УДК 693.5

Уникальная инновация: гидроизоляция 100% на 100 лет

А.Б. Тринкер, д.т.н.

Аннотация: история разработки и масштабного применения в Москве уникальной многопрофильной технологии изготовления надёжной гидроизоляции, создающей особотонкостенные железобетонные конструкции и сооружения неограниченной по-масштабам площади, обладающие долговечной водонепроницаемостью и коррозионной стойкостью. Приведена технология гидроспецбетона нового поколения строительства и реконструкции, универсальная, впервые масштабно применённая для строительства и реконструкции сооружений Московской Олимпиады-1980. Успешно испытана временем в течение более 40 лет.

Ключевые слова: водонепроницаемость, трещиностойкость, гидроизоляция, неразрезные железобетонные оболочки, жилые дома на глубине 100 метров под водой.

Долговечная и гарантированно надежная гидроизоляция – одна из важнейших проблем, с которой сталкиваются строители всех стран мира при возведении жилых, промышленных, специальных, спортивных сооружений.

Применение бетонных и железобетонных конструкций требует преодоления трудностей, связанных с такими свойствами твердеющего бетона, как уменьшение в объеме (контракция) и усадка. Уменьшение последствий усадки, как правило, достигается конструктивными мероприятиями: увеличением насыщения конструкций арматурой, устройством часто расположенных усадочных и температурно–деформационных швов, разделением конструкций на отдельные независимые блоки и т.д. Однако все эти мероприятия значительно удорожают строительство, нетехнологичны и сокращают срок службы сооружений.

Попытки найти способ компенсировать усадку бетона привели к разработке теории предварительного напряжения железобетона сначала механическими способами, а потом химическим. Открытие комплексного высокоосновного химического вещества гидросульфоалюмината кальция (эттрингит) позволило получить безусадочный, расширяющийся в процессе твердения цемент.

Немного истории. В конце 1940-х годов в промышленных масштабах было начато производство водонепроницаемого расширяющегося цемента, разработанного доктором технических наук, профессором Виктором Васильевичем Михайловым (1901-1990). Этот цемент в метростроении успешно заменил свинец для зачеканки швов тюбингов, уплотнения швов кладки тоннельной облицовки в метро и стволов шахт, сооружения фундаментов, торкретной гидроизоляции и ремонтных работ.

В начале 1970-х в лаборатории НИИЖБ под научно-техническим руководством В.В. Михайлова был создан напрягающий цемент, который производится совместным помолом портландцементного клинкера и расширяющегося компонента из гипса и активного алюмината кальция – глиноземистого цемента (или природного алунита). Напрягающий цемент отличается способностью расширяться во влажных условиях после приобретения цементным камнем прочности 6-8 МПа и растягивать находящуюся в нем арматуру. Тем самым в конструкции создается преднапряжение, точнее химическое самонапряжение.

С 1972 года напрягающий цемент начали изготавливать в промышленных партиях на Волковысском и Подольском (ст. Силикатная Московкой области) цементных заводах, автор статьи участвовал в производстве гидроспецбетона ГСБ-20 (энергия до 2,0 МПа) на Подольском заводе НИИЦемент.

Возможность получить при твердении энергичное расширение и самонапряжение одновременно с самоуплотнением структуры и приобретением высокой водонепроницаемости (10-15 и более атмосфер), а также прочность уже через сутки с момента затворения до 12-15 МПа, а в проектном возрасте до 50-70 МПа позволила применить ГСБ-20 в разных ответственных сооружениях.

В первый период промышленного внедрения с 1972 года конструкций и сооружений на ГСБ-20 (с малой энергией самонапряжения около 2,0 МПа) были технологические проблемы, связанные с некоторыми специфическими свойствами нового материала:

- напрягающий цемент среднеалюминатный и потому недостаточно морозостоек,

- напрягающий цемент обладает быстрыми сроками схватывания от 5 до 20 минут („быстряк“), поэтому бетон на его основе можно было применять только вблизи бетоносмесительного узла (БСУ),

- отсутствовали практические методы зимнего бетонирования ГСБ-20.

Автор статьи с 1970 года работал в НИИЖБе Госстроя СССР и участвовал во всех внедрениях строительных сооружений и конструкций из ГСБ–20, и в течение нескольких лет решил научно–технические проблемы и наработал необходимый производственный опыт, в том числе: повысил морозостойкость бетона и его всепогодное применение.

Фото 1. 1974 год, первый всепогодный ледовый стадион в Москве (метро Водный стадион) из гидроспецбетона ГСБ – впервые в Москве неразрезная бесшовная 400-метровая открытая беговая дорожка, отличающаяся идеальным скольжением. А.Б. Тринкер автор технологии и бетона, участник строительства.

Фото 2. 1974 год, Центральный Московский стадион «Измайлово» (200-тысячный, недостроенный в 1936-1939, бывший «имени И.В.Сталина») самый большой в Мире среди своих ровестников, реконструкция в 1974-1975 при подготовке к Олимпиаде-1980, на фото автор технологии ремонта и бетона А.Б.Тринкер.

До 1972 года применяли декстрин в виде замедлителя схватывания и пластификатора, но декстрин не обеспечивал стабильного замедления и при расстоянии в 5 километров и более транспортировки бетонной смеси (так было при строительстве автобусного парка в Киеве) не обеспечивал удобообрабатываемость бетонной смеси.

Первая проблема замедления сроков схватывания была решена автором статьи направленным структурообразованием цементного камня путем введения поверхностно–активных веществ (ПАВ) – лигносульфонатов пластификаторов СДБ, ЛТМ. В результате стабильно осуществлялась доставка бетонной смеси автосамосвалами от БСУ до места укладки в опалубку спустя 60-90 минут, даже при температуре до плюс 35 градусов Цельсия.

Фото 3. 1974 год, нижний и верхний ярусы стадиона «Измайлово» (в 1939 – имени И.В. Сталина) с правительственной трибуной и подтрибунным объёмным Бункером, соединяющимся подземным автомобильным тоннелем со станцией метро «Измайловский парк»

Вторая проблема была решена применением комплексной добавки СДБ +СНВ (затем ЛТМ) : проверка образцов бетона показала требуемую по проекту морозостойкость Мрз300. Автором статьи проводились исследования поровой структуры цементного камня, которая влияет на проницаемость и морозостойкость бетона. Как показали исследования на ртутном поромере [1], ограничение деформаций расширения при твердении ГСБ с ПАВ приводит к значительному уменьшению содержания микро- и макропор, а также микропереходных пор радиусом от 0,01 до 1,0 мкм, то есть к существенному уплотнению и образованию водонепроницаемого цементного камня и, соответственно, бетона.

В 1972-1975 годах появился опыт при возведении аэродромных ВПП аэропорта города Кемерово и московского аэропорта Домодедово [2] и дорожных покрытий, ледовых конькобежных стадионов «Медео» (Казахстан), в Москве на Водном стадионе (Фото 1) и в Киеве, оболочек покрытий больших пролетов, подземных сооружений различного назначения, сборных резервуаров [3-5] .

Основной наибольший объем работ с применением ГСБ был выполнен при реконструкции и подготовке к проведению Московской Олимпиады-1980.

Фото 4. Колонна верхнего яруса трибун ЦС Измайлово до ремонта.

В период 1974-1975 годов первым было тщательно обследовано и отремонтировано огромное сооружение Центрального универсального стадиона в Измайлово (бывший имени Сталина) с двух-ярусными трибунами на 200 тысяч зрителей, и подземным бункером, который использовался в 1941 году как запасной Командный пункт Верховного Главнокомандующего Красной Армии. Теперь там расположен музей истории Великой Отечественной войны (Фото 6). Строительство стадиона было начато в 1936 году, но остановлено в 1939 в связи с началом Второй мировой войны и вынужденным отказом от спорта в пользу укрепления обороноспособности страны. Стадион расположен в парке на берегу живописного озера, задумывался как спортивно-зрелищный, футбольный, а в праздники из-под воды появлялись водолазы, выплывали на берег амфибии, с неба спускались парашютисты. В 1970-е годы на стадионе проходили первенства Москвы по рэгби. В период Олимпиады-1980 стадион был тренировочной базой сборной СССР, рядом в помещениях института физкультуры обитали наши спортсмены.

На фото 2, 3, 4 представлен стадион в Измайлово до реконструкции. Верхние поверхности трибун были очищены, пескоструены и залиты ГСБ после опалубочных и арматурных работ. Вертикальные и нижние горизонтальные поверхности после очистки покрыты торкретом на ГСБ. Проверка прочности сцепления торкрета и старого бетона была проверена методом отрыва прибором, приведенным на фото 5. Результаты испытаний подтвердили отличные защитные и прочностные качества новой гидроизоляции, и надёжную водонепроницаемость более 20 атмосфер.

Фото 5. Технология испытания методом «на отрыв» колонны верхнего яруса трибун стадиона «Измайлово», покрытой ГСБ-торкретом, после ремонта прошло более 40 лет.

Фото 6. Стадион Измайлово, подтрибунный бункер, в 1941 году запасной командный пункт обороны Москвы. Был обнаружен в 1974 году в период ремонтных работ, впоследствии реконструирован (фото после ремонта). В настоящее время: «Государственный музей обороны Москвы в 1941 году».

Самые высокие показатели по прочности, морозостойкости, водонепроницаемости, долговечности и износостойкости достигнуты в период реконструкции с 1976 года центральных стадионов: «Динамо» - Большая (40 тыс. зрителей, построена в 1928) и Малая спортивные арены, БСА «Лужники» (103 тыс. зрителей) и плавательный бассейн.

Фото 7. Центральный Московский 40-тысячный стадион «Динамо». Дефектный бетон трибун Большой спортивной арены, построенной в 1928 году, начало ремонта и восстановления – 1977 год.

На фото 7 и 8 представлены периоды реконструкции стадиона «Динамо»: расчистка трибун от поврежденного за 50 лет эксплуатации бетона и подготовленная для бетонирования опалубка с арматурными каркасами. На фото 9 и 10 : ГСБ трибун «Динамо» успешно выдержал испытание временем : последнее цветное фото сделано в 2015 году спустя около 40 лет после круглогодичной эксплуатации, после натурных производственных испытаний морозом (при минус 30-35 градусов Цельсия, и круглосуточных переходов через ноль) и водой, солью и солнцем, на истираемость, износостойкость и долговечность, а в подтрибунных помещениях, используемых как тренажерно-тренировочные залы, было сухо и тепло!

Фото 8. Подготовка к бетонированию северной трибуны БСА «Динамо», июнь 1977.

Необходимо отметить, что в начальный период подготовки к восстановлению центральных стадионов в Москве было много предложений от иностранных коммерческих фирм. Германская фирма предлагала пластиковое покрытие для стадионов, которое было на порядок дороже и значительно менее долговечное, чем ГСБ-20, что подтвердилось позже на Олимпийском стадионе в Мюнхене, построенном в 1968-1972 годах. Было много совещаний на самом высоком уровне, в том числе в Моспроекте-1 у главного инженера Ю.А. Дыховичного, в 1-м Строительно-Монтажном тресте (управляющий Ю.А.Шилобреев) Минсредмаша СССР, который ремонтировал «Динамо» и строил универсальный спорткомплекс на ул. Лавочкина.

Профессор, д.т.н. В.В. Михайлов отстоял применение ГСБ нового поколения, доказав технико-экономическую целесообразность применения отечественного ГСБ-бетона вместо дорогостоящих и недолговечных пластиков из ФРГ, в этот период автор статьи вел стенографические отчеты как секретарь секции монолитного железобетона ученого совета НИИЖБ, а потом его величество Время доказало Истину.

Фото 9. Бетонное ГСБ-покрытие северной трибуны БСА «Динамо» испытало более 40 лет эксплуатации в жестких условиях атмосферных круглогодичных осадков и солевой коррозии. Виден температурно-деформационный шов с герметиком (бутепрол). ГСБ отлично сдал экзамены на долговечность, морозостойкость и водонепроницаемость.

Применение самонапряженного ГСБ для восстановления стадионов Олимпиады-1980 позволило создать новую конструктивную схему особо-тонких (толщиной = 4-6 см) несущих неразрезных монолитных оболочек, имеющих надежную и долговечную атмосферостойкую гидроизоляцию, исключающую применение асфальта и других материалов, включая дорогие конструкционные пластики и полимеры для ремонта, и при этом значительно сократить эксплуатационные расходы на ремонт. Возведение трибун по технологии самонапряженного ГСБ показало, что выбранный способ и материал для бетонирования технологичен, экономичен, выгоден, экологичен, легко осваивается строителями и обеспечивает современные высокие темпы, качество работ и долговечность всего сооружения.

Фото 10. Красавец стадион в Петровском парке после реконструкции.

В период строительства автором статьи одновременно проводился комплекс НИИОКР по увеличению энергии самонапряжения и достигнуты замечательные результаты: получен уникальный ГСБ-100 с энергией напряжения 10-12 МПа, что позволило сократить расход цемента и производить особотонкостенные н е р а з р е з н ы е железобетонные оболочки с большим модулем поверхности.

Дальнейшая перспективная планируемая автором статьи после 1980 года разработка ГСБ : строительство в Северном Ледовитом океане жилых домов на глубине 100 метров и более (освоение мирового океана), то есть в солёной морской воде, каскада пловучих в мировом океане хранилищ для нефти и кислот, добывающих платформ на шельфе и т.д.

Длительная эксплуатация в течение более 40 лет стадионов в климатических условиях Москвы, при частых переходах температуры через ноль градусов, одновременных агрессивных воздействиях от активного выщелачивания (первый вид коррозии по теории проф. д.т.н. В.М. Москвина) и солевой коррозии (второй и третий виды коррозии) подтвердили высокие характеристики ГСБ как основы железобетона нового поколения, строительного материала Будущего России обладающего 100% водонепроницаемостью в любых атмосферных условиях.

Библиография

1. Михайлов В.В., Литвер С.Л. Расширяющийся и напрягающий цементы и самонапряжённые железобетонные конструкции, Стройиздат, Москва, 1974, 300 стр.

2. Тринкер А.Б. «Покрытия возводятся без лесов», журнал «ВДНХ СССР», № 9, 1974, стр. 32–33.

3. Тринкер А.Б. Влияние степени ограничения деформаций расширения цементного камня на напрягающем цементе на его поровую структуру, V11 всесоюзная конференция «Новое в технологии бетонов», январь 1975, Московский Дом научно-технической пропаганды им. Ф.Э. Дзержинского, сборник трудов, стр. 56–58.

4. Титов Ю.Н., Тринкер А.Б. (НИИЖБ), Черноиваненко В.А. (Главкузбасстрой) Опыт применения самонапряженного бетона для ВПП аэродрома, журнал «Специальные строительные работы», № 7, 1977, Минмонтажспецстрой СССР, стр. 8-10.

5. Тринкер А.Б. ... и помолодеет стадион, КП на Олимпийских объектах, газета «Советский спорт», 25 сентября 1977, стр. 1.

6. Тринкер А.Б. Реологические характеристики цементного теста на напрягающем цементе, труды НИИЖБ Госстроя СССР, № 40, 1978, стр. 94–98.

7. Тринкер А.Б. Применение самонапряженного железобетона для возведения специальных сооружений, журнал «Специальные строительные работы», № 6, 1978, ЦБНТИ ММСС СССР, стр. 8-11.

Unique innovation: a waterproofing of 100% for 100 years

Alexander Trinker, Dr.Sci.Tech.

Abstract: the history of development and large-scale application in Moscow unique versatile manufacturing techniques of the reliable waterproofing creating osobotonkostenny reinforced concrete structures and constructions unlimited on - to area scales, having durable water tightness and corrosion resistance. The technology of hydrospecial concrete of new generation of construction and reconstruction, universal, for the first time on a substantial scale applied to construction and reconstruction of constructions of the Moscow Olympic Games-1980 is given. It is successfully tested with time within more than 40 years.

Keywords: water tightness, crack resistance, waterproofing, not cutting reinforced concrete covers, houses at a depth of 100 meters under water.

© А.Б.Тринкер, 2019.

22.01.2019