,452,4-58,9-----54,747,047,0--212.08.2418:00В-49,6-56,2--53,9-62,157,673,648,745,5------55,843,543,5--18Ц-65,9-65,5--69,7-66,169,275,660,257------67,156,456,2--Н-50,1-43,5--55,4-49,455,060,351,747,8------53,945,745,7--313.08.2408:00В-48,1-53,6--52,6-59,957,172,747,7-------53,341,541,5--14Ц-61,2-61,1--67,1-63,267,474,759,0-------63,751,351,3--Н-47,9-46,4--54,4-48,254,260,150,7-------52,243,843,8--413.08.2423:30В-42,8-50,2--50,2-57,256,071,746,7--------40,841,3--16Ц-56,3-56,8--64,3-60,265,573,656,0 -------47,547,5--Н-45,5-44,3--53,2-47,053,559,949,3--------40,640,6--514.08.2417:30В-39,2-47,0--48,2-54,254,970,145,5--------38,738,7--21Ц-52,2-52,7--61,3-57,263,172,454,9--------45,245,2--Н-43,5-42,1--51,9-45,752,659,546,5--------39,439,4--615.08.2408:00В-38,543,844,8--47,1-52,453,668,8---------37,337,3--21Ц-49,454,649,8--59,2-55,161,671,1---------42,542,5--Н-42,148,140,6--50,9-44,852,059,2---------37,137,1--715.08.2417:30В-38,543,643,9--47,5-51,654,068,0--66,8-50,3---44,236,236,2--20Ц-47,753,748,1--57,9-53,660,870,3--68,6-59,1---51,641,241,2--Н-41,247,639,7--50,2-44,451,659,0--57,4-51,0---45,837,037,0--816.08.2408:00В-38,041,841,9--46,0-49,853,966,8--65,5-49,1---43,135,235,2--21Ц-45,852,245,9--56,2-52,159,669,2--67,4-57,3---49,640,740,7--Н-40,347,038,6--49,4-43,551,258,7--56,9-50,1---44,635,535,5--916.08.2420:00В-38,142,441,1--46,8-48,954,065,8--64,5-48,3---42,234,634,6--23Ц-44,351,144,2--54,8-50,758,468,3--66,4-55,9---48,052,539,2--Н-39,546,437,8--48,7-42,950,858,4--56,6-49,4---43,635,335,3--1017.08.2415:30В-36,640,937,9--44,8-47,553,964,8--63,0-47,4---41,233,633,9--25Ц-42,649,442,0--52,8-48,957,466,9--64,9-54,0---45,937,337,3--Н-38,545,636,6--47,6-42,150,257,8--55,9-48,4---42,234,634,6--1118.08.2414:00В-37,642,136,8--44,9-46,353,763,141,639,761,5-46,1---40,332,932,9--28Ц-40,947,640,2--50,9-47,256,165,345,942,063,2-52,1---44,035,435,4--Н-37,844,835,6--46,4-41,349,657,143,041,055,2-47,3---40,934,534,5--                              Таблица 2.Результаты ручного температурного мониторинга бетона, °C.Схема размещения и нумерация скважин  — на Рис. 3№п/пДатаВремяТемпература бетона в скважинах,  ℃, ручное измерениеT, °CОСГл.654321123456789101112131415161718192021222324112.08.2410:30В53525452545449-5650624952-5056625357425045485616Ц5453515959445853-476557596560626762625755545469Н4452-56-56525853-58-4970-4970-494749414957212.08.2418:00В51506450416355-5360694354-4757-5759485346485918Ц5654656163675871-626859587163617165625654515870Н4650---584660525165-4771-4868-484648404757313.08.2408:00В48425046585853-5147675349675350-5749465946535714Ц5647544958696371-617158556954-6858555262495366Н42365042-58496850-6046-59-53644947--424458413.08.2423:30В46555049585852-5858715745716058-6354546454606616Ц5469555362695573-657158597164-7165666070516470Н42-5046-62426652-6953-68-55645555--535867514.08.2417:30В43364240515552-5143-48-465345-4844415442605821Ц504150465468596653576952645154-6850554858454964Н433545384657-6744-684564-47536542---394358615.08.2408:00В42344439505352-5043604643-5142-4643395439445621Ц483948415164576651546750486351-6549514554424760Н423243364557-6743-6645-6246496041---374255715.08.2417:30В40344438495052-4842594443-4941-4643385239435420Ц483944414863576350526649486250-6348514454414759Н433343364458-6542-6644-6146485741---374254816.08.2408:00В37334237485052-4642584443-4941-4442375136415421Ц463644414761556349516446466149-6646504253394658Н413242344357-6542-6443-6145485940---364156916.08.2420:00В36314236484951-4641574442-4840-4341374935415423Ц463543404860556348516245466149-6545504050394557Н413242344257-6342-6442-6044475840---3541561017.08.2415:30В35304135474851-4541574442-4740-4341374735415425Ц463542404759556347506144465948-6244494050384357Н413241334057-6142-6240-5843475838---3440541118.08.2414:00В34304135474850-4541574342-4740-4242364634405328Ц433542404759556347506144455848-6244483949364557Н403241334056-6141-6140-5742455838---344053Таблица 3.Разница между результатами температурного мониторинга,выполненного с помощью датчиков и вручную, ℃Схема размещения и нумерация скважин  — на Рис. 3№п/пДатаВремяТемпературная разница между результатами измерения, ℃ T, ℃ОСГл.654321123456789101112131415161718192021222324112.08.2410:30В--2,1-5,2--5,8-11,0-11,90,2-------15,2-5,20,2--16Ц-15,5-9,1--13,1---10,84,6-10,6-----12,12,23,2--Н--0,6--6,2--4,0--2,8-2,4---11,1-----7,7-2,06,0--212.08.2418:00В--0,4-6,2---1,1-9,1-2,44,65,7-8,5------7,8-9,5-2,5--18Ц-11,9-4,5--11,7--7,27,61,2-1,0------11,12,45,2--Н-0,1----9,4--2,64,0-4,7-0,8------7,9-2,35,7--313.08.2408:00В-6,1-7,6---0,4-8,910,15,7-5,3-------7,3-17,5-4,5--14Ц-14,2-12,1--4,1--6,43,71,0-------11,7-10,72,3--Н-11,9-4,4--5,4--1,8-0,14,7---------1,8--413.08.2423:30В--12,2-1,2---1,8--0,8-2,00,7-10,3---------23,2-12,7--16Ц--12,7-3,8--9,3--0,52,6-2,0---------22,5-3,5--Н----1,7--11,2--5,0--9,1-3,7----------12,4--514.08.2417:30В-------3,8-3,2---2,5---------15,3---21Ц-11,2-6,7--2,3-4,26,13,42,9---------12,80,2--Н-8,5-4,1----1,7--8,51,5---------0,4--615.08.2408:00В-4,5-0,25,8---4,9-2,410,68,8----------16,7-1,7--21Ц-10,46,68,8--2,2-4,17,64,1----------11,50,5--Н-10,15,14,6----1,8--6,8----------0,1--715.08.2417:30В-4,5-0,45,9---4,5-3,612,09,0----9,3---6,2-15,8-2,8--20Ц-8,79,77,1--0,9-3,68,84,3--6,6-----7,6-12,80,2--Н-8,24,63,7----2,4--7,0---3,6-3,0-----0,0--816.08.2408:00В-5,0-0,24,9---6,0-3,811,98,8----8,1---6,1-15,8-0,8--21Ц-9,88,24,9--1,2-3,18,65,2--6,4-----7,6-12,31,7--Н-8,35,04,6----1,5--5,3---4,1-2,1------0,5--916.08.2420:00В-7,10,45,1---4,2-2,913,08,8----8,3---5,2-14,4-0,4--23Ц-9,38,14,2---0,2-2,77,46,3--5,4-----8,02,50,2--Н-7,54,43,8----0,9--5,6---3,4-2,4-----0,3--1017.08.2415:30В-6,6-0,12,9---6,2-2,512,97,8----7,4---4,2-13,4-1,1--25Ц-7,67,42,0---2,2-1,97,45,9--5,9-----5,9-12,7-0,7--Н-6,54,63,6----0,1--4,2---2,1-1,4-----0,6--1118.08.2414:00В-7,61,11,8---5,1-1,312,76,1-1,4-2,3--6,1---4,3-13,1-1,1--28Ц-5,95,60,2---4,1-0,26,14,31,9-3,05,2-----5,0-13,6-0,6--Н-5,83,82,6----0,3--3,93,0--1,8-2,3-----0,5--Анализ данных, представленных в таблице 3, демонстрирует значительный разброс температурных показателей в диапазоне от -23,2°C до +15,5°C, что оказывает критическое влияние на процессы гидратации цемента и формирование равномерной структуры бетона. Полученные результаты подчеркивают необходимость строгого контроля температурного режима на всех этапах твердения бетонной смеси.При этом следует отметить, что в ходе эксперимента были выявлены отдельные случаи отказа датчиков мониторинга (примерно 7% от общего количества измерительных точек), что указывает на необходимость совершенствования аппаратно-программного комплекса системы контроля. Основными направлениями модернизации должны стать:Повышение надежности измерительных модулей;Оптимизация схемы размещения датчиков;Разработка алгоритмов компенсации пропущенных данных.Полученные результаты создают научную основу для дальнейшего совершенствования систем мониторинга строительных конструкций.Визуализация распределения температуры в фундаменте на основе показаний датчиков представлена на Рис. 6Рис. 6. Визуализация распределения температуры в фундаменте на основе показаний датчиковАвтоматическое измерение с помощью датчиков является более эффективным для мониторинга процессов в скважинах, благодаря высокой точности, надежности и возможности непрерывного сбора данных. Ручное измерение может быть полезным для контрольных и случайных измерений, но оно менее точно и требует значительных временных затрат.Перспективы развития решенияИнтеграция с современными системами управления проектами предоставит возможность автоматизировать сбор данных, мониторинг в реальном времени и улучшить координацию между различными участниками проекта. Цифровизация процессов строительства способствует улучшению качества, сокращению сроков и снижению затрат, а также повышению прозрачности и управляемости всех этапов строительства [7].Использование инструментов Big Data и искусственного интеллекта для прогнозирования, автоматизации процессов и повышения эффективности управленческих решений обоснованно требует разработки методики оценки рисков возникновения дефектов и повреждений монолитных конструкций, вызванных технологическими нарушениями. Эти технологии позволяют анализировать большие объемы данных, выявлять закономерности и предсказывать потенциальные проблемы на ранних стадиях, что способствует минимизации рисков. Внедрение таких методик позволяет оперативно выявлять отклонения в процессе строительства, оптимизировать процессы контроля качества и обеспечить своевременное вмешательство для предотвращения дефектов. Все это способствует повышению надежности и долговечности конструкций, снижению затрат на исправление ошибок и улучшению общей эффективности управления строительными проектами.ВыводыЦифровой контроль температурного режима при бетонировании железобетонных конструкций в зимний период является мощным инструментом, повышающим качество, безопасности работ, эффективность, точность и качество строительства, что критически важно в сложных и масштабных проектах.Датчики измерения температуры бетона, более точны и надежны, чем ручные измерения. Они обеспечивают автоматический и непрерывный мониторинг, минимизируя человеческие ошибки. Датчики позволяют получать данные в режиме реального времени, обеспечивая оперативное реагирование и их наличие не требует постоянного присутствия специалиста. В отличие от ручных термометров, датчики обеспечивают большую точность и удобство.Дистанционный мониторинг температурного режима, значительно улучшает эффективность управления технологическими процессами и снижает риски, связанные с нарушением температурного режима.Внедрение систем автоматического мониторинга требует значительных инвестиций, технического обслуживания и квалификации персонала, что может быть вызовом для некоторых компаний. Использование цифровых технологий наиболее востребовано на крупных и сложных проектах, где соблюдение высоких стандартов качества и минимизация рисков играют ключевую роль.Нарушение температурного режима приводит к снижению прочности, долговечности и нарушает эстетические характеристики бетона. Цифровой контроль температурного режима обеспечивает строгий мониторинг и управление процессом, минимизируя риски и повышая эффективность проведения бетонных работ.