Замурованные датчики рассказали о качестве бетона

Датчик позволяет собирать данные изнутри бетона, тем самым сокращая продолжительность строительства и частоту обслуживания дорожного покрытия. Встроенный датчик отправляет инженерам более точные и сведения о прочности, чем используемые повсюду инструменты и методы.



Система измерения прочности бетона REBEL — продукт компании WaveLogix. Технологию создала исследователь из Университета Пердью Луна Лу, которая руководит разработкой датчиков с 2017 года.


— Луна Лу, профессор, основательница WaveLogix.

Согласно данным Федерального управления автомобильных дорог, бетонное покрытие — это менее 2% от всех шоссе в США. И при этом бетонки составляют примерно 20% федеральных трасс страны. То есть бетонное покрытие должно обеспечивать значительную часть движения автотранспорта между штатами. Кроме важности тематики самой по себе, исследования Лу были сосредоточены на улучшении качества бетона, потому что это самый сложный для ремонта дорожный материал.

Лу и сотрудники её лаборатории приступили к разработке метода в 2017 году, когда Департамент транспорта штата Индиана (INDOT) обратился за помощью. Требовалось разобраться с преждевременным выходом из строя отремонтированного бетонного покрытия. Было нужно точно определить, когда бетонка будет готова для движения транспорта.

После внедрения раннего прототипа датчика в автомагистрали Индианы, INDOT добавил технологию в методический перечень испытаний. В указателе перечислены способы проверок, которые подрядчики и строители должны использовать для укладки качественного дорожного покрытия.

Из-под залитого и затвердевшего бетона чёрный круглый датчик передаёт данные об уровнях прочности через шнур, подключённый к внешнему портативному регистратору данных. Инженеры получают данные в режиме реального времени через приложение для смартфона.

Методы, которые используются в промышленности более века, требуют проверки образцов бетона в лаборатории или на строительном объекте. Инженеры оценивают уровень прочности, которого достигнет конкретная бетонная смесь после заливки и созревания на стройплощадке. Хотя эти тесты хорошо изучены, несоответствия между лабораторными и реальными условиями могут привести к неточным оценкам прочности.



Благодаря технологии Луны Лу и её команды инженерам больше не нужно полагаться на образцы, чтобы оценить, когда свежий бетон станет достаточно зрелым. Вместо этого они могут напрямую контролировать свежий бетон и точно измерять его свойства сразу. Возможность мгновенно получать информацию о прочности бетона также позволяет открывать дороги для движения в срок или даже раньше после очередной заливки.

Строители устанавливают датчики, просто бросив их на основание опалубки и утопив в бетоне. Затем кабель датчика подключают к многоразовому портативному устройству, которое автоматически записывает данные.



Стартап WaveLogix также разрабатывает способ сокращения количества цемента, необходимого в бетонных смесях. Компания добилась прогресса в разработке, которая использует искусственный интеллект (ИИ) для оптимизации состава бетонных смесей на основе анализа собираемых по всей стране данных.

Строительные нормы требуют более высокого содержания цемента в бетонных смесях, чтобы гарантировать прочность. Нормы основаны на том, как делали смеси в начале 1900-х годов. А измельчать цемент в более мелкий порошок научились только в 1950-х. Поскольку сегодня в бетонных смесях используется более мелкий помол, соотношение воды и цемента в них должно отличаться от того, каким было век тому назад. Нормативы также не учитывают, как влияет на результаты погода в разных штатах. Например, для заливки бетона зимой в Индиане требуются иные смеси, чем для зимы в Калифорнии.

Лу считает, что её новый метод с использованием ИИ может сократить долю цемента в бетонных смесях на 20–25%, одновременно сделав дорожное покрытие более прочным и менее дорогим.

Уже множество штатов США зарегистрировались для участия в исследовании Федерального управления автомобильных дорог с объединённым фондом для внедрения датчиков. Участниками стали, например, Индиана, Миссури, Северная Дакота, Канзас, Калифорния, Техас, Теннесси, Колорадо и Юта. Два штата — Индиана и Техас — уже начали испытывать датчики в дорожном строительстве.

Отчёт Американского общества инженеров-строителей инфраструктуры за 2021 год включил технологию WaveLogix в число «изменяющих правила игры». Журнал Fast Company назвал изобретение одним из важных достижений в 2022 году. А таковыми в издании признают проекты, которые помогают решить реальную проблему и способны оказать влияние в ближайшие годы. Технологию готовят к выходу на рынок в конце 2023 года.