Ликвидация катастроф: советский опыт восстановления поврежденного железобетона

06.06.2018 г.

Автор: д.т.н. А.Б. Тринкер Произошедшие в середине прошлого века промышленные катастрофы послужили поводом для создания новых материалов, технологий и базовых нормативных документов, способствующих предотвращению новых техногенных катастроф. Автор: д.т.н. А.Б. Тринкер

Произошедшие в середине прошлого века промышленные катастрофы послужили поводом для создания новых материалов, технологий и базовых нормативных документов, способствующих предотвращению новых техногенных катастроф. Эксплуатируемые в ХХI веке промышленные сооружения, построенные 40-60 лет назад, требуют периодического обследования опытными специалистами.

Катастрофа  в  Болгарии

При участии советских специалистов на ТЭЦ комбината Марица-Восток-1 в 1961-1962 годах была построена самая большая на Балканах дымовая труба высотой 160 метров. Однако после окончания строительства, в период монтажа внутренней футеровки случился пожар. Большая высота оболочки трубы стала причиной возникновения огромной тяги внутри ствола, температура достигла нескольких сотен градусов Цельсия, что привело к деформации всех конструктивных элементов опалубки и шахтоподъёмника, в бетоне трубы возникли трещины и выровы. Встал вопрос: сносить дымовую трубу и строить заново, вынужденно перенося сроки ввода в эксплуатацию всего комбината минимум на 2,5 года — или найти другое решение.

Успешно решил проблему руководитель Центральной лаборатории высотных и специальных конструкций и сооружений ВНИПИ Теплопроект Минмонтажспецстроя СССР к.т.н. Б.Д.Тринкер (1914-2004), которого немедленно вызвали на место аварии.

Центральная  газета  Болгарии  от 11 мая 1962 года с передовой статьёй

о строительстве и уникальном ремонте, справа советский специалист к.т.н. Б.Д. Тринкер

Штаб строительства возглавлял Первый президент НР Болгарии Тодор Живков. Тринкер лично провёл обследование поверхности оболочки аварийной дымовой трубы по всей высоте и предложил выполнить восстановление несущей способности трубы в соответствии с только что отработанной в его лаборатории новейшей методикой ремонта строительных конструкций и сооружений.

Суть состояла в нагнетании в трещины инъекционных составов проникающих во все поры, каверны и раковины, одновременно пропитывая и укрепляя дефектную поверхность. Двухкомпонентный инъекционный состав готовился в лаборатории, консистенцию подбирали при помощи вискозиметра. Состав заливали в подготовленные и заранее расчищенные трещины.  При этом соблюдались высокие требования по технике безопастности, охране здоровья работников и окружающей среды, противопожарной безопастности.

Работы по ремонту оболочки трубы по методике Б.Д. Тринкера были выполнены всего за два месяца, и дымовая труба вступила в строй действующих объектов ТЭЦ Марица-Восток-1, обеспечив успешную работу всего комбината. Тринкер сразу возвратился в Москву, и только спустя несколько десятилетий он узнал, что за «геройский подвиг» по ремонту самой высокой в западной Европе трубы его болгарские подчинённые получили высшие болгарские ордена.                                                                                            

Спустя десять лет в лаб. № 10 был разработан насос-установка УНК-2 для механизированного нагнетания инъекционных растворов и новые более эффективные композиции для пропитки и защиты, которые представлены в разработанной в 1970-годы Б.Д.Тринкером «Инструкции по противокоррозионной защите и ремонту полимерными материалами дымовых промышленных труб и других специальных высотных железобетонных сооружений» ВСН 344-75 Минмонтажспецстроя СССР.

Катастрофа  в  Волгограде

В 1967 году был возведен самый высотный монумент «Родина-Мать». Размеры объекта, его парусность и суровые климатические условия обязывали предъявлять ещё на стадии проектирования и строительства повышенные требования к качеству бетона (прочности, морозостойкости, водонепроницаемости) и  непрерывному контролю качества строительных работ — однако этого сделано не было. Вскоре после окончания строительства памятник начал разрушаться: в заполнителе были обнаружены реакционные включения, которые при реакции с водой вызвали выровы и трещины в бетоне сооружения, а поскольку прочность и морозостойкость бетона были недостаточными, создалась угроза разрушения почти 100-метрового монумента. Лаборатория коррозии НИИЖБ Госстроя СССР (д.т.н. Ф.М. Иванов, к.т.н. В.Г. Батраков) посоветовали применить гидрофобизацию ГКЖ, однако их состав был смыт первым дождём.

Ремонтно-восстановительные работы на монументе «Родина-Мать»

научно-производственной бригадой лаборатории № 10 ВНИПИ Теплопроекта, фото из отчёта — 1970 год

В 1969 году  к.т.н. Б.Д. Тринкер произвёл обследование по всей поверхности монумента, разработал специальную «Инструкцию по ремонту и восстановлению несущей способности монумента» и применил свою технологию нагнетания полимерных составов в трещины, раковины и каверны. В результате учёный спас монумент «Родина-Мать» от аварии, а Родину — от позора. 18 января 1971 года директор памятника генерал-майор Г.И. Денисов, участник боёв в Сталинграде, подарил Тринкеру книгу-альбом «Героям Сталинградской битвы» с надписью: «С глубоким уважением, Борису Давыдовичу Тринкеру! Участнику строительства памятника-ансамбля Героям Сталинградской битвы».

По итогам ремонта монумента была утверждена новая универсальная Инструкция по противороррозионной защите и ремонту всех высотных сооружений, эксплуатирующихся во всевозможных атмосферных и агрессивных средах.

Катастрофа  на  Украине  

Авария с непредвиденными последствиями могла произойти в 1979 году, в период начала эксплуатации в СССР самой высокой и мощной башенной железобетонной градирне высотой 150 метров и диаметром 130 метров (гиперболический параболоид), возводимой В.О. «Гидроспецстрой» Минэнерго СССР для обеспечения потребностей самой мощной Ровенской АЭС в посёлке Кузнецовск, западная Украина. До этого высота всех градирен в СССР не превышала 90 метров. После возведения примерно 15-20 метров оболочки градирни, лабораторный контроль качества обнаружил в заполнителях включения постороннего и вредного минерала — опала, водного аморфного кремнезёма, который реагирует с содержащимися в цементе щелочами, вызывая коррозию и разрушение бетона. Особенно быстро реакция происходит во влажных условиях эксплуатации градирни при температуре воды 40-60 градусов — как раз в готовящемся ко вводу 150-метровом сооружении.

Уникальные первые Градирни высотой 150 метров Ровенской АЭС, 1979 год.  

В «Инструкции по возведению железобетонных труб и башенных градирен» ВСН 430-82 Минмонтажспецстроя СССР в п. 6.23. указано: «Мелкий и крупный заполнитель бетона, предназначенный для возведения труб и градирен, не должен содержать аморфных видоизменений кремнезёма (опал), кремнистых сланцев, пирита и других минералов, способных вступать в реакции с щелочами цемента». Служба контроля качества В.О. «Гидроспецстрой» Минэнерго, руководимая главным технологом объединения А.Б. Тринкером, быстро подняла тревогу, и строительство было остановлено.

После проведения комплекса экспресс-анализов в Центральной лаборатории №10 ВНИПИ Теплопроекта Минмонтажспецстроя СССР было принято решение: произвести защиту бетона возведённых ярусов по технологии к.т.н. Б.Д. Тринкера, одновременно обеспечив на карьере добычи заполнителей 100% контроль качества и отбраковку партий, несоответствующих всем требованиям ВСН 430-82. Совещания, в которых принимал участие автор статьи, происходили в «СоюзАтоме» Минэнерго СССР, и после утверждения все рекомендации стали для исполнителей законом. В результате, огромные 150-метровые градирни уже более 40 лет обеспечивают работу двух реакторов ВВЭР-440 и двух ВВЭР-1000 — которые до сих пор успешно вырабатывают электроэнергию для Украины.

Катастрофа  в  Новгороде

Произошла в 1982 году на железобетонной грануляционной башне производства нитроаммофоски NPK на Новгородском химическом комбинате „СОЮЗАЗОТ“ (теперь фирма «АКРОН»). Гранбашня  была построена в конце 1970-х годов и снабжена новейшим химическим оборудованием по технологии Всесоюзного Научно-Исследовательского Института минеральных материалов и продуктов органического синтеза ГИАП Минхимпрома СССР.  Всё оборудование было поставлено по взаимо-выгодному договору с Армандом Хаммером из лучших фирм западной Европы, в обход всех так называемых американских «санкций».

Гранбашня состоит из железобетонной (марка бетона по прочности М300) цилиндрической оболочки толщиной 200 мм, высотой 140 метров и диаметром 28 метров, с двухрядным армированием арматурой периодического профиля А-111, с пристроенной лестницей и транспортными галереями и трубопроводами. Внутри вся поверхность железобетона рабочей камеры была покрыта тремя слоями эпоксидно-каменноугольной смолы. На отметке 100 м установлено перекрытие из нержавеющей стали, на котором смонтировано многотонное дорогое импортное оборудование, предназначенное для распыления химических реагентов, поступающих из форсунок в рабочую камеру гранбашни. В конце процесса грануляции готовое минеральное удобрение NPK механическими скребками собирается на железобетонном полу и транспортёрами отправляется в упаковочный цех.

Новгородский «Акрон» («СоюзAзот»), гранбашня высотой 140 метров

для производства минеральных удобрений NPK

NPK — комплексное минеральное удобрение: Азот+Фосфор+Калий, которое при соединении с водой образует соответствующие кислоты, вступающие в химические обменные реакции с минералами цементного камня (1-й, 2-й и 3-й виды коррозии по классификации д.т.н. В.М. Москвина), быстро разрушающие бетон и арматуру. В 1982 году производство NPK было остановлено в результате возникшей аварийной обстановки. Предистория такова: в начале 1980-х годов обрушилось несколько подобных гранбашен на Чирчикском комбинате «Союзазат», погибли операторы работавшие в гранбашне, и тогда срочно создали службу, которую возглавил А.Б. Тринкер. Необходимо учитывать, что минеральные удобрения производятся на отечественных заводах из российских полезных ископаемых и обеспечивают постоянной работой тысячи отечественных учёных, лаборантов, инженеров и рабочих, а также задействуют всю окружающую инфраструктуру.

Компания «АКРОН» (бывшая «СОЮЗАЗОТ») в 2010 году имела оборот 37,5 млрд рублей и чистую прибыль 7,3 млрд рублей. С начала производства NPK часть готовой продукции цеха нитроаммофоски вывозили на экспорт в соответствии с взаимно выгодными договорами, заключёнными с президентом корпорации Occidental Petroleum, американским предпринимателем Армандом Хаммером (1898-1990). Корпорация поставляла комплекты оборудования для наших химических комбинатов в обмен на производимые минеральные удобрения. Быстро отремонтировать и сохранить в работоспособном состоянии основную гранбашню производства экспортной продукции — это была ответственная и престижная задача.

Обследование внутренней поверхности аварийной гранбашни в Новгороде. На высотах 80-120 метров с подвесной люльки А.Б. Тринкер определяет глубину поражения.

Автор данной статьи провёл обследование с подвесных подмостей всей внутренней поверхности оболочки аварийной гранбашни. На  фото представлен масштаб разрушения защитного эпоксидного покрытия и бетона на высоте 80-100 метров внутри оболочки гранбашни NPK Новгородского «Союзазота». В результате обследования было определено: полностью разрушено защитное трёхслойное покрытие эпоксидно-каменноугольной смолы, бетон оболочки гранбашни по всей окружности в верхней зоне в результате коррозии (выщелачивание из бетона гидроксида кальция и обменные реакции при взаимодействии NPK с минералами цемента — силикатами, алюмоферритами и алюминатами) потерял несущую способность, не защищает арматуру от проникновения раствора NPK внутрь бетонного массива, в оболочке образовались кольцевые выровы бетона высотой 1,5–2,5 метра и глубиной 10–15 см, требуется немедленная остановка производства и срочный ремонт.

Была составлена подробная «Инструкция по ремонту и восстановлению несущей способности гранбашни NPK», которая предусматривала: расчистку бетона от продуктов коррозии, проверку индикатором наличие щелочной реакции бетона, пескоструйное и водяное промывание бетона и вскрытой арматуры, дополнительное усиление арматуры в зонах рабочих швов и в месте сопряжения оболочки гранбашни с горизонтальным перекрытием. Техническому надзору дирекции Новгородского химкомбината «СОЮЗАЗОТ» было строго указано обеспечить 100% контроль качества на всех стадиях восстановительных работ. Ремонт гранбашни NPK был проведён в соответствии с требованиями нормативных документов и «Инструкции», что значительно продлило срок её службы…

д.т.н. А.Б. Тринкер