все записи



Дата: 25.10.2007
«Вестник строительного комплекса» № 49
Рубрика: ***

Высокопрочные бетоны для петербургских небоскребов


О технологиях, материалах и перспективах развития высотного строительства рассказывает профессор ВИТУ, д.т.н. М.Н. Ваучский.

 

– Михаил Николаевич, в вопросах высотного строительства Санкт-Петербург существенно отстает от Москвы?

– Безусловно, темпы развития высотного строительства в нашем городе не столь велики, как в Москве, тому есть ряд причин – не только финансы. Во-первых, Петербург стоит на слабых обводненных грунтах, во-вторых, за три века существования города сложился его архитектурный облик, и наконец, мы пока не располагаем нужным числом квалифицированных специалистов, имеющих опыт высотного строительства. Для инвестора сооружение небоскреба – притягательная перспектива. Земля стоит больших денег, чем меньшую площадь будет занимать здание, тем лучше. На сегодняшний день в городе разработана собственная нормативная база – ТСН 31-332-2006 «Жилые и общественные высотные здания». В соответствии с этим документом высотными считаются жилые здания свыше 75 м высотой и общественные здания свыше 50 м высотой. Сейчас в нашем городе на различных стадиях проектирования и строительства находится 10–15 объектов, высота которых превышает 75 м. В качестве примера приведу 31-этажное здание бизнес-центра на площади Конституции – его высота составит 126 м, в настоящий момент начато сооружение подземной части. Более того, в Петербурге в следующем году начнется строительство здания более 300 м высотой – так называемый «Охта-Центр». По поводу того, каким образом сохранение архитектурного облика Петербурга сочетается с развитием высотного строительства, имеются различные мнения. Кстати, еще до революции планировалось начать строительство зданий повышенной этажности. Известно, что проект «Охта-Центр» вызвал массу споров в общественных кругах Санкт-Петербурга. По моему мнению, район Охты уже не относится к историческому центру, а строительство небоскребов на окраинах и в новых районах является вполне оправданным. И если высотное здание комплекса «Охта-Цетра» будет построено так, как указано в проекте, оно прекрасно впишется в облик Заневского района.

 

– Не последний вопрос, волнующий горожан: кто будет строить?

– В условиях повышения уровня сложности строительства проблема нехватки квалифицированных рабочих кадров встает особенно остро. К примеру, в Москве башню «Б» комплекса «Федерация» построили турки. Еще большую по высоте башню «А» строят китайцы. Из достоверных источников мне известно, что в качестве строителей москвичей стараются практически не использовать – у них слишком большие запросы. У нас в Петербурге в этом плане проще. Естественно, что в Москве труд среднеазиатских рабочих используют в меньшей степени, а набирают строителей из ближнего зарубежья – с Украины, из Белоруссии и Молдавии. Все-таки они умеют читать и писать, а некоторые даже понимают чертежи. Китайцы также относительно дешевая рабочая сила, кроме того, им свойственна железная дисциплина.
А у нас – прогулы, отгулы, запои… Тем не менее в глубинке много молодежи, имеющей строительные специальности, а работы практически нет. В Санкт-Петербурге занято много специалистов из области – объемов вполне хватает. Крупные строительные организации, ведущие одновременно несколько десятков объектов, такие как «ЛЭК», «ЛенСпецСМУ», «Петротрест», «Строймонтаж», обеспечивают рабочими местами не только город и область, но и ближайших соседей. Таким образом, Санкт-Петербург при строительстве высотных зданий может обойтись собственными силами и не привлекать гастарбайтеров ни в качестве рабочих специалистов, ни в качестве строительных и подрядных организаций.

 

– Отличается ли сырьевая база товарных бетонов в Москве и Петербурге?

– В Москве на сегодняшний день рядовым цементом считается цемент марки 500, на М400 там уж фактически никто не работает. При этом в Санкт-Петербурге, как и по всей России, в основном применяется цемент марки 400. М500 присутствует в очень небольших объемах и используется для изготовления бетонов повышенного качества. Еще недавно в Санкт-Петербурге высотного строительства не осуществлялось, поэтому высокопрочные бетоны востребованы не были. Следует отметить, что Ленинградская область, весь Карельский перешеек, богата гранитом. У нас есть и месторождения, и предприятия, которые их успешно разрабатывают. Поэтому гранитный щебень на петербургском рынке представлен очень широко – в различных фракциях, с различным качеством. В недрах Москвы залегают в основном известняковые породы, поэтому щебень там привозной. В Санкт-Петербурге строительство осуществляется в основном на намывном песке Финского залива. Этот песок имеет среднюю крупность и для высокопрочного бетона не пригоден. Для высокопрочных бетонов требуется крупный карьерный песок. Месторождения такого песка в Ленинградской области есть, и доставка требуемых объемов этого материала не должна вызвать серьезных проблем.

 

– Какие нерудные материалы могут быть использованы для изготовления высокопрочных бетонов?

– Гранитный щебень для обычного бетона до класса В50 – это нормально. Но когда речь идет о классах В75, В80, В90 и т.д., здесь уже возможностей гранитного щебня недостаточно. Сам гранит является достаточно прочной породой, но после обработки в дробилке его структура существенно ослабляется, появляются трещины и микродефекты. Таким образом, прочность самого гранитного щебня примерно вдвое ниже, чем прочность породы, из которой его изготавливают, и составляет максимум 70–80 МПа. Следует отметить, что в России имеется много пород прочнее гранита, но они несколько тяжелее. Возникают сложности: есть два основных документа, устанавливающих требования к щебню, – ГОСТ по щебню и ГОСТ по бетону. В ГОСТе по щебню указано, что плотность горной породы, идущей на изготовление щебня, не может превышать 3000 кг/м3, а плотность щебня для бетона ограничивается 2800 кг/м3. Очевидно, что основной компонент бетона – щебень, и чем тяжелее щебень, тем тяжелее становится бетон, соответственно, увеличивается нагрузка на основание. Когда дело касается обычного строительства, здесь все понятно. Но в высотном строительстве в результате применения высокопрочных бетонов конструкции становятся более прочными и, соответственно, менее массивными. Прочность может вырасти в два раза, а вес увеличиться всего на 5–8%.

Основная масса высокопрочных горных пород имеет плотности в пределах от 2900 до 3000 кг/м3. Наиболее распространены базальты, диабазы, габбро, диориты и другие основные и ультраосновные горные породы, которые можно было бы эффективно использовать для производства щебня, применяемого в составах высокопрочных бетонов. Например, в Архангельской области имеются великолепные базальты, которые по прочности в полтора-два раза лучше самого хорошего гранита. Но они тяжелее, чем 2800 кг/м3, поэтому в Архангельск щебень возят из Ленобласти – можете себе представить, какие это объемы и затраты. Если мы ведем строительство на мягких грунтах, вопрос нагрузки на фундамент имеет большое значение. Но если основание скальное – на него можно опирать все что угодно, так как предел его несущей способности превышает прочность возводимых конструкций. В таких случаях вполне можно было бы использовать базальт или диабаз: это и дешевле, и прочнее. Если по ГОСТу при испытаниях щебня на прочность исходной породы, минимальный проход через сито для самой высокой марки гранита 1400 составляет 12%, то у габродиабаза, представленного на Санкт-Петербургском строительном рынке, этот показатель – всего 3%.

 

– Чем московский опыт может быть полезен Петербургу?

– Развивая высотное строительство в Петербурге, следует учитывать опыт московских коллег, столкнувшихся с трудностями при подборе состава и производстве бетонных смесей для высотных зданий комплекса «Федерация». Дело в том, что существующие до настоящего времени отечественные методики подбора состава не позволяли изготовить товарный бетон с подвижностью П4 при средней прочности 100 МПа в промышленных объемах. В процессе подбора состава москвичи пошли по следующему пути: при почти максимальном расходе цемента и модифицирующей добавки они резко снизили расход щебня. Коэффициент раздвижки зерен составил почти 1,7. Таким образом, получился бетон, в котором работает в основном растворная часть. Эти составы были опробованы при строительстве башен комплекса «Федерация», но это не значит, что они не могут быть улучшены и адаптированы к условиям Санкт-Петербурга. Следует учитывать, что в Москве нет высокопрочного щебня в требуемых количествах. Поэтому разработчики вынужденно пошли на сокращение расходов щебня и соответствующее удорожание бетона. В Санкт-Петербурге есть более прочный щебень – это габбро-диабазовый щебень. Прочность исходной породы превышает 200 МПа, а прочность самого щебня – 100 МПа и выше. Заменив в московском составе гранитный щебень на нормальное количество габбро-диабазового, а также сократив количество цемента и модификатора на 10%, мы получили на смеси с осадкой конуса 18 см бетон класса В75. Экономический эффект только на компонентах составляет почти
500 руб./
м3. При этом плотность бетона, конечно, увеличилась, но осталась в пределах требований к тяжелому бетону. Таким образом, в Санкт-Петербурге есть свой состав, который может успешно конкурировать с московскими разработками.

 

– Геологические условия Петербурга диктуют особые требования?

– Петербург стоит на мягких грунтах, именно поэтому возникают определенные сложности в вопросах устройства фундамента высотного здания. В Москве геологические условия совершенно иные, свайные либо монолитные фундаменты в основном опирают на известняк, сваи забиваются в грунт на глубину, соответствующую глубине залегания скального массива. Затем бетонируется плита, на которой будет возводиться здание. В нашем городе известняки залегают на глубинах от 120 до 200 м, поэтому нужно либо увеличивать фундамент в ширину, либо создавать сложные инженерные сооружения, распределяющие нагрузку. Однако даже при благоприятных геологических условиях в проекте высотного здания должна быть подробно проработана не только наземная, но и подземная часть. К примеру, в Китае считают, что небоскреб «растет» вверх ровно столько, сколько и вниз, только в этом случае обеспечивается необходимый уровень надежности конструкции. Для высотных зданий, кроме сейсмики (у нас она почти неопасна), основную угрозу представляют ветра. Сильный порывистый ветер, характерный для Санкт-Петербурга, может раскачать здание очень существенно: высотные здания в 100 этажей иногда подвержены колебаниям с амплитудой до 1 м. При отсутствии жесткого фундамента деформации могут накапливаться и приводить к обрушению здания. Еще одна особенность нашего города – грунтовые воды, залегающие на глубине от 1,5 до 4 м от поверхности земли и требующие тотальной гидроизоляции подземной части здания.

 

– Какие материалы могут использоваться при сооружении несущего каркаса?

– Высотные здания начались с металлического каркаса, на который навешивались бетонные панели и остекление. Несущей конструкцией здания являлись металлические колонны и ригели. Сталь прочнее бетона, с ней проще работать – можно варить, собирать на болтах, но при этом она имеет ряд существенных недостатков. Сталь дороже бетона, и хотя плавится она при 1550 °С, конструкция выходит из строя и теряет устойчивость при значительно более низких температурах. Это происходит за счет возникновения температурных напряжений. Именно это свойство металла явилось причиной обрушения небоскребов в Нью-Йорке 11 сентября в результате террористического акта. При длительном пожаре стальные конструкции нагрелись, потеряли несущую способность. Произошло обрушение нескольких этажей, а дальше по нарастающей пошла волна ударного разрушения.

В бетонном здании пожар не настолько страшен, так как бетон не горит. Безусловно, при нагреве он уменьшает свою прочность, но его еще надо постараться нагреть – на это потребуется время. В отличие от бетона металл хорошо проводит тепло и нагревается очень быстро. Если какая-то часть металлического каркаса контактирует с открытым пламенем, то очень быстро вся конструкция приобретает эту температуру. Поэтому в высотном строительстве защитный слой для арматуры значительно больше, чем обычно, и составляет для несущих конструкций 6 см. С точки зрения пожарной безопасности и террористической угрозы железобетонные здания значительно более безопасные, чем здания с металлическим каркасом.

 

– Как обезопасить жителей ближайших домов от возможного падения башенных кранов при строительстве высотных зданий?

– В последнее время при строительстве высотных зданий башенный кран устанавливается внутри лифтовой шахты и «растет» вместе с подъемом здания. Наращивание крана осуществляется снизу через шандорный проем при помощи специальных домкратов. Таким образом, над зданием возвышается лишь небольшой фрагмент верхней части крана, который не представляет опасности для людей, находящихся за пределами зоны его действия.

 

– Какие марки бетонов используются в высотном строительстве?

– В Москве последнее время широко применяется класс бетона В80, сейчас уже идет речь о В90. У нас в Санкт-Петербурге бетоны класса выше В45 применяются очень редко, это единичные случаи. Если нет спроса, нет и предложения. Применение бетонов класса В75 и выше актуально при строительстве зданий свыше 25 этажей. Если прочность бетона в два раза выше, значит, конструкцию можно сделать в два раза тоньше. Из бетона класса В75 и выше формируется ядро жесткости здания и несущие конструкции. В конструкцие перекрытий бетон такой прочности уже не нужен – на растяжении и изгиб работает арматура, поэтому в перекрытиях высотного здания бетоны свыше класса В45, как правило, не используются.

 

– Насколько существенно удорожание высокопрочных марок бетонов?

– Резкое удорожание наблюдается при переходе от очень плохого бетона к нормальному. От нормального к хорошему – небольшое удорожание, потом еще одно небольшое – до высокопрочного, и дальше почти без удорожания. То есть классы В80 и В90, В90 и В100 стоить будут примерно одинаково, удорожание составит доли процента.

 

– Готовы петербургские производители к производству высокопрочных бетонов в промышленном объеме?

– Крупнейшие производители товарных бетонов, «Объединение 45», «СЗНК-бетон», «Бетомикс», вероятно, смогут обеспечить растущие потребности рынка в высокопрочных бетонах. «Объединение 45» с высокопрочными бетонами работает достаточно давно, поставляя их на строительные объекты Москвы и Московской области. Очевидно, что внутри одной организации передача опыта пройдет очень легко.

Необходимо отметить один любопытный факт. Некоторые недобросовестные производители идут на хитрость: если раньше существовало понятие «марка бетона», определяющаяся прочностью (кгс/см2), то теперь, с 1984 года, в обиход вошло определение «класс бетона» – это прочность с определенной доверительной вероятностью. Класс бетона определяется с учетом коэффициента вариации. Согласно ГОСТу коэффициент вариации составляет 13,5%. Если его уменьшить, как делают некоторые предприятия, до 6%, то прочность не вырастет, а класс увеличится. Например, если принять коэффициент вариации 6% или 8%, получится класс В90, если считать, как положено, – В60. Вот такие довольно опасные фокусы.

 

– Кто осуществляет контроль качества высокопрочных бетонов?

– Качество бетонов контролируется в лабораториях производителя бетона, лабораториях организаций, которые укладывают бетон. Как правило, серьезные заказчики дополнительно привлекают к контролю независимую третью лабораторию. Регулярный отбор проб должен осуществляться на всех заводах. Современные лаборатории оснащаются специальным оборудованием, а простые испытания производятся непосредственно на объектах. Здесь мы снова возвращаемся к вопросу подбора кадров. Если лаборант получает 20 тыс. руб. в месяц, на работу может пойти даже молодой специалист с высшим образованием. При нормальной зарплате можно требовать соответствующую отдачу, так как вопросы производства и контроля качества высокопрочных товарных бетонов приобретают сегодня особую актуальность в связи с бурным развитием высотного строительства.

 


Полная или частичная перепечатка материалов - только с письменного разрешения редакции!


«« назад