4 ноября 1967 года (57 лет назад) в эфир ушел первый сигнал Останкинской телебашни

Бетон Останкинской башни - непревзойдённое чудо XX века

70 лет назад отечественными учёными начата «Всемирная эра химизации строительства и модифицирования бетона». 50 лет назад построен самый первый и самый северный на земле гигант - Останкинская телебашня, а применением первых химических добавок (пластификаторов ССБ) доказана всепогодность и высокая коррозионная стойкость бетона нового поколения. В результате применения методики проектирования бетона и грамотного регулирования водоцементным отношением в непредвиденном пожаре 2000 года с температурой 1000 градусов на 400-метровой высоте бетон не разрушился, как предсказывали абсолютное большинство наблюдателей и учёных.

Панорама строительства фундаментов телебашни в Останкино. Фото 1961 года.
Башня весом более 32 тыс. тонн возведена на монолитном кольцевом железобетонном фундаменте шириной 9,5 метра,
высотой 3 метра и диаметром 74 метра.

Возведение Останкинской телебашни в Москве было обусловлено телекоммуникационной необходимостью, и расчётная высота сооружения должна была превышать 500 метров, что было значительно выше всех остальных небоскрёбов в мире. До Останкинской башни все высотные сооружения строили из металлоконструкций: башни Эйфеля и Шухова, однотипные небоскрёбы Нью-Йорка.

Николай Васильевич Никитин
(1907-1973)
Фото 1960-х годов

Однако архитектурные типовые стандартные металлоконструкции, высокая их стоимость и недостаточная жаростойкость, обязательное регулярное нанесение покрытий, защищающих от коррозии, всё это значительно удорожало башни из металла. 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, решение которых тогда казалось недоступно никому из учёных и инженеров во всём мире.

(Построенный в Москве в 1958 году метромост на Воробьёвых горах в течение десятилетий разваливался, а его восстановление было самым дорогим и длительным ремонтом в мировой истории, поэтому все учёные СССР в i960 году категорически отказались заниматься проектированием бетона для Останкинской телебашни.)

Отечественный конструктор Н.В. Никитин (доктор технических наук) разработал проект Останкинской телебашни, в котором ствол башни от фундамента до отметки +385,5 метров был железобетонным. Естественно, потребовалось запроектировать первый в мире бетон: особо морозостойкий, особо прочный, особо долговечный, который мог бы противостоять морозу, солнцу, ветру, дождям, засухам, и дополнительно - непредвиденному пожару с температурой более 1000 градусов Цельсия (как и случилось в 2000 году) на высоте 300-420 метров.

Борис Давидович Тринкер на своём
привычном рабочем месте на высоте

Огромные габариты железобетонного ствола башни и постоянные штормовые и ураганные ветровые нагрузки - это опасные факторы риска при возведении и эксплуатации подобных сооружений. Все эти проблемы были успешно решены в период проектирования.

Главным разработчиком бетона Останкинской башни Н.В. Никитин выбрал заведующего лабораторией высотных и специальных сооружений ВНИПИ Теплопроект, кандидата технических наук Б.Д. Тринкера. Этот ученый 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 многотоннажных отходов ЦБК, с использованием которых в 1947-1952 годах было изготовлено более 4 миллионов кубометров специального гидротехнического бетона, и одновременно разработки технологии проектирования и подбора состава бетона, а также многостадийного контроля качества.

В результате этого назначения Б.Д. Тринкер создал сверхдолговечный и сверхпрочный бетон Останкинской телебашни. 70 лет назад проблема получения сверхпрочного бетона была решена применением пластификатора ССБ и квалифицированного проектирования бетона. В дальнейшем Б.Д. Тринкер модифицировал бетоны пластификаторами нового поколения: СДБ, ЛСТ, ЛТМ.

В основе проектирования бетона находятся:

1. учение о влиянии водоцементного 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 продлевая безаварийный срок жизни всего сооружения.

Александр Тринкер на отметке +63,0 м (вдали павильон «Космос» на ВДНХ СССР)

Первая инструкция по проектированию вечного
всепогодного бетона. Автор Б.Д. Тринкер, 1963 год

Первый в мире патент на применение лигносульфонатов (ССБ) Тринкер получил 24 декабря 1948 года в Москве, и, можно сказать, с этого момента началась: «Всемирная эра химизации строительства и модифицирования бетона». Главными целями этого патента было снижение водоцементного отношения и получение 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 СССР данные добавки изготавливались из многотоннажных отходов производств целлюлозно-бумажной, химической, биологической, металлургической, пищевой и других промышленностей, то есть с улучшением экологии и получением двойного эффекта, то на Западе пластификаторы (Мельмент «Melment» в ФРГ названный потом «С-з», Майти в Японии, и многие другие) делались непосредственно из химических веществ: нафталино-меламино-формальдегидов и т. д. - сверхдорогих и опасных для здоровья людей химикатов.

Во время работ по проектированию бетона Останкинской башни Б.Д. Тринкер 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.

Тринкер рассмотрел проблемы транспорта, непрерывности подачи бетонной смеси, формования бетона в опалубке, качество подготовки рабочего шва бетонирования, отделки поверхности и ухода 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, уход за твердеющим бетоном методом полива при положительных температурах и периодичность, - и всё это тоже было вменено в обязанности лаборантов.

Можно смело утверждать, что заранее предусмотрев очень высокие требования и все необходимые расчётные технологические мероприятия (часто неугодные торопливым и ретивым начальникам (генподрядчику и заказчику), всегда готовым «рапортовать»), и значительно увеличив проектные марки бетона, ещё в 1963 году Б.Д. Тринкер спас телебашню от катастрофы в непредвиденном пожаре 2000 года.

Возведение Останкинской телебашни стало генеральным испытанием и проверкой всей системы отечественного высотного строительства уникальных сооружений, которая в последующее время успешно применялась 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 и автор статьи, начавший свою карьеру в Останкино.

     Издаваемая в Кёльне (ФРГ) газета "Koln 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 320-400 метров в 2000 году? - до сих пор этого никто не может объяснить!

A propos. 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. Кажется, это - наглядный показатель исключительной плотности и прочности бетона.

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 рекордно короткие для мировой индустрии сроки - всего лишь за 4 года - была построена в Москве 535-метровая Останкинская телебашня, которая кроме всех климатических проблем успешно выдержала и пожар 2000 года в течении двух суток с температурой 1000 градусов на высотах 300-420 метров. Как известно, «бетон на портландском цементе при температуре выше 300 градусов распадается на составляющие, арматура, расширяясь, неуправляемо деформируется, бетон рассыпается в прах....» (Источник - Некрасов К. Д. Жароупорный бетон, Москва, Промстройиздат, 1957, 283 стр.) - такое должно было случиться, но помешал разрушению Останкинской телебашни творческий гений автора бетона Б.Д. Тринкера.

Давно известно из теплотехники: чем выше труба (внутри оболочка башни пустая) - тем сильнее тяга воздуха и тем выше температура горения, на высоте 400 метров температура горения была более 1000 градусов Цельсия. Известно из физики и химии: бетон на портланцементе не жаростойкий.

От высокой температуры в пожаре оборвались более 120 из 149 тросов, обеспечивающих преднапряжение бетонной конструкции башни, однако, вопреки мнениям разных «специалистов», Останкинская телебашня устояла без канатов: наперекор всем «расчётам» проектировщиков. Останкинская башня устойчиво стояла на одном бетоне Тринкера, хотя давно известно: бетон на изгиб «не работает», а ветры на этой высоте были штормовые.

В своей статье д.т.н. Т.В. Кузнецова (РХТУ им. Д.И. Менделеева) подтверждает, что даже бетон на высокоалюминатном, то есть жаростойком (содержание Аl₂O₃ = 60-70%) цементе значительно уменьшает свою прочность при температурах выше 600 градусов, но ведь ещё в 1950 годы Б.Д. Тринкер доказал необходимость применения для подобных сооружений низкоалюминатных (Аl₂O₃ не более 8%) или сульфатостойких (содержание Аl₂O₃ не более 5%) цементов.

Строительство Останкинской башни. Фото 1964-1965 годов

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 низкотемпературного замораживания, без ежесуточных переходов через нуль градусов, без сухих ветров и высушивающего бетон солнца. Севернее 55 градусов северной широты нет ни одного сооружения на Земле выше нашей башни в Останкино.

Автор останкинского бетона Б.Д. Тринкер (1914-2004) оставил после себя богатое научное наследство: более 250 научно-практических публикаций в журналах, книги и 100 патентов.

Некоторые характеристики башни: высота железобетонного 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 железобетонного ствола на отметке + 385,5 м = 8,2 метра, общий объём железобетона в фундаменте и стволе более 20 000 м³.

Результаты показывают непрерывное увеличение прочности, так как при проектировании бетона были учтены все влияющие на долговечность факторы и применены технологии XXI века.

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 бетон, не поддающийся коррозии.

Пожар на Останкинской телебашне, фото 2000 г.

ЛИТЕРАТУРА

Тринкер Б.Д, Способ приготовления пластимента для бетонов. Авторское
 свидетельство на изобретение № 87043. Москва, 24.12.1948.

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

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

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

Некрасов К.Д. Жароупорный бетон, Москва, Промстройиздат, 1957, 283 стр.

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

Журнал «Московское наследие» № 5(59) 2018 г., стр.46-52