Климатическая лаборатория «НПП СК МОСТ»: мониторинг инфраструктуры

НПП СК МОСТ

Вильгельм КАЗАРЯН, доктор транспорта Российской академии транспорта, генеральный директор ООО «НПП СК МОСТ», президент Ассоциации Строителей мостов:

Идея создания Климатической лаборатории под открытым небом с отдельной независимой метеостанцией, замеряющей температурные и климатические показания на натурных фрагментах предметов транспортной инфраструктуры, родилась давно.

С 1960-х годов на протяжении 30 лет полигон исследуемых конструкций был сосредоточен в ФГУП «СоюздорНИИ». Это была огражденная территория площадью 0,5 гектара с фрагментами мостовых конструкций, выполненных по разным типовым проектам. Здесь аспиранты и соискатели имели возможность обратиться и осуществить свои запросы по конструктивным особенностям разных узлов и элементов. Полигон был в своем роде единственным, но пассивным по сути: под открытым небом было выставлено множество конструкций, к которым не было подключено ни одного датчика, отсутствовала система электронного или магнитного отслеживания, было лишь визуальное. 1990-е отрицательно сказались на судьбе полигона — сегодня его уже не существует, на территории воздвигнут комплекс жилых зданий «Виктория».

Коллектив единомышленников ООО «НПП СК МОСТ» решил создать новый климатический полигон с возможностями моментального измерения основных климатических воздействий, в том числе на транспортную инфраструктуру. В центре такой схемы находится метеостанция, которая «ловит» все природные воздействия, включая температуру, осадки, влагу. Одновременно датчики съема снимают и передают на компьютер данные в виде разницы показателей: например, с утепленной конструкции фрагмента дороги или мостового сооружения с утепленной и не утепленной части.

Идея замера температуры в слоях толщи дорожной одежды существовала еще в ФГУП «СюздорНИИ». Под руководством доктора технических наук Владимира Шестерикова была разработана система датчиков съема показателей температуры, которую установили на мостовом сооружении автомобильной дороги Москва—Нижний Новгород. Работу проделали огромную, но успех не был достигнут: в 1970-е годы не существовало выводов на компьютеры, датчики были несовершенны, материалы оказались недостоверными.

Следующая попытка замеров разницы температур на поверхности дороги и на покрытии мостового сооружения принадлежала Инне Сахаровой и Вильгельму Казаряну, установившим, что температура на мостовом полотне практически всегда и в любую погоду на 3-5°С ниже по сравнению с близлежащей дорогой, что необходимо учитывать при правильном зимнем содержании объектов транспортной инфраструктуры.

В настоящее время эксперимент проводится под постоянным техническим наблюдением автоматической метеостанции АДМС «Иней» на опытно-экспериментальной базе ООО «НПП СК МОСТ» в подмосковной Балашихе. Изыскания и замеры на фрагментах безмасштабной транспортной инфраструктуры начали проводить с 2024 года. Они осуществлялись под моим руководством вручную лазерным термометром ежедневно в 8.00 утра в течение двух лет. В результате сегодня мы имеем возможность нажатием кнопки на компьютере узнать и распечатать полное климатическое состояние конструкции.

Обратимся к натуральным элементам транспортной инфраструктуры полигона, с которых производятся замеры. Это фрагмент металлического моста с секцией стальной ортотропной плиты, к которому подключен датчик съема информации температуры HY-PT100, а также фрагмент плиты железобетонного автодорожного моста с преднапряженным консольным элементом уширения и утепленный «Вилопластом» с подключением аналогичного датчика съема с верхней и нижней сторон плиты.

На полигоне выставлен фрагмент железнодорожного моста с двухпутным расположением путей на коробчатом преднапряженном пролетном строении по аналогу со скоростной автомагистралью Москва—Санкт-Петербург. Составлено техническое решение по созданию водоотводной и дренажной системы для отвода ливневых и талых вод с поверхности плиты пролетного строения железнодорожного мостового сооружения, имеющей поверхность с нулевым продольным уклоном. Разработано также устройство дренажного канала «Козинаки» с утепленным температурно-защитным матом «Виломат».

Многослойный «Виломат», производимый на основе пеностекольного щебня, служит в качестве теплоизоляционного защитного слоя для дренажного канала на время замораживания и оттаивания воды в период перехода через 0 и до -7-10°С. Это период, когда происходят разрушения, а при температурах -15-20°С и ниже они уже не происходят.

На полигоне выставлен также фрагмент автодороги на нестабильных, насыпных грунтах, утепленный многослойным материалом «Виломат». Под слоями дорожной одежды устанавливается датчик VIGILICE. Созданы экспериментальный участок автодороги на стабильных грунтах, а также фрагмент автополотна на болотистых грунтах, расположенный в техническом пруду Климатической лаборатории.

В техническом пруду установлены фрагменты наплавного моста, где уровень воды замеряется ежедневно при помощи геодезической вешки. Зимой на водной глади работает ледовая переправа, утепленная «Виломатами» (зимник). Также с их защитой «Виломатами» на откосе в лабораторном техническом пруду размещены фрагменты конусов мостов и откосов дорог.

На фасаде здания ООО «НПП СК МОСТ» установлены фрагменты тоннельной отделки вентилируемого фасада. Это не полный ряд фрагментов, находящихся на полигоне. В ближайшее время мостодорожная составляющая дополнится фрагментами по шумозащитным ограждениям из облегченных алюминиевых несущих конструкций — специально для мостовых сооружений. Они будут подвергаться шумопоглощаемым и шумоотталкивающим эффектам и воздействиям.

Применение натурных безмасштабных фрагментов конструкций элементов транспортной инфраструктуры сочетается со специальными естественными природными условиями. К ним относятся: болотная среда, нестабильные грунты, условия, приближенные к вечной мерзлоте, сезонные условия региональных значений, например, приближенные к арктическим. При этом кроме климатических нагрузок будут представлены одновременно статическая и динамическая нагрузки в натуральную величину, что очень важно для транспортных сооружений.

На современном этапе развития теплоизоляционных материалов одно из лидирующих мест занимают пеностекольный щебень и производимые из него плитные конструкции. Расположенная в центре полигона метеорологическая станция представляет собой систему датчиков, чьи показания транслируются на центральный блок управления. В частности, одним из главных датчиков является комплексный преобразователь атмосферных параметров, одновременно измеряющий температуру, влажность воздуха, скорость и направление ветра, атмосферное давление, тип и количество осадков.

Принцип действия сенсора осадков основан на радарном методе определения типа осадков, их количества и интенсивности. Используется радар с частотой 24 ГГц, который регистрирует скорость падения дождевых капель. Затем количество осадков рассчитывается с помощью соотношения размера дождевых капель и скорости их выпадения.

Далее приводятся датчики съема информации различных систем, например, выведенных с поверхности фрагмента автодороги. Здесь в верхний слой асфальтобетонной поверхности вклеивается беспроводной интеллектуальный датчик дорожного покрытия, напоминающий по форме шайбу, где температура замеряется на поверхности и на глубине 5 см, а замер температуры из толщи ездового полотна производится термометром сопротивления в виде щупа с проводными коммуникациями.

Вся информация концентрируется в центральном устройстве и передается на центральный компьютер для анализа, распечатки и передачи данных на другие информационные накопители. Таким модулем центрального устройства является АДМ «Иней».

На главной информационной панели метеостанции расположены таблица показателей температур и датчик VIGILICE, а слева — основной датчик метеостанции HY-WDS6E. Данные с приборов поступают в непрерывном потоке с обновлением каждые 5 минут. Значение данных можно выгружать как в виде таблиц, так и в виде диаграмм.

Выражаем надежду, что теплоизоляционные материалы для дорог и мостов, выпускаемые на территории России, будут проходить испытания на опытной климатической станции ООО «НПП СК МОСТ».

По материалам