55-лет от начала Эпохи Вечного Бетона. Останкинская башня – одно из научно-технических Чудес ХХ века

А.Б.Тринкер, д.т.н

Возведение Останкинской телебашни в Москве произошло по телекоммуникационной необходимости, расчётная высота сооружения должна была превышать 500 метров, что значительно выше всех остальных небоскрёбов в мире. До Останкинской башни все высотные сооружения строили из металлоконструкций – башни Эйфеля и Шухова, однотипные небоскрёбы Нью-Йорка. Однако, архитектурные типовые стандартные металлоконструкции, высокая их стоимость и жаро-нестойкость, обязательное регулярное нанесение покрытия, защищающего от коррозии, всё это значительно удорожало башни из металла. 

f1142bab43624af74c90b69dc51d663e.jpg

Впервые в мировой истории строить в 1963 году самую высокую на земле башню 535 метров в основном из бетона это утопия, огромнейший риск, сверхответственность, авантюра, и серьёзные неразрешимые проблемы недоступные никому из учёных и инженеров во всём мире. Построенный в Москве в 1958 году метромост на Воробьёвых горах в течении десятилетий разваливался, а его восстановление было самым дорогим и длительным ремонтом в мировой истории, поэтому все 500 учёных СССР в 1960 году категорически отказались заниматься проектированием бетона для Останкинской телебашни.

Гениальный отечественный конструктор д.т.н. Н.В.Никитин, разработал проект Останкинской телебашни, в которой ствол башни от фундамента до отметки +385,5 метров железобетонный, требовалось запроектировать первый в мире бетон: особоморозостойкий, особопрочный, осободолговечный который противостоит морозу, солнцу, ветру, дождям, засухам, и дополнительно непредвиденному пожару с температурой более 1000 градусов цельсия (в 2000 году) на космической высоте 340-420 метров. Огромные габариты железобетонного ствола башни и постоянные штормовые и ураганные ветровые нагрузки это опастный фактор риска при возведении и эксплуатации подобных сооружений, однако все эти проблемы были успешно решены в период проектирования.

Главным разработчиком бетона Останкинской башни Н.В. Никитин выбрал, а руководство страны назначило единственно возможную в стране кандидатуру: заведующего лабораторий высотных и специальных сооружений ВНИПИ Теплопроект к.т.н. Б.Д. Тринкер, который в 1939 защитил диплом с отличием в МХТИ им. Д.И. Менделеева, в 1940-1945 воевал на фронтах Великой Отечественной войны, а с 1946 занимался строительством морских портов на Дальнем Востоке и в Сибири при критических отрицательных низких температурных условиях в зонах переменного уровня морской воды при солевой коррозии. Одно из важнейших изобретений Б.Д. Тринкера: получение и применение эффективных и надёжных пластификаторов ССБ на основе многотонных отходов ЦБК, с использованием которых в 1947-1952 было изготовлено более 4 миллионов кубометров специального гидротехнического бетона, и одновременно разработанных им технологии проектирования и подбора состава бетона и многостадийного контроля качества [1-4]. В результате Б.Д. Тринкер создал сверх-долговечный и сверх-прочный вечный бетон для высотных сооружений.

Таким образом, 70 лет назад проблема получения сверхпрочного вечного бетона была решена применением пластификатора ССБ и квалифицированного проектирования бетона. Потом Б.Д. Тринкер модифицировал бетоны пластификаторами нового поколения: СДБ, ЛСТ, ЛТМ.

В ХХ1 веке, научившись у СССР, и в тёплых странах тоже строят дома из железобетона высотой 800 метров.

В основе проектирования бетона находятся:

  1. учение о влиянии водо-цементного отношения на плотность, прочность, долговечность цементного камня обладающего равномерно-распределённой замкнутой структурой, полученной применением пластифицирующе-воздухововлекающих химических добавок,
  2. создание плотной без пустот объёмной матрицы заполнителей,
  3. применение отборных материалов, имеющих высокие физико-механические показатели (по сравнению с другими конструкциями),вся система вместе надёжно обеспечивает первичную защиту от коррозии, максимально продляя безаварийный срок жизни всего сооружения, то есть Останкинской телебашни.

Первое в мире изобретение-патент на применение лигносульфонатов - ССБ было получено 24 декабря 1948 года в Москве, и началась: «Всемирная эра химизации строительства и модифицирования бетона» с целью снижения водо-цементного отношения и получения долговечного и коррозионно-стойкого бетона. После 1948 года в нашей стране на основе лигносульфонатов были созданы химические добавки: СДБ-ЛСТ-ЛТМ, успешно применённые для производства сотен миллионов кубометров бетона. Но если в нашей стране данные добавки были изготовлены из многотоннажных отходов производств целлюлозно-бумажной, химической, биологической, металлургической и других промышленностей, то есть с улучшением экологии и получением двойного эффекта, то на западе только начиная с 1974 года сделаны пластификаторы (Мельмент в ФРГ названный потом «С-3», Майти в Японии, и многие другие) из химических веществ: нафталино-меламино-формальдегидов и т. д., сверхдорогих и опасных для здоровья людей.

59086a3cb2e44ff040676848b835f1aa.jpg

Отметка +65,0 м. 1963 год. Александр Тринкер (вдали павильон Космос на ВДНХ СССР)

Начав работы по проектированию бетона Останкинской башни, Б.Д. Тринкер первым делом пересмотрел все проектные требования к бетону, увеличив показатели по прочности в 2 раза, морозостойкости и водонепроницаемости в 2,5 раза. Были рассмотрены и отобраны из десятков вариантов: цементные заводы, карьеры песка и щебня, проверены химические анализы воды, произведена полная проверка бетонного завода по всем постам: хранение заполнителей и цемента, точность дозирования, мероприятия зимнего бетонирования. Все химико-минералогические показатели цемента, чистота и модуль крупности кварцевого песка, фракционирование и чистота гранитного щебня – оказывают сильное влияние на долговечность бетона. 

Рассмотрены проблемы транспорта, непрерывности подачи бетонной смеси, формование бетона в опалубке и качество подготовки рабочего шва бетонирования, отделка поверхности, уход за твердеющим бетоном. Кроме того были подготовлены варианты замены строительных материалов на другие, при аварийных случаях, также рассмотрены транспортные схемы подачи материалов от производителей на БСУ. Отдельный важный вопрос : непрерывный контроль качества строительных материалов, бетонной смеси и бетона, выдержка образцов бетона в условиях конструкции, замеры температур твердеющего бетона. Контроль каждой входящей на объект машины с бетоном, и уход за твердеющим бетоном методом полива при положительных температурах и периодичность, тоже были вменены в обязанности лаборантов.

Заранее предусмотрев очень высокие требования и все необходимые расчётные технологические мероприятия (рис. 2), часто неугодные торопливым и ретивым начальникам (генподрядчику и заказчику) всегда готовым «рапортовать», и значительно увеличив проектные марки бетона, тем самым в 1963 году Б.Д. Тринкер спас телебашню от катастрофы в пожаре 2000 года.

fd6efcd03152e86dae5a9f00217ad480.jpg

Первая инструкция по проектированию вечного всепогодного бетона, автор Б.Д.Тринкер

Рисунок 3 – Отметка+65,0 м. 1963 год. Александр Тринкер (вдали павильон Космос на ВДНХ СССР)

Возведение Останкинской телебашни стало генеральным испытанием и проверкой всей системы отечественного высотного строительства уникальных сооружений, которая в последующее время успешно применена при строительстве в СССР мировых гигантов: дымовых труб высотой 330-420 метров, башенных градирен высотой 150 метров на ГРЭС, ТЭЦ и АЭС. В строительстве этих высотных сооружений принимал участие Автор статьи, начавший свою карьеру в Останкино (рис. 3). В период монтажа стальной антенны, в 1967 году, специальным краном поднимали отдельные части антенны – 20-тонные царги, а одна царга рухнула вниз, по пути ударив по конусной нижней части башни и ушла в землю. К счастью, никто не пострадал, а когда строители подбежали к тому месту, где ударила в бетон башни злополучная царга, только царапина виднелась на поверхности, но после первых дождей и её смыло. Наглядный показатель исключительной плотности и прочности бетона.

В рекордно короткие для мировой индустрии сроки - всего лишь за 4 года была построена в Москве Останкинская 535-метровая телебашня которая кроме всех климатических проблем успешно выдержала пожар-2000 года (рис. 4) в течении двух суток с температурой 1000 градусов на высотах 360-420 метров. Цитата из книги [5] :«Бетон на портландском цементе при температуре выше 300 градусов распадается на составляющие, арматура расширяясь неуправляемо деформируется, бетон рассыпается в прах….» (рис. 5) - такое должно было случиться, но помешал разрушению Останкинской телебашни творческий гений автора бетона к.т.н. Б.Д.Тринкера.

523e7e5ed6290c6544277242f8568d62.jpg

Издаваемая в Кёльне (ФРГ) газета „Köln Extra“ 29.08.2000 пишет на первой странице : «Первый „Курск“, теперь Телебашня. Бедная Россия !», на второй странице : «Рухнет башня теперь ?». Почему бетон Останкинской башни на рядовом портландском цементе выдержал двое суток температуру 1000 градусов цельсия, почему башня не рухнула в результате пожара на космической высоте 340-420 метров в 2000 году – до сих пор этого никто не знает.

83f58d3fa7b3b6f2ca9c98ba24823f57.jpg

В результате пожара на 300-метровой телебашне в городе Хогерсмилд (Hoogersmilde) на востоке Нидерландов 15 июля 2011 произошедшего на высоте 100 метров, очень быстро через 1,5 часа обрушилось это сооружение.

В статье[6] д.т.н. Т.В. Кузнецова (РХТУ им. Д.И. Менделеева) подтверждает, что даже бетон на высокоалюминатном, то есть жаростойком (содержание Al2O3 = 60-70%) цементе значительно уменьшает прочность при температурах выше 600 градусов, а ещё в 1950 годы Б.Д. Тринкер доказал необходимость применения для подобных сооружений низкоалюминатных (Al2O3 не более 8%) или сульфатостойких (содержание Al2O3 не более 5%) цементов.

В ХХ1 веке нашей Московской башне нет равных на земле: башня в Канаде на 1500 километров южнее, в Аравии на 4000-5000 км южнее, в Китае на 2000-3000 км южнее к экватору, то есть везде значительно теплее климат, без резких колебаний воздуха, без низко-температурного замораживания, без ежесуточных переходов через нуль градусов, без сухих ветров и высушивающего бетон солнца. Севернее 55 градусов с.ш. нет ни одного сооружения на Земле выше нашей башни в Останкино.

Автор феноменального останкинского бетона Б.Д. Тринкер (1914-2004) оставил после себя богатое научное наследство: более 250 научно-практических публикаций в журналах, книги и 100 патентов, если по-хозяйски распорядится которыми, приведёт к возрождению и развитию отечественного строительства.

Некоторые характеристики башни: высота ж.б. ствола = 385,5 метров, высота стальной антенны = 147,7 метров, диаметр опор-ног на отм. 0,00 м. = 60 метров, наружный диаметр на отм. + 63,00 м = 18 метров, диаметр ж.б. ствола на отм. + 385, 5 м = 8.2 метра, общий объём железобетона в фундаменте и стволе = 20 000 м3.

Результаты испытаний бетона ствола башни:

  • возраст 28 суток - 380 – 450 кг/см2
  • возраст 1 год - 500 – 600 кг/см2
  • возраст 5 лет - 600 – 650 кг/см2

Результаты показывают непрерывное увеличение прочноcти, так как при проектировании бетона были учтены все влияющие на долговечность факторы.

Эйфелеву башню, причём в тёплом климате без морозов - регулярно красят каждые 7-9 лет, применяя сотни тонн самых современных и дорогих антикоррозионных материалов, а Останкинскую башню никогда не красили : такой наш вечный бетон, не поддающийся коррозии.

В настоящий момент 55-летнего юбилея Останкинской телебашни, можно предложить надстроить на 20 метров, чтобы наша Царь-Башня перешла на более высокую ступень по градации «The World Federationof Great Towers» [7].

Заключение

Долговечность бетона и получение вечного бетона - самая большая проблема строителей России учитывая огромные размеры страны, и разнообразные климатические и сейсмические условия, решению этой проблемы посвятили всю жизнь известные советские учёные ХХ века. Следует учесть, что в период строительства Останкинской башни наши учёные трудились в благословенные времена когда предпочтение отдавали отечественным разработкам в науке, технологиях и машиностроении, так как иностранцам живущим в очень мягких климатических условиях своих стран, им неизвестны климатические условия и технологические режимы эксплуатации зданий и сооружений в СССР, что в итоге значительно на порядки уменьшало стоимость строительства в странах запада.

Приведенные в статье рекомендации, список литературы и методические указания основаны на практическом опыте автора статьи:

  1. изучения теории: технологии строительства и коррозии железобетона,
  2. многолетнего обследования эксплуатируемых строительных сооружений и конструкций, и также сооружений 1920-1930-х годов,
  3. проектирования и возведения сооружений из особо долговечного коррозиостойкого всепогодного железобетона,
  4. контроле качества («мониторинге») возведённых сооружений.

Учёные и инженеры, строители СССР и России в условиях критических низких температур, ураганов и агрессивных сред успешно возводили уникальные самые высотные и долговечные инженерные железобетонные сооружения неподвластные времени.

d99b4c2bd8149cfae6b082d56078c85d.jpg
Б.Д.Тринкер на своём привычном рабочем месте

___________________________________________________________________________________

ЛИТЕРАТУРА

1.Тринкер Б.Д. Способ приготовления пластимента для бетонов. Авторское

свидетельство на изобретение № 87043. Москва, 24.12.1948.

2.Тринкер Б.Д. Применение пластифицированного цемента и пластифицирующих добавок к бетону. Москва: Госстройиздат, 1952. 64 с.

3.Тринкер Б.Д.Руководство по проектированию и подбору состава гидротехнического и обычного бетона. Москва: Изд-во Министерства строительства РСФСР, 1957. 52 c.

4.Тринкер А.Б. Единая система скоростного бетонирования высотных сооружений // Бетон и железобетон, 1983. № 12. С. 20-21.

5.Некрасов К. Д.Жароупорныйбетон, Москва, Промстройиздат, 1957, 283 стр.

6. Кузнецова Т.В. Изменения свойств высокоглинозёмистого цемента при нагревании // Технологии бетонов, 2017. № 11-12. С. 40-42.

7. The world federation of great towers [Электронныйресурс]. URL: https://www.great-towers.com (дата обращения: 01.12.2017).

Комментарии