Ученые разработали метод выявления влаги в мостах до появления деформаций

Статья опубликована в журнале «Транспорт. Транспортные сооружения. Экология» №2, 2025 год. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

По данным Росавтодора, из 35 тысяч мостовых сооружений в России около четырех тысяч находятся в аварийном или предаварийном состоянии. Это означает, что практически каждый девятый мост в стране требует повышенного контроля и ремонта. Одна из ключевых причин такой статистики — влага. Ее способность проникать вглубь строительных материалов считается одной из главных причин их преждевременного старения и разрушения.

Вредоносное воздействие воды проявляется через два основных механизма. Во-первых, она провоцирует коррозионные процессы в стальной арматуре, снижая ее прочностные характеристики. Во-вторых, циклы замерзания и оттаивания влаги в бетонном массиве создают внутренние напряжения, приводящие к образованию и развитию трещин. Эти процессы имеют накопительный эффект — с каждым сезоном повреждения усугубляются, постепенно снижая прочность конструкции и увеличивая риск обрушения.

Особую тревогу вызывает то, что все эти опасные процессы долгое время остаются совершенно невидимыми под слоем асфальта. Для оценки состояния мостовых сооружений применяются различные методы. Однако они имеют некоторых ограничения в выявлении скрытых угроз. Например, визуальный осмотр позволяет обнаружить только поверхностные дефекты, в то время как внутренние остаются незамеченными. Вскрытие покрытия — точечное и повреждающее — оно нарушает целостность гидроизоляционного слоя и требует последующей реконструкции поверхности, что может затянуться на долгий срок.

Более перспективным считается георадарное обследование (технология, использующая радиоволны для сканирования подземных структур). Это бесконтактный способ. Георадары работают следующим образом: излучают короткие импульсы электромагнитных волн определенной частоты в исследуемый материал (например, грунт, асфальт, бетон) и регистрируют отраженные волны в виде черно-белых изображений (радарограмма). Анализируя разницу во времени прохождения сигнала и амплитуде отраженных сигналов, они способны определить наличие пустот, дефектов, изменение плотности основания, расположение арматуры и трубопроводов.

Однако такое обследование имеет ограниченную разрешающую способность: оно позволяет выявить только грубые деформации (прогибы слоев, смещения конструкций) и крупные полости (пустоты, трещины), но не способно обнаружить начальные стадии увлажнения материалов. Это означает, что к моменту обнаружения проблемы разрушительные процессы уже могут быть необратимыми.

Ученые Пермского Политеха, МАДИ и РОСДОРНИИ усовершенствовали данную технологию, создав специальное программное обеспечение, выявляющее скопления влаги на ранней стадии, до появления видимых деформаций.

Суть технологии заключается в частотном анализе данных — математическом методе, который работает подобно музыкальному слуху. Программа анализирует не просто громкость отраженного сигнала, а его «тембр» (уникальную окраску звука). Поскольку влажная среда поглощает высокие частоты, делая сигнал более «глухим», это позволяет находить скрытые скопления воды, невидимые на стандартных радарограммах.

— Система работает по четкому алгоритму. Сначала георадар собирает данные, сканируя самые уязвимые места — границы между слоями дороги на пяти глубинах, от нижней части асфальта (от шести до девяти сантиметров) до основания конструкции (от 18 до 21 сантиметра). Затем информация автоматически загружается в программу, где применяется ключевое правило: если «звонкий» сигнал 1200 мегагерц возвращается «оглушенным» на 400 мегагерц и ниже — это точный признак воды, — рассказал Андрей Кочетков, доктор технических наук, профессор кафедры «Автомобильные дороги и мосты» ПНИПУ.

То есть программа автоматически анализирует физические свойства материалов на разных глубинах и выявляет малейшие изменения влажности по объективным частотным характеристикам сигнала.

— Дальше результаты визуализируются в виде цветных спектральных карт, где красные области показывают сухие участки, а синие и фиолетовые зоны указывают на скопление влаги. Это позволяет проводить поточечное сканирование всей конструкции и выдавать готовый «диагноз» с точными координатами проблемных мест, — объяснил Андрей Кочетков.

Это значит, что диагностика мостов становится похожей на анализ тепловизора: вместо сложных графиков инженер видит наглядную цветную карту, где синие зоны четко показывают проблемные участки с влагой. Система не просто обнаруживает воду, а точно определяет ее местоположение по глубине и площади, формируя готовое техническое заключение с координатами для ремонта. 

Главное преимущество разработки — ее практичность. Программа устанавливается на обычный компьютер, подключенный к георадару, не требуя доработки или изменения самого прибора. Инженер получает не сырые данные для анализа, а готовое заключение с конкретными рекомендациями по ремонту. Это значительно ускоряет процесс обследования и позволяет выявлять проблемы на ранней стадии, когда для их устранения требуются минимальные затраты, что значительно повышает безопасность и продлевает срок службы транспортной инфраструктуры.

Уникальность данного метода заключается также в том, что его можно легко сочетать с другими способами диагностики, например, с вибрационными испытаниями или тепловизорным сканированием. Его главная особенность — использование вероятностного анализа, который позволяет прогнозировать, как будут меняться ключевые параметры конструкции со временем и в разных ее точках. 

На практике это означает переход от простой оценки прочности и трещиностойкости элементов моста к комплексному анализу рисков. Теперь можно определять опасные комбинации факторов (например, вибрация, перепады температур, коррозия, усталость материалов), которые по отдельности не критичны, и устанавливать минимально допустимый уровень риска для безопасности сооружения.

ПНИПУ

1461 статей

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.

Показать больше

Закладка

Скопировать ссылку

Email

Печать

Twitter

VK

Telegram