В статье рассмотрены методы подачи бетонной смеси при производстве монолитных работ. Рассмотрены традиционные и инновационные решения, на основании анализа которых проведена сравнительная оценка эффективности, качества и экономической целесообразности каждого из методов.

Ключевые слова: монолитное строительство, роботизированные системы, автоматизация строительных процессов, 3D-печать в строительстве, качество бетона

Монолитное строительство занимает важное место в современном жилом строительстве благодаря своим преимуществам, таким как высокая прочность, долговечность и возможность реализации сложных архитектурных форм. Однако качество и эффективность выполнения монолитных работ во многом зависят от правильного выбора метода подачи бетонной смеси, который оказывает значительное влияние на конечные характеристики конструкций. В условиях растущего спроса на качественное и экономически эффективное строительство вопрос оптимизации технологических процессов становится особенно актуальным.

Целью данной статьи является анализ существующих методов подачи бетонной смеси в монолитном строительстве и выявление наиболее эффективных решений для их применения. Для достижения этой цели необходимо рассмотреть, как традиционные, так и инновационные технологии, а также провести их сравнительный анализ по ключевым критериям.

Традиционные методы подачи бетонной смеси

Ручная подача бетонной смеси остается одним из самых традиционных методов транспортировки бетона на строительной площадке. Этот способ включает переноску бетонной смеси рабочими с использованием тачек, ведер или других подручных средств. Ручная подача актуальна при малых объемах бетонирования и применение механизированных средств нецелесообразно с экономической точки зрения. Данный метод имеет свои недостатки, такие как высокая трудоемкость и ограниченная производительность, что делает его менее подходящим для крупных строительных объектов.

Бетононасосы начали использоваться в строительстве с середины XX века и с тех пор зарекомендовали себя как эффективное средство подачи бетонной смеси. Существует два основных типа бетононасосов: стационарные и автобетононасосы. Стационарные насосы обычно применяются на строительных площадках, где требуется подача бетонной смеси на большие расстояния как по горизонтали, так и по вертикали. Автобетононасосы, обеспечивая мобильность и удобство транспортировки, становятся незаменимыми для объектов, строительство которых ведется в стесненных условиях. Использование бетононасосов позволяет значительно сократить время подачи бетона и улучшить качество укладки благодаря равномерному распределению смеси.

Вибролотки и гравитационные системы подачи бетона представляют собой механизированные методы, используемые в строительстве. Вибролотки обеспечивают уплотнение бетона за счет вибрации, что способствует улучшению его однородности и структурной прочности. Гравитационные системы, использующие силу тяжести для подачи смеси, эффективны на небольших высотах и отличаются экономической выгодой. Эти методы часто комбинируются с другими технологиями, что позволяет оптимизировать процесс подачи бетона в зависимости от условий строительства.

Традиционные методы подачи бетонной смеси обладают как преимуществами, так и недостатками, которые необходимо учитывать при выборе оптимального способа. Таким образом, выбор метода подачи должен основываться на анализе специфики строительного объекта и требований к качеству работ.

Инновационные технологии и их применение

Современные технологии подачи бетонной смеси представляют собой комплекс решений, направленных на автоматизацию и повышение точности строительных процессов. Одной из таких технологий является использование роботизированных систем, обеспечивающих высокую точность подачи и распределения бетонной смеси, а также выполнение арматурных работ. Ярким примером использования роботов и искусственного интеллекта в строительстве являются два автономных робота, созданных компанией Advanced Construction Robotics (ACR). Робот IronBOT собирает, удерживает и пространственно размещает арматуру в заданном проектом порядке, а робот TyBOT автономно выполняет обвязочные работы. Такие роботы позволяют значительно ускорить арматурные работы, тем самым сократить срок строительства, решить вопрос с нехваткой кадров и использованием ручного труда, а также минимизировать вероятность допущения ошибок, вызванных «человеческим фактором». Такие роботы уже успешно используются в коммерческих проектах в США.

Помимо автоматизации арматурных работ также применяются и автоматизированные системы для укладки бетона, что также позволяет ускорить процесс строительства, повысить точность и качество, а также безопасность монолитных работ. Примерами таких систем являются мобильные работы и автоматизированные бетононасосы, которые автоматически перемещаются по строительной площадке и заливают бетон в вертикальные и горизонтальные конструкции (крупные компании-разработчики роботозированных систем: BEUMER Group, Robotic Concrete Pumping и Zhengzhou Yutong). Такие системы были применены при строительстве высотных зданий в Гонконге и Дубае, что позволило увеличить скорость заливки бетона на 30 %, обеспечить высокое качество и точность выполняемых работ.

Помимо роботизированных систем популярность набирают строительные 3D-принтеры — это автоматизированные системы, которые используют технологию послойного нанесения материалов для возведения строительных конструкций. В отличие от традиционных методов, они позволяют быстро создавать стены, фасады и даже внутренние элементы зданий с минимальным участием человека. В основу использования данной технологии ложится цифровая модель здания (BIM-модель), которая загружается в качестве исходных данных для строительства. Примером многоэтажного строительства с использованием 3D-принтера является 4-х этажное здание в Дубае (высота 12 м). На данный момент эта технология не позволяет возводить высотные здания, так как габариты такого принтера ограниченны по размеру, однако в будущем технологии позволят возводить здания, достигающие 20–30 этажей и выше.

Несмотря на многочисленные преимущества, инновационные технологии подачи бетонной смеси имеют свои ограничения. Одним из основных факторов является высокая стоимость оборудования и его обслуживания, что может стать препятствием для внедрения в малых и средних строительных проектах. Также важно учитывать необходимость специального обучения персонала для работы с такими системами, что требует дополнительных временных и финансовых затрат.

Сравнение методов по критериям качества, эффективности и экономической целесообразности

Качество и эффективность подачи бетонной смеси в строительстве определяются рядом ключевых критериев. Качество включает в себя такие аспекты, как однородность смеси, отсутствие расслоения и сохранение свойств при транспортировке. Эффективность, в свою очередь, характеризуется скоростью подачи, минимизацией потерь материала и снижением трудозатрат. Эти критерии позволяют оценить, насколько технология подачи соответствует требованиям современного строительства.

Традиционные методы обеспечивают приемлемое качество смеси, но часто сопровождаются проблемами, связанными с неоднородностью и потерями материала. Инновационные технологии, автоматизированные системы подачи и роботизированные установки, значительно повышают качество за счет точного контроля процесса и минимизации расслоения смеси. Это делает их предпочтительными для проектов, где важны высокие стандарты качества.

С точки зрения эффективности, традиционные методы уступают инновационным. Автоматизированные системы и 3D-принтеры позволяют значительно сократить время и трудовые ресурсы, что подтверждается практическими примерами внедрения этих технологий в строительстве. Это свидетельствует о высокой эффективности современных решений.

Экономическая эффективность при выборе метода производства монолитных работ определяется соотношением затрат на реализацию и достигнутых результатов Основная цель заключается в минимизации ресурсов, сокращении времени на выполнение работ, снижение затрат на оборудование и рабочую силу, а также уменьшение перерасхода материалов и минимизацию ошибок. Существенным аспектом является снижение трудоемкости и повышение производительности труда, что возможно благодаря внедрению индустриальных технологий.

Традиционные методы подачи бетонной смеси, такие как использование бадей, требуют значительных затрат на рабочую силу и больше времени на выполнение работ. Использование автобетононасосов позволяют сократить время подачи смеси на 30 % и снизить отходы на 12 %, что делает их более выгодными в долгосрочной перспективе.

Использование роботизированных систем по сравнение с автобетононасосами позволяет повысить однородность подачи бетонной смеси, минимизировать вероятность брака, а также сократить время производства монолитных работ до 30 %. Несмотря на то, что затраты на оборудование при использовании роботизированных систем выше традиционных на 30–40 %, совокупная оценка полученного результата, качества работ, сокращение трудозатрат и скорости строительства оправдывает использование данного метода.

Скрытые затраты, такие как увеличение времени на устранение ошибок или простой оборудования, часто недооцениваются при первоначальной оценке. Однако они могут значительно увеличить общие расходы на проект, особенно при использовании менее эффективных технологий. Использование современных методов, снижающих вероятность ошибок, помогает избежать дополнительных расходов на исправление дефектов.

В таблице 1 приведена сравнительная характеристика методов на основании критериев качества, эффективности и экономичности.

Таблица 1

На основании проведённого сравнения можно сделать вывод, что инновационные технологии, такие как автоматизированные системы подачи и роботизированные устройства, обладают значительным потенциалом для повышения производительности и снижения затрат. Однако традиционные методы остаются актуальными в определенных условиях, особенно при ограниченных ресурсах и специфике объекта.

Литература:

1. Бигдай О. Б. Вестник СевКавГТИ: выпуск 9 / О. Б. Бигдай. — Ставрополь: НОУ «СевКавГТИ», 2009. — 70 с.
2. Воронкова О. В. Перспективы науки // Журнал «Перспективы науки». — 2019. — № 6(117).
3. Голубев Н. М. Себестоимость и трудоемкость работ при возведении монолитных конструкций в зависимости от применяемых средств механизации.
4. Кузнецова Е. В. Эффективные технологии возведения многоэтажных зданий // Оренбургский государственный университет.
5. Развитие науки и техники: механизм выбора и реализации приоритетов: Сборник статей по итогам Международной научно-практической конференции / под ред. Коллектива авторов. — Стерлитамак: АМИ, 2018. — 162 с.
6. Сборник статей Международной научно-практической конференции «Прорывные научные исследования как двигатель науки» / под ред. Сукиасян А. А. — Саранск: МЦИИ «ОМЕГА САЙНС», 2016. — 220 с.
7. Современные условия интеграционных процессов в науке и образовании: сборник статей Международной научно-практической конференции/Коллектив авторов. — Пенза: OMEGA SCIENCE, 2019. — 302 с.
8. Сукиасян А. А. Новые информационные технологии в науке: сборник статей Международной научно-практической конференции (18 апреля 2017 г.) / А. А. Сукиасян. — Уфа: МЦИИ «ОМЕГА САЙНС», 2017. — 261 с.