Текст книги "Записки строителя"

Автор книги: Александр Комаровский

сообщить о нарушении

Текущая страница: 14 (всего у книги 15 страниц)

«Камни» – один из красивейших уголков на побережье в районе города, своего рода достопримечательность этих мест, сказочная страна наяву, поражающая прежде всего величественным и причудливым нагромождением обломков скал. Кажется, словно античный великан-циклоп разбросал здесь в порыве гнева многотонные глыбы и, утомившись, оставил их лежать так, как они упали, забыв навести на берегу хотя бы видимость какого-нибудь порядка».

Даже природа производит совсем иное впечатление, если рядом с ней человек воздвигает прекрасные творения рук своих!

В сентябре 1958 г. мне пришлось сопровождать члена Президиума ЦК КПСС Фрола Романовича Козлова в его поездке по строительствам и предприятиям нашего министерства. На обратном пути мы оказались в Новосибирске, и Ф. Р. Козлов решил познакомиться с ходом строительства институтов и городка Сибирского отделения Академии наук СССР. Знакомство оказалось не очень впечатляющим: работы шли только на одном научном объекте – Институте гидродинамики, да сооружалось несколько кирпичных домов, расположенных по модному тогда принципу свободной планировки (неоправданному в данном случае ни рельефом, ни растительностью и вносящему только хаос в схему будущего города). Темпы работ были низкие. Рабочих – 20—30% от потребности, механизмов – почти никаких. Короче говоря, строительство крупного научного комплекса находилось в самом зачаточном состоянии…

Вскоре правительство решило поручить строительство Сибакадемгородка Главному управлению нашего министерства, накопившему уже определенный опыт в этой области.

Для быстрого разворота работ широким фронтом мы решили поручить возведение отдельных институтов и кварталов города нашим крупным строительствам, расположенным в восточной части страны. Привлекли к этому почетному делу пять строительных управлений, возложив на них комплексную ответственность за проведение всех видов работ по соответствующим объектам до сдачи их в эксплуатацию. Каждое строительное управление организовало на месте свои склады, необходимые (в основном передвижные) подсобные предприятия и временные поселки для рабочих и инженерно-технических работников. Были разработаны детальные организационно-технические мероприятия по каждому стройуправлению, составлены графики работ, организовано очень действенное социалистическое соревнование между управлениями с оценкой итогов и соответствующими формами стимулирования через министерство.

Для координации действий этих управлений мы сохранили общее управление строительства – Сибакадемстрой. Своим весьма небольшим штатом оно должно было обеспечивать строителей проектной документацией, решать вопросы привязки сооружений и коммуникаций на месте, организовывать снабжение местными строительными материалами и т. д.

Этот крупномасштабный опыт работы на одной большой строительной площадке ряда самостоятельных экспедиционных строительных управлений, опирающихся на свои мощные производственные базы, с централизованной координацией их деятельности дал ощутимый эффект. Объем производства за короткий срок увеличился в несколько раз, резко поднялось качество работ, так как и в этом отношении сыграло свою роль социалистическое соревнование между строительными управлениями.

Институт экономики (Сибакадемгородок)

Квартал жилых домов Академгородка

Институт ядерной физики

Микрорайон «В»

Пришлось решительно пересмотреть планировку города, конструкции жилых и культурно-бытовых зданий. Причем так называемая регулярная застройка исключала сколь нибудь заметное вырубание сосновых и березовых лесов на площадке строительства. Насколько удалось сохранить зелень и, так сказать, вписаться в лесные массивы, можно судить по фотографии одного из микрорайонов городской застройки.

Предвидя, что строительство будет продолжаться в течение многих лет и что система привлечения отдельных наших строительных управлений является лишь временным решением на период разворота работ, мы одновременно создавали централизованные, надлежаще механизированные предприятия строительства, в том числе крупную автобазу и кирпичный завод. Нам было предложено также завершить строительство в Новосибирске большого завода панельного домостроения мощностью свыше 100 тыс. кв. м жилья в год. Завод был достроен и передан в ведение совнархоза, но значительную часть его продукции получал Сибакадемстрой, и немалая часть Академгородка построена из этих панельных конструкций.

Примерно через два года был завершен процесс централизации управления строительством в едином Сибакадемстрое, причем все ресурсы, транспорт, механизация и большая часть кадров отдельных экспедиционных стройуправлений были переданы Сибакадемстрою.

Сибакадемстрой возглавил наш старейший работник Николай Маркелович Иванов. В 1969 г. ему за строительство Сибирского отделения Академии наук СССР было присвоено звание Героя Социалистического Труда. Главным инженером был назначен Абрам Моисеевич Вексман, внедривший в строительство много новых весьма рациональных конструктивных решений и эффективных методов производства работ.

Желающим подробно ознакомиться с характером, объемами работ и производством по «первой захватке» строительства Сибирского отделения Академии наук СССР (по 1963 г. включительно) можно порекомендовать хорошо иллюстрированную книгу «Строительство города науки», составленную непосредственными строителями и проектировщиками во главе с А. М. Вексманом и изданную Новосибирским книжным издательством в 1963 г. Я же ограничусь лишь некоторыми вопросами.

Первые здания научно-исследовательских институтов, в частности Институт гидродинамики, строились из силикатного кирпича. Но вскоре удалось перейти на сооружение стен всех зданий из силикатных многопустотных блоков с облицовкой силикатной же плиткой, что было выгоднее во многих отношениях. После ряда экспериментов был подобран оптимальный состав силикатной смеси (тонкомолотого песка – 12, тонкомолотой извести – 12, обычного песка – 76 процентов), при котором сводились до минимума усадочные напряжения при твердении и термической обработке блоков. Уплотнение силикатной массы в формах производилось на виброплощадках, а термическая обработка блоков – в автоклавах при температуре 175—200° C под давлением 8—12 атмосфер.

Прочность силикатных блоков на сжатие составляет 50—75 кг/см².

Тщательное рассмотрение проектов зданий, составленных различными организациями (в том числе и типовых проектов), позволило сократить число типоразмеров изделий (в основном железобетонных) с 1050 до 300. Был составлен собственный каталог индустриальных изделий, обязательных для всех проектных организаций, выполнявших проекты для Сибакадемстроя. Это мероприятие, целесообразность и необходимость которого представляются очевидными, к сожалению, на многих крупных строительствах предается забвению, что крайне затрудняет работу производственных предприятий строительства.

Рациональными и несложными в производстве оказались железобетонные перекрытия пролетом 18,3 м по предварительно напряженным балкам с монолитными промежутками между ними. А применение по инициативе строителей сборных железобетонных балок позволило отказаться от устройства громоздких поддерживающих лесов и деревянной опалубки. Использование же прядевой предварительно напряженной арматуры сократило расход металла для этих перекрытий в три раза. Причем свивка прядей из гладкой пятимиллиметровой проволоки (ГОСТ 7348—55) производилась на стенде, сконструированном А. Е. Требесовым, тут же на стройке.

Заслуживает внимания и перекрытие панельных жилых домов и некоторых других зданий из армоцементных панелей. Изготовление этих панелей было быстро освоено еще в 1961 г. на комбинате производственных предприятий строительства и применено по инициативе главного инженера Сибакадемстроя. Внедрение армоцементных панелей почти втрое сократило трудоемкость изготовления кровли жилых домов.

На строительстве комплекса Сибирского отделения Академии наук вполне оправдал себя и метод заключения всех основных коммуникаций (кроме силового кабеля) в единые сборные проходные железобетонные тоннели вместо устройства многих отдельных траншей. Это гораздо удобнее при эксплуатации и проще при прокладке. Необходимо только в этих проходных каналах предусматривать дренажные и водосточные устройства.

Несмотря на то что планировка и проекты сооружения основных зданий городка выполнялись силами весьма квалифицированных институтов, практика заставила создать достаточно мощную проектную организацию на месте, которая увязывала бы отдельные проекты, вела привязку типовых проектов, составляла проекты коммуникаций и т. д. Такая организация – Сибакадемпроект – была создана к началу второго года строительства. В техническом отношении она замыкалась на наш Ленинградский проектный институт, но в сущности подчинялась управлению строительства. Думаю, что такие организации необходимы при возведении и других крупных комплексов.

Проектирование и строительство многих «ядерных» объектов, развитие в целом атомной промышленности и атомной энергетики в нашей стране поставили ряд новых задач перед строительной наукой, в частности материаловедением. Большое значение приобрела и экономика строительства ядерных установок. Поэтому в 1958 г. для подготовки квалифицированных кадров инженеров-строителей и проектировщиков ядерных установок в одном из старейших вузов страны создана кафедра строительства ядерных и специальных сооружений (СЯиСС). Руководство кафедрой Министерство высшего образования СССР поручило мне по совместительству с основной работой. Моим непосредственным заместителем стал талантливый инженер и экспериментатор Виталий Борисович Дубровский, имевший опыт строительства ядерных сооружений.

С самого начала на кафедре СЯиСС ведется значительная научно-исследовательская работа. Тематика научных исследований преподавателей, аспирантов и студентов связана с широким кругом вопросов проектирования и строительства. Исследования ведутся по заданиям промышленности в трех основных направлениях: материалы и конструкции защит ядерных реакторов, объемные и конструктивные решения зданий ядерных установок, материалы и конструкции защит ускорителей элементарных частиц.

Выводами о некоторых наиболее практически важных исследовательских работах, имеющих непосредственное отношение к объектам, о которых шла речь в начале главы, мне и хотелось бы закончить свою книгу.

Радиационная стойкость бетона. Вопрос этот долгое время оставался практически не изученным. Считалось, что для сохранности бетона защитных конструкций необходимо ограничивать интегральный поток нейтронов в бетоне величиной 10¹⁹ нейтр./см². Такое условие приводило к существенному усложнению и удорожанию конструкции защиты. В. Б. Дубровский и Б. К. Пергаменщик совместно с сотрудниками Физико-энергетического института в 1963 г. начали экспериментальные работы по исследованию радиационных повреждений в бетоне.

Облучение образцов бетонов и цементных растворов проводилось в экспериментальных каналах и активной зоне реакторов БР-5 и 1-й атомной электростанции. Интегральные потоки нейтронов на образцы составляли от 10¹⁹ до 2·10²¹ нейтр./см², температура, сопровождавшая облучение, достигала 300° C. Исследовались плотность, прочность, теплопроводность и другие характеристики.

Было обнаружено, что поведение бетона при облучении зависит главным образом от радиационных изменений в заполнителе, то есть именно заполнитель определяет радиационную стойкость бетона. Это позволило более направленно вести дальнейшие исследования.

Сегодня можно назвать бетоны, способные без заметных изменений воспринимать интегральный поток нейтронов 1—2·10²¹ нейтр./см². К ним относятся бетоны на металлорудных заполнителях – хромитовой и гематитовой руде. Из обычных бетонов к наиболее радиационностойким относятся бетоны на известняке, базальте. Использование их возможно при дозе около 5·10²⁰ нейтр./см². Наконец, что очень важно, выделена группа малостойких бетонов с заполнителями из кварцевого песчаника, гранита, речного песка. Для них максимальная доза не должна превышать 10²⁰ нейтр./см².

На основании рекомендаций кафедры и при ее участии разработаны варианты защиты из радиационностойких бетонов для ряда новых реакторов, которые в ближайшие годы вступят в строй. Работы по указанной тематике продолжаются и сегодня. Изучаются вопросы о влиянии спектрального состава излучений на степень радиационных повреждений, о газовыделениях в бетонах при облучении, о радиационных напряжениях и деформациях фрагментов защиты при высоких интегральных потоках нейтронов.

Водород и защитные свойства бетона. Физики-атомщики постоянно выдвигали общий тезис, что чем больше водорода в бетоне, тем лучше из него биологическая защита. В результате появились составы специальных бетонов с повышенным содержанием водорода (практически – химически связанной воды) за счет использования гидратных заполнителей и цементов. Но применение указанных материалов, по существу, не имело конкретных технико-экономических обоснований. Аспирант кафедры строительства ядерных и специальных сооружений А. М. Туголуков провел комплексное расчетно-теоретическое и экспериментальное исследование влияния содержания воды в бетоне на толщину и стоимость биологической защиты.

Из бетонов разных составов с различным содержанием воды изготавливались защитные экраны, которые устанавливались в нише исследовательского реактора, где проводилось измерение распределения в экранах потоков быстрых, резонансных и тепловых нейтронов. Результаты экспериментов были довольно неожиданными: оказалось, что для стационарных ядерных реакторов значительное увеличение содержания воды уменьшает толщину защитного слоя бетона всего лишь на… 10%. В то время как стоимость затрат на введение воды в бетон возрастает значительно больше! То есть оказывается целесообразнее несколько увеличить толщину защиты из обычного бетона, чем повышать процент содержания воды.

Необоснованные требования к повышенному содержанию водорода (воды) в бетонной защите явились причиной того, что во всех известных защитах не допускало нагрев бетона выше 60° C. Хотя с точки зрения прочности и температурных напряжений обычный бетон выдерживает температуры до 250°—300° C, а жаростойкие бетоны – до 1000° C. Для того чтобы исключить разогрев бетонной защиты сверх 60° C за счет поглощения энергии излучения, во всех известных ядерных реакторах перед бетоном возводилась сложная и дорогостоящая тепловая защита из дефицитных материалов: нержавеющей стали, графита, металлических баков, наполненных водой и т. п. Все это помимо удорожания приводило к усложнению конструкции, увеличению габаритов и другим технологическим сложностям.

В 1965 г. В. Б. Дубровский и П. А. Лавданский провели комплексное исследование защитных свойств полностью обезвоженных жаростойких хромитовых бетонов. Экспериментальные данные хорошо совпали с расчетными. Они показали, что в обезвоженном бетоне действительно происходит накопление потоков промежуточных и резонансных нейтронов. Однако увеличение суммарной дозы за счет излучений за защитой сравнительно невелико, и утолщение бетона (по сравнению с такой же водосодержащей защитой) оказывается незначительным. Разогрев бетона происходит только с внутренней стороны на относительно небольшую глубину, основная часть защиты нагреву и высыханию не подвергается. Поэтому ослабление в ней потоков нейтронов низких энергий не уменьшается.

Результаты исследований показали технико-экономическую целесообразность выполнения внутренних слоев защиты из жаростойких бетонов. Кроме того, важны полученные достоверные данные о том, что даже полностью обезвоженный бетон благодаря наличию большого количества легких ядер кислорода обладает удовлетворительными защитными свойствами по ослаблению потоков нейтронов.

Таким образом, можно утверждать, что оптимальное содержание в бетоне водорода (химически связанной воды) должно определяться только экономическими показателями биологической защиты в целом. Бытующие в технической литературе рекомендации по содержанию воды в бетоне необоснованны и преувеличены.

Нужен ли в бетоне бор? В ранних работах (в основном американских), посвященных материалам биологической защиты ядерных реакторов, рекомендовалось использовать материалы, имеющие в своем составе бор. Это объясняется тем, что бор почти в тысячу раз лучше поглощает нейтроны низких энергий, чем большинство других элементов. Это в свою очередь приводит к уменьшению вторичного (захватного) гамма-излучения, образующегося в материалах защиты при поглощении низкоэнергетических нейтронов. Строители же, столкнувшись с необходимостью использовать боросодержащие бетоны и растворы, увидели, что помимо низких физико-механических свойств такие материалы и стоят дороже обычных более чем в 10 раз.

В 1960—1967 гг. инженер П. А. Лавданский провел детальные физические и экономические исследования в этой области. Результаты исследований, подкрепленные экономическими расчетами, показали неэффективность использования боросодержащих строительных материалов при сооружении биологических защит стационарных ядерных реакторов. Применение боросодержащих материалов может быть оправдано только в тех случаях, когда основным требованием к защите являются ее минимальные габариты и вес (например, защита транспортных ядерных установок) или защита работает в условиях радиационного разогрева. Причем и в этих случаях концентрацию бора в материалах не следует принимать более 15 кг/м³, так как увеличение концентрации бора сверх этой величины не дает заметного эффекта в улучшении их защитных свойств.

О засыпной биологической защите. В некоторых проектах и действующих реакторах, пущенных в эксплуатацию в период становления атомной техники, конструктивно защита была выполнена в виде металлических баков, заполненных различными сыпучими материалами (в том числе металлорудными, боросодержащими и гидратными) с оптимальным гранулометрическим составом. Основным доводом в пользу сыпучих материалов считалась возможность демонтажа такой защиты в процессе эксплуатации. Этот довод не убедителен, так как засыпка активируется, и до настоящего времени я не знаю примеров демонтажа существующих засыпных защит.

Начиная с 1964 г. работники нашей кафедры В. Б. Дубровский, П. А. Лавданский и В. Н. Леденев совместно с Институтом атомной энергии им. И. В. Курчатова проводили экспериментальные и теоретические исследования эффективности засыпных материалов в конструкциях защит от излучений. Результаты показали, что при прочих равных условиях засыпные защиты (рассматривалось восемь наиболее распространенных и перспективных материалов) в два – четыре раза дороже защиты из обычного бетона. А значит, как правило, и нецелесообразны.

Неоднородность бетонной защиты от гамма-излучении. Эффективность биологической защиты из бетона зависит не только от вида составляющих бетонной смеси, но и от равномерности распределения основных компонентов: заполнителя и цементного теста. Чем выше объемный вес применяемых заполнителей, тем больше опасность расслоения бетона и получения неоднородного защитного экрана. Свежеприготовленная бетонная смесь достаточно однородна. Однако при сотрясении и вибрации в процессе транспортировки и укладки в конструкцию она обладает способностью расслаиваться. При этом в бетонном массиве могут образоваться локальные неоднородности в виде каверн или прослоек из цементного теста с объемным весом, меньшим расчетного объемного веса бетона.

Опасения проектировщиков по поводу таких неоднородностей привели к выработке целого ряда повышенных требований к укладке бетонной смеси. Были разработаны специальные технические мероприятия при производстве работ: дополнительное вытапливание в поверхностный слой бетонной смеси крупного заполнителя, организация оперативного контроля за объемным весом уложенного бетона с помощью изотопных и ультразвуковых установок. Нередко применяются и методы раздельной укладки бетона.

Неясность в вопросах прохождения излучений через менее плотные прослойки в бетонной защите долгое время сдерживала применение более индустриальных сборных экранов из блоков на растворе. Если и применялись сборные элементы, то со сложными сопряжениями или увеличенной до 20% толщиной защиты.

Аспиранты кафедры А. Ф. Миренков и В. Н. Соловьев исследовали прохождение гамма-излучения через неоднородные защиты из бетонов. В экспериментальных исследованиях использовались мощные кобальтовые источники активностью 500, 6000 и 43 500 гр. экв. радия. За экранами из бетонных блоков, уложенных на растворе, определялся прострел излучения по швам шириной от 1 до 3 см. Исследования показали, что для реальной толщины защиты из обычного бетона превышение дозы излучения по швам (или зонам расслоения бетона в монолитной защите) практически не снижает эффективности защиты. Поэтому не стоит предъявлять специальные требования к укладке обычного бетона в защитные конструкции, к изготовлению сборных элементов и их сопряжений, а тем более увеличивать толщину сборной защиты.

Биологическая защита ускорителей. С 1963 г. на кафедре были начаты исследования защитных свойств строительных материалов от проникающей радиации высокой и сверхвысокой энергий, источником которой является ускоритель элементарных частиц. Надо сказать, что в СССР к этому времени были введены в эксплуатацию два мощных ускорителя протонов в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне. Благодаря этому исследователи получили экспериментальную базу, необходимую для проведения опытов по радиационной защите в реальных условиях.

Исследования проводились аспирантами кафедры В. В. Мальковым и О. А. Улитиным. Первый исследовал материалы и конструкции защиты от наиболее жесткого излучения ускорителя. Такое излучение генерируется на мишенях, камере ускорителя, транспортных каналах и обычно называется прямым излучением. О. А. Улитин занимался мягким спектром излучений ускорителей, формирующимся в результате многократного рассеяния прямого излучения на поверхностях ограждающих стен и перекрытий, а также на элементах технологического оборудования и поэтому получившим название рассеянного излучения.

Базой экспериментальных исследований был выбран синхроциклотрон в Дубне. Для исследований использовались широко применяемые бетоны и засыпки из грунта (песка). Цель экспериментальных исследований заключалась в определении параметров ослабления потоков нейтронов и установлении зависимости их от состава материала.

При исследованиях в прямом излучении ускорителя было показано, что два параметра могут достаточно полно описать ослабление потоков нейтронов в защите: длина релаксации сверхбыстрых нейтронов (толщина защиты, на которой поток ослабляется в «e» раз) и фактор накопления замедленных нейтронов (величина, показывающая, во сколько раз поток медленных нейтронов отличается от потока сверхбыстрых нейтронов). Длина релаксации может быть представлена функцией лишь одного объемного веса защиты, тогда как фактор накопления нейтронов – функцией объемного веса и водосодержания. На основе этого получена зависимость толщины защиты от объемного веса и водосодержания материалов в защите.

Исследования рассеянного излучения позволили установить параметры для расчета и проектирования защитных перекрытий, а также других защитных конструкций, ослабляющих рассеянное излучение. В частности, было установлено, что защитные перекрытия целесообразно выполнять двухслойными: из несущего слоя с использованием обычного железобетона и облегченного водосодержащего защитного слоя из обычного или гипсового бетона (или засыпки из песка). Использование тяжелых материалов оправдано в случае ограниченного пространства для размещения защиты при реконструкции ускорителей.

Из-за большего накопления нейтронов промежуточных энергий защита без водосодержащего материала вызывает перерасход стали (около 5000 кг на квадратный метр защиты при толщине ее более 2 м). Поэтому особо тяжелые защиты целесообразно делать двухслойными: со стороны падающего излучения – слой стали, за ним – слой гематитового бетона с нормальным расходом цемента.

Результаты исследований по защите ускорителей нашли практическое применение. В частности, защита экспериментального зала ускорителя в Серпухове выполнена в соответствии с рекомендациями аспирантов кафедры. Результаты работы кафедры учтены также в проекте реконструкции синхроциклотрона Объединенного института ядерных исследований и в ряде других проектов.

Рост энергии и интенсивности элементарных частиц в пучках современных ускорителей приводит к увеличению радиационных нагрузок на материалы узлов ускорителей. По поручению Академии наук СССР кафедра проводит исследование радиационной стойкости широкого круга материалов (металлы, диэлектрики, полимеры и т. д.), которые предполагается использовать в узлах проектируемых ускорителей протонов на энергии в миллиарды электронвольт. Облучение образцов исследуемых материалов производится в ядерном реакторе, синхроциклотроне и синхрофазотронах. Испытание материалов после облучения позволит получить необходимые данные об их радиационной стойкости и сделать практические выводы и рекомендации.

За 13 лет работы кафедра строительства ядерных и специальных сооружений, состоявшая вначале из трех человек, стала сложившимся научно-педагогическим коллективом, способным решать важные задачи по подготовке квалифицированных инженеров-строителей и осуществлению научных исследований в области строительства ядерных сооружений. Кафедра приобрела определенный научный авторитет как у нас в стране, так и за рубежом, поскольку выполнение заданий различных проектных, производственных и научно-исследовательских организаций позволило сделать ряд весьма важных практических выводов, отличающихся от прежних, традиционных технических установок и решений.

* * *

Вот и подошли к концу «Записки строителя». Конечно, далеко не все и не обо всех удалось сказать. Но если данная книга хоть в какой-то мере поможет читателю представить себе характер труда строителей, а сами строители почерпнут для себя какие-то полезные сведения, – автор будет считать свою задачу выполненной.

Воспоминания завершаются 1964 годом. Очень хотелось бы рассказать о самоотверженном труде военных строителей, об интересных с инженерной точки зрения сооружениях, созданных ими. Но все это еще ждет своего часа.