Три миллиона кубических метров бетона нужно было уложить на канале Москва—Волга. Цифра ошеломляющая! Еще в 1934 г. мы не понимали, что это означает, не понимали потому, что до работы на канале мы укладывали лишь десятки тысяч кубометров, а теперь... три миллиона.
Нам бы очень хотелось, чтобы читатель предельно четко представил себе весь объем ныне завершенной работы.
Вообразите, что гостиница Моссовета, это гигантское здание с его многочисленными вместительными комнатами, коридорами и залами, сверху донизу наполнено бетоном. Теперь представьте себе обычную геометрическую фигуру — куб. Воздвигните его рядом с гостиницей Моссовета с таким расчетом, чтобы каждая сторона квадрата основания куба равнялась 144 м, а высота — зданию в 36 этажей. Каким маленьким домиком окажется гостиница Моссовета в сравнении с исполинским кубом!
Вы решаете наполнить этот куб бетоном. Для этого необходимо подать к нему и разгрузить триста семьдесят тысяч вагонов. Когда вы это осуществите, вес куба составит около семи миллионов тонн. Эго и есть то количество бетона, что впитала в себя трасса канала Москва—Волга.
Наш воображаемый куб — это в действительности многочисленные железобетонные сооружения, раскинутые на протяжении фронта работ в 174 км. А эти сооружения — большие и малые плотины, водосбросы, водоспуски, эстакады, шлюзы, акведуки, гиганты — насосные станции, редкие по красоте и технической смелости железнодорожные мосты и первый в стране речной вокзал.
 |
| Три миллиона кубических метров бетона пошло на строительство канала. Из этого количества бетона можно было бы составить исполинский куб, по сравнению с которым гостиница Моссовета окажется маленьким домиком. |
О бетоне можно писать много, и, конечно, в одной статье трудно исчерпать все вопросы, которые вставали перед нами на различных участках строительства. Ведь каждый шлюз, каждое сооружение — это отличные друг от друга биографии бетона и людей, творящих строительство.
Наша центральная бетонная лаборатория была своеобразным штабом, который вместе с оперативно-производственными задачами решал проблемы научно-исследовательского характера.
Чтобы понять всю сложность и новизну нашей работы, надо почувствовать, как отличаются бетонные гидротехнические сооружения от бетонных же сооружений, но не подвергающихся действию воды, например, перекрытия какого-нибудь цеха. Здесь бетон несет огромную нагрузку мощных агрегатов, машин, кранов, но он находится в совершенно иных и более благоприятных условиях, чем, окажем, стенки шлюзов или плотины. Ведь бетон в гидротехнических сооружениях ежесекундно на протяжении всей своей жизни подвергается бомбардировке миллиардов молекул воды, которые пытаются ослабить его, т. е. растворить самую уязвимую часть бетона — цемент.
Отсюда понятно, что помыслы инженеров и всех, кто работал с бетоном, были направлены к тому, чтобы создать такой бетон, который бы имел силу постоянного сопротивления непрерывному наступлению воды.
Долговечность и несокрушимость бетона в конечном счете зависят от качества материалов, его составляющих, от плотности его укладки.
Но как плотно уложить бетон? Как найти высокое качество всего того, что составляет этот бетон? На эти вопросы никто не мог дать исчерпывающего ответа, решение этих проблем надо было искать.
У нас, например, не было уверенности, что гравий, добытый на местных карьерах, мог идти в бетон. Не всякий гравий удовлетворяет необходимым техническим требованиям. Гравий должен быть морозоустойчивым и не подвергаться разрушению от совместного действия воды и мороза. Гравий — основная по количеству составная часть бетона, и его малая устойчивость рано или поздно отразится на качестве всего бетона.
Мы упорно работали с гравием и проделали 1800 испытаний самых различных проб. И надо вам сказать, что в истории бетонных сооружений не было такого замечательного гравия, какой оказался на нашем строительстве.
Каким же образом у нас появилась такая твердая уверенность в качестве гравия? Ведь этот гравий испытывался нами по общепризнанным правилам и все же не давал ответа — пригоден ли он для ответственных сооружений.
Мы решили отклониться от правил. Обычно испытывают собственно гравий, вернее, отдельные зерна его. Мы же подвергли испытанию гравий в бетоне в том виде, в каком он пойдет на сооружения. Нам пришлось создавать различные комбинации из зернышек гравия самых разнообразных пород. Осуществляя эту работу, мы перебрали руками и отсортировали по породам два кубометра гравия. В результате мы убедились, что гравий в бетоне прекрасно выдержал двести замораживаний и оттаиваний, и это позволило нам принять решение использовать местный гравий и отказаться от привозного.
 |
| Бетонная труба водопроводного канала. |
*
Начиная строить канал, мы понимали, что перед нами — цепь нерешенных проблем. Мы не были уверены, что состав бетона, который рекомендован техникой сегодняшнего дня, будет стойким и долговечным. Мы не могли заглядывать в книги и, руководствуясь уже известными рецептами, претворять их в жизнь — книг таких не существовало. Мы были лишены возможности почерпнуть опыт из построек прошлого, ибо мировая практика не знает сооружений, подобных каналу Москва—Волга. Поэтому, строя канал, мы творили науку, обогащая ее опытом трассы, вооруженные ею, мы еще быстрее и еще лучше двигали вперед строительство.
И неудивительно, что самый первый по началу работ шлюз (№ 3) мы укладывали на тачках, методами отнюдь не совершенными, а при бетонировании последнего шлюза (№ 5) было использовано все, что обогатило науку на канале. Этот шлюз уже строился рожденными на канале методами самой передовой техники в мире. Приведем пример.
Цемент, песок, гравий и воду надо тщательно смешать. Только после этого можно укладывать полученную смесь, которая и называется бетоном. Чтобы все это перемешать и получить три миллиона кубических метров бетона, нужно было «перевернуть» семь миллионов тонн материала (вспомните вес нашего куба!). Понятно, что с помощью только собственно бетономешалок было немыслимо осуществить эту работу. Ведь к бетономешалкам нужно доставить весь этот материал и после этого уже готовый бетон подать к местам укладки.
Шлюз № 3 бетонировался 17 месяцев. Туда бетон доставлялся от бетономешалок вручную — тачками и носилками. Шлюз № 5 бетонировался пять месяцев, хотя объем работы был одинаков со шлюзом № 3. Такое ускорение было достигнуто благодаря организации так называемых бетонных комбинатов, где высокая производительность бетономешалок сочеталась с транспортировкой бетона к месту укладки при помощи транспортерных лент.
Сто шестьдесят кубических метров в час — таковы рекордные подача и укладка на шлюзе № 5. Этот рекорд превысил известное американское достижение, которое было осуществлено во время бетонирования плотины Вермут. Там подавалось в час сто тридцать девять кубических метров бетона.
Подать на укладку сто шестьдесят кубометров в час — это значит на очень небольшом пространстве разгрузить 24 железнодорожных вагона с бетоном, или в две с половиной минуты — один вагон.
 |
| Опалубка тоннеля под верхней головой шлюза. |
*
Выше мы рассказывали об испытаниях гравия. Таким же испытаниям подверглись и другие элементы бетона, в частности цемент. Но испытания цемента значительно сложнее, чем гравия и песка. Цемент особо ответственный материал в бетоне, он снизывает в единый монолит песок и гравий и поэтому называется вяжущим материалом.
Поступающий на строительство цемент тщательно проверяется. Это необходимо потому, что заводский цемент может иметь большее или меньшее отклонение от нормы, а нам нужно совершенно точно знать, какую механическую прочность можно получить, применяя данный цемент в бетоне. Поэтому мы его испытываем на прочность, т. е. определяем его способность сопротивляться внешним условиям. Только в одной центральной бетонной лаборатории строительства было испытано семь тысяч различных проб, т. е. 70 тысяч килограммов цемента.
Портланд-цемент, который и основном изготовляют наши цементные заводы, не является лучшим вяжущим в гидротехническом строительстве. Решения Академии наук СССР и опыт заграницы говорили о необходимости перехода в гидротехнических сооружениях на так называемый пуццолановый портланд-цемент. «Пуццолана» — это общее название гидравлических добавок, т, е. таких добавок, которые делают портланд-цемент водоустойчивым.
Создать цемент предельно водоустойчивым, добиться, чтобы он противостоял размыванию, т. е. постепенному растворению цементного камня и воде, — об атом мы много думали, и это составляло одну из наших главнейших задач.
Ведь по сути дела из всех элементов бетона только один цемент принимает непосредственно на себя удары водной стихии, ведь это он прочно связывает гравий и песок. Заключая их в свою крепкую броню, цемент как будто бы прикрывает своих товарищей по бетону. И если вода сумеет подавить силу сопротивления цемента размыть его, то она этим самым пробивает брешь в бетоне. Врываясь туда, вода выносит уже ничем незащищенные крупицы гравия и песка. Бетон разрушается.
Пусть читатель не думает, что долговечность бетона зависит только от водоустойчивости цемента. Много различных физических и химических явлений обусловливают стойкость железобетонных сооружений, но непроницаемый цемент — это один из тех краеугольных камней, из которых складывается качество всего бетона.
Как портланд-цемент, так и пуццелановый портланд-цемент имеют общие недостатки. Они, например, в процессе твердения изменяют свой объем. Но цемент, как известно, является составной частью бетона, который при твердении выделяет тепло. Это изменение температуры вызывает изменение объема бетона. В таких случаях говорят, что происходит усадка бетона.
При больших размерах и объемах бетона усадка может привести к разрыву целого монолита. Поэтому нам приходится большие размеры сооружений расчленять на отдельные участки и поочередно их бетонировать. Это связано с устройством большого количества дополнительных форм под бетон — опалубок. Но пуццолановый цемент нас, гидротехников, не удовлетворяет, хотя он и водоустойчивей, чем портланд-цемент.
Цементная промышленность не могла удовлетворить потребность канала даже и в пуццолановом портланд-цементе. Мы искали такой цемент, который бы намного улучшил качество бетона. Гидротехнике был нужен гидротехнический цемент.
В шести километрах от Дмитрова было обнаружено месторождение гидравлической добавки — трепела. Центральной бетонной лабораторией была проделана большая работа по изучению этого месторождения. Исследования показали прекрасную устойчивость бетона, и котором часть цемента заменялась трепелом. Но это было, так сказать, теоретическим открытием, и перед нами встала еще никем нерешенная проблема: как ввести этот трепел в бетон, как добиться получения самых тончайших частиц из трепела и как их равномерно распределить по всей массе бетонной смеси.
Только такое распределение трепела в бетонной смеси позволяло получить необычайно водоустойчивый бетон. Об этом говорили лучшие знатоки цементного дела, профессора и ученые, с которыми мы советовались. Да, это и нам было ясно. Мы прекрасно понимали, что однородность и тесное перемешивание есть залог успеха.
Мы разработали несколько вариантов присадки трепела и бетон, но все это было неудачными экспериментами.
Однажды в лаборатории Военно-инженерной академии авторы этой статьи вместе с несколькими лаборантами собрались для очередных испытаний трепела. Инженер Шестоперов берет кусок трепела опускает его в стакан с водой. В ответ на высказанные вслух мысли, что, к сожалению, трепел имеет много крупных частиц, инженер Кувыкин дает совет отмучивать трепел. По мнению Кувыкина, получится более мелкая фракция зерен — самые тяжелые сядут на дно. Шестоперов, обдумывая замечания своего товарища, механически взбалтывает содержимое стакана, перемешивает воду лопаточкой, и неожиданно полученная смесь привлекает всеобщее внимание. Жидкость сперва похожа на густую сметану, а затем становится подобна обыкновенному молоку. Пальцы невольно лезут в стакан. В стакане ни одной крупинки.
Немедленно другой стакан наполняется чистой водой. Для объективности исследования стакан с водой и стакан с трепелом несколько раз меняются местами на столе. Это делается «в тайне» от Кувыкина, которому предложено повернуться спиной к столу. Начинается испытание, и Кувыкин опускает пальцы поочередно в один и другой стакан. Он не ощущает разницы, он не может обнаружить даже малейшей крупицы трепела, и ему кажется, что оба стакана наполнены водой. Но Кувыкин ошибается — в одном из стаканов находится трепел.
Испытания завершены. Трепельное молоко открыто. Обнаружено ценнейшее свойство трепела: его частицы как бы во взвешенном состоянии долго держатся в воде, не опускаясь на дно стакана. Похоже, что каждая из мельчайших частиц трепела находится под воздействием гигантского парашюта. Частицы будто бы висят в воде и бесконечно медленно опускаются вниз.
Это открытие позволило нам применить тонко-измельченный трепел и в жидком виде ввести его в бетон, как ценнейшую добавку.
Мы заменили в бетоне двадцать процентов цемента трепелом и этим сэкономили строительству около 70 тысяч т. цемента, или 5—6 млн. рублей. Но самое главное — мы получили еще более водоустойчивый бетон и усилили его сопротивляемость разрушающему действию воды.
 |
| Установка арматуры в стенке камеры шлюза. |
*
Выше мы говорили, что вода наряду с другими элементами является составной частью бетона. В зависимости от количества воды, которая подается в бетонную смесь, получается различная степень густоты, или пластичности бетона. Так называемый литой бетон содержит в себе большое количество воды. При очень густой арматуре конструкции, насыщенной целым лесом железных стержней, приходится прибегать к этому виду бетона. Он заливается в форму (опалубку), самоуплотняется и ведет себя, как жидкость, которая налита в сосуд. Ведь жидкость всегда принимает форму сосуда, заполняя даже самые тесные уголки в нем. Точно так же вел себя и литой бетон.
Но он экономически не выгоден и несет в себе ряд существенных недостатков, которые также могут поколебать долговечность бетона. В частности, он содержит много воды. Часть ее после кладки остается в порах бетона, затем испаряется, оставляя после себя ячейки пустот.
Здесь мы сталкиваемся с явными противоречиями. С одной стороны, литой бетон содержит в себе много воды, которая таит опасность разрушения будущего сооружения, с другой, — литой бетон больше, чем какой-либо иной состав, позволяет добиться наибольшего удобства укладки.
Естественно, что мы начали искать способы уплотнения бетона, когда бы не потребовалось давать много воды в состав бетонной смеси. В этом направлении и началась настойчивая исследовательская работа.
Уменьшите силу трения, измените силу сцепления и тогда в бетонной смеси каждая песчинка и каждая гравелинка лягут плотнее одна к другой, бетон станет тяжелее, — в нем будет меньше пустых мест.
Но как это осуществить, ведь на канале уже начали укладывать первые кубы бетона, причем уплотняли его вручную, при помощи штыковок и трамбовок, расходуя много цемента, вводя много лишней воды.
Читая иностранную литературу, мы узнали что за границей для плотности бетонной смеси применяются вибраторы. Но мы не знали, что это означает, мы не видели вибратора даже на картинке. Теория вибрирования бетона в литературе не была разработана.
Но время не ждет, вибратор пришел к нам на строительство, мы начали его осваивать, еще не подозревая, как много нового внесет он в технику бетонных работ.
Интересно проследить ход наших мыслей, когда мы столкнулись с вибратором. Мы рассуждали логически — вибратор призван заменить ручную силу. Он должен лучше человека уплотнять бетон. Но он, этот механизм, должен заимствовать принципы работы человека, который ногами или трамбовками стремится нанести бетону наиболее сильные удары. Человек ударяет по бетонной массе — бетон утрамбовывается, сжимается, уплотняется. Так, мы полагали, должен был работать и вибратор, который только умножит физические усилия человека.
Вибратор — это доска, к которой прикрепили мотор. Подвешенные на оси мотора грузики сдвинули вниз или вверх от центра грузика. Центр тяжести сместился — образовалось так называемое явление эксцентриситета, т. е. центр тяжести оказался вне центра.
Ось мотора вращается. Благодаря эксцентриситету грузики уже не могут крутиться равномерно. Одна часть грузиков перевешивает другую, и вращение происходит рывками. Доска, на которой установлен мотор, дрожит. Человек берет рукой рукоятку вибратора, «проходит» им по бетону, сообщая ему силу ударов эксцентрической работы мотора.
Руководствуясь принципами работы человека, мы считали, что вибратор будет тем лучше, чем он тяжелее. Поэтому мы остановились на моторе в 0,65 квт, а для придания тяжести хотели нагрузить доску даже двухпудовой гирей.
Но жизнь нарушила, казалось бы, естественную логику нашего мышления. Тяжелые вибраторы часто не выдерживали перегрузки и выходили из строя, степень уплотнения бетона нас не удовлетворяла.
Тогда наши искания устремились по совсем другому руслу. Мы отказались от принципа работы вибратора — действовать на бетон силой тяжести. Теперь наши взгляды были направлены к маленькому моторчику.
Его мощность всего в 0,30 квт. Он делает три тысячи оборотов в минуту. Из-за неправильно, вне центра тяжести, подвешенных грузиков доска, на которую поставлен мотор, дрожит, как в лихорадке.
Три тысячи колебаний совершает доска в одну минуту, и это частое вибрирование привело к огромной победе в работах по укладке бетона.
Три тысячи колебаний маленького вибратора создают в бетоне толчки, которые уменьшают силу трения и сцепления частиц. Каждая из них по закону всемирного тяготения стремится занять наиболее низкое положение. Три тысячи колебаний привело к тому, что цементный клей сухую бетонную смесь делает жидкой. Она обретает свойства литого бетона (но теперь — это не тот литой бетон, что содержит в себе большое количество «опасной» воды!) и дает максимальное уплотнение.
Вибрация — это настоящая техническая революция на канале. Плотность укладки достигнута такая, о какой раньше можно было только мечтать. Не так давно укладывали бетон вручную, и мы не могли сказать, сколько времени надо его уплотнять — технических норм не было. Мы решали о степени уплотнения по поверхности бетона, на глазок.
Теперь же с помощью приборов мы можем говорить совершенно точно, сколько времени нужно работать с вибратором, чтобы получить предельную плотность бетона.
Для разных случаев укладки бетона моторчик с эксцентрично подвешенными грузиками работает или на доске, — поверхностный вибратор, — или на тисках, крепящих его снаружи к опалубке, — тисковый вибратор, — или на резиновых ручках с прикрепленной к нему металлической трубою диаметром в два дюйма — стержневый вибратор. В итоге почти тысяча первых вибраторов в Союзе была освоена на канале. Ими уложено около 1,5 млн. кбм бетона.
Три миллиона кубических метров бетона уложены в два с половиной года. Вспомним вчерашний день советского бетона, вспомним, что на Днепрострое 1100000 кбм было уложено на протяжении пяти лет.
Какими гигантскими шагами двигается вперед наша действительность!
Комментариев нет:
Отправить комментарий