К.В. МИХАЙЛОВ, д-р техн. наук, почетный член РААСН,
Ю.С. ВОЛКОВ, канд. техн. наук, советник РААСН, НИИЖб (Москва)
Началом бурного развития сборного железобетона в СССР послужило постановление ЦК КПСС и Совета министров СССР «О развитии производства сборных железобетонных конструкций и деталей для строительства».
Для информационного обеспечения развития этой отрасли стройиндустрии было организовано издание журналов «Строительные материалы», «Бетон и железобетон» и др.
Однако первый дом из сборного железобетона в России был построен еще в 1930 г. в Москве. У истоков инженерного решения первого дома из сборного железобетона стояли выдающиеся российские инженеры А.Ф. Лолейт, Е.В. Костырко, А.А. Гвоздев. Для реализации задач, поставленных правительством, стали выделяться значительные средства на научное сопровождение этой отрасли, разработку проектных решений зданий и сооружений из сборных железобетонных конструкций, совершенствование технологии их изготовления.
В относительно короткие сроки была создана крупнейшая в мире промышленность сборного железобетона, проектная производительность которой к 1999 г. достигла 180 млн м3 в год, в том числе по Российской Федерации около 100 млн м3. За тридцать лет с 1955 по 1985 г. объем применения сборного железобетона увеличился в 25 раз. Значительное внимание было уделено развитию предварительно напряженных и легкобетонных конструкций.
Росла концентрация производства. В 1960 г. предприятия мощностью менее 550 тыс. м3 в год производили 86% всего сборного железобетона, к 1965 г. на их долю приходилось уже только 45%, а в 1990 году 20% годового объема производства.
Численность производственного персонала промышленности сборных железобетонных конструкций и изделий к этому времени составила 47% общей численности персонала, занятого в промышленности строительных материалов, объем товарной продукции — соответственно 45% и стоимость производственных фондов — 48%, в то же время число предприятий промышленности сборного бетона и железобетона составляло только 20% общего числа предприятий промышленности строительных материалов. Иными словами, по сравнению с другими отраслями промышленности стройматериалов это была отрасль с высокой фондовооруженностью и концентрацией производства.
Если объем применения сборных конструкций в 1955 г. составил 12%, то в 1990 г. — уже около 60% общего объема производства железобетона. К сожалению, ориентация на строительство комбинатов крупнопанельного домостроения большой мощности породила однообразие строящихся зданий; в угоду конъюнктуре выбирались сборные варианты взамен монолитных даже там, где это было нерационально.
В условиях директивной экономики напряженный план и максимальное использование производственного оборудования были обязательными требованиями. Переналадка и модернизация производственных линий зачастую были экономически невыгодны, что создавало тенденцию к длительному тиражированию одних и тех же серий сборных домов.
Избыточная концентрация производственных мощностей привела к нецелесообразной перевозке строительных изделий на расстояние в сотни и даже тысячи километров, как это имело место при строительстве городов при освоении отдаленных районов нефтяных и газовых месторождений.
В данный момент, наоборот, наблюдается неоправданный отказ от сборного железобетона, несмотря на наличие развитой производственной базы, использование которой не превышает 25%.
Отказ от сборного строительства может быть приравнен в определенной мере к отказу от конвейерной сборки автомобилей. В основе одноликости сборного строительства в России лежат те же причины, которые побуждали автомобильные заводы выпускать в течение десятилетий одну и ту же марку автомобилей, — рыночный монополизм. Между тем мировая практика показывает, что интерес к сборному строительству не снижается. Международная федерация по сборному железобетону — BIBM — существует уже более 40 лет и провела в различных странах 18 международных конгрессов. Последний из них состоялся в Амстердаме в мае 2005 г.
Следует опровергнуть бытующее представление о доминирующем применении в зарубежном строительстве монолитного бетона и железобетона. Например, Германия производит ежегодно 32 млн м3 сборного железобетона, то есть в полтора раза больше, чем в России. В Италии сборного железобетона производится порядка 40 млн м3. Всего в стоимостном выражении на сборное строительство в Европе приходится 30 млрд евро, а на производство товарного бетона для монолитного строительства — 12 млрд. В КНР работает 9600 заводов сборного железобетона.
В США расширяется применение сборного железобетона в мостостроении, в том числе и при сооружении внеклассных мостов методом навесной сборки пролетных строений из сегментов. Этот метод вытесняет строительство монолитных мостов с натяжением арматуры на бетон. Всего же в настоящее время в США около 80% мостов сооружается из железобетона, в том числе мосты пролетом до 50 м сооружаются из сборных балочных пролетных строений.
В сборном железобетоне реализованы крупнейшие мировые проекты. Например, туннель длиной 55 км под проливом Ла-Манш, соединивший Великобританию и Францию, две нити водовода диаметром 4 м и длиной 900 км в Ливии, транспортная эстакада длиной 55 км, соединившая г. Бангкок с международным аэропортом. Мосты в Германии с массой надвигаемых пролетных строений достигают 30 тыс. т.
Таким образом, сборный железобетон в мировом строительстве продолжает развиваться. Это объясняется несколькими обстоятельствами. Первое — в условиях стационарного производства намного легче обеспечить стабильное качество продукции через организацию пооперационного контроля, это производство существенно легче поддается автоматизации и даже роботизации. Второе — современные полимерные материалы, применяемые для изготовления форм, позволяют разнообразить виды изделий и варианты их архитектурной отделки. Третье — применение химических добавок в бетон позволяет сократить или совсем отказаться от таких приемов, как вибрирование бетонной смеси в целях ее уплотнения и последующая температурная (как правило, паровая) обработка.
Производство сборного железобетона в Российской Федерации в настоящее время составляет примерно 22—24 млн м3 в год, из них предварительно напряженных конструкций примерно 4 млн м3. Можно говорить о росте производства сборного железобетона на 4—6%.
Численность работников, занятых в промышленности по производству сборного железобетона, составляет примерно 200 тыс. человек, или 36% общей численности работников отрасли промышленности строительных материалов.
Предприятия по выпуску сборных бетонных и железобетонных изделий и конструкций имеются во всех субъектах Российской Федерации. В Москве, несмотря на бурное развитие монолитного строительства, по-прежнему более половины жилого фонда возводится в сборном варианте. Подбор составов бетона, конструкции форм позволяют в настоящее время получать разнообразные высокоточные изделия с минимальными допусками. Архитектурное исполнение сборных изделий сделало значительный шаг вперед.
Помимо сборных железобетонных конструкций следует упомянуть «малый» сборный бетон — стеновые блоки. Их производство из ячеистого силикатного и обычного бетона составляет в пересчете на кубометры более 20 млн. По объему выпуска производство бетонных блоков превышает производство собственно кирпича.
В России около 80% общего объема выпуска железобетона составляют различные виды плоских и линейных конструкций (панели стен, плиты покрытий и перекрытий, перегородки, площадки и др.).
Производство бетона по своему технологическому содержанию — это химическое производство, ибо твердение бетона осуществляется в результате протекания сложных химических реакций, а прочность затвердевшего бетона зависит от соотношения и качества использованных для его приготовления исходных материалов. Отсюда неизбежно вытекает необходимость строгого контроля свойств всех исходных сырьевых компонентов и технологических переделов. Качество бетона помимо экологических и прочих преимуществ должно явиться наиболее значимым параметром его конкурентоспособности по отношению к другим материалам.
Длительное время директивная установка на экономию цемента не способствовала получению высококачественных конструкций из железобетона массового производства. Так, ГОСТ 12015.0-83 «Конструкции и изделия бетонные и железобетонные сборные» рекомендует, чтобы нормируемая прочность бетона при сжатии в конструкциях и изделиях в момент отгрузки потребителю (отпускная прочность) обязательно должна быть ниже класса бетона, указанного в проекте. Этот же ГОСТ рекомендует снижать среднюю прочность бетона в изделии, если на предприятии достигнута однородность бетона выше нормируемой. И это при том, что 90% отечественного сборного железобетона и так изготовляется из бетонов средних классов В25 и ниже.
Донецкий заводостроительный комбинат (Украина), конец 1960-х гг.
Совершенно другие подходы приняты в зарубежной строительной практике. Так, в Рекомендациях Технического комитета по сборному железобетону Европейской организации по стандартизации (ТК 228 CEN), наоборот, предписывается изготовлять обычные конструкции из бетона класса не ниже В25, а конструкции с преднапряженной арматурой — из бетона класса не ниже В37.
В США вообще отсутствуют на федеральном уровне нормы затрат ресурсов в строительстве. Рынок, а не требования ГОСТ должен определять целесообразность экономии материалов.
Для производства бетона цементная промышленность предлагает широкую гамму различных вяжущих. Помимо наиболее распространенных портландцемента и шлакопортландцемента выпускаются различные модификации цементных вяжущих, в том числе быстротвердеющие, многокомпонентные, тонкомолотые и т. д.
Несмотря на переход цементной промышленности к условиям рынка и, казалось бы, ожесточение конкуренции, качество рядовых отечественных цементов пока существенно уступает, прежде всего по прочностным показателям, цементам, производимым в разных странах, где в качестве рядовых используются цементы, относящиеся по отечественной классификации к высокопрочным.
Поставляемые для производства бетона природные заполнители (песок, щебень) нередко не отвечают требованиям стандартов, прежде всего по предельному содержанию примесей и гранулометрическому составу.
Одним из кардинальных направлений повышения эффективности бетона как строительного материала является его химизация или, иными словами, применение специальных добавок, улучшающих свойства бетона как на стадии приготовления и укладки бетонной смеси, так и на стадии эксплуатации бетонных и железобетонных конструкций.
Проблема ускорения твердения бетона является одной из важнейших в современной технологии бетона как при производстве сборных железобетонных изделий, так и при возведении зданий и сооружений из монолитного бетона.
Несмотря на то что в последние годы активно разрабатываются альтернативные способы ускорения твердения бетона, тепловая обработка паром будет удерживать на предприятиях сборного железобетона в ближайшей перспективе достаточно прочные позиции, но постепенно на смену будут приходить другие, более эффективные способы интенсификации набора прочности бетона, прежде всего химические добавки — ускорители твердения, электротермообработка, использование продуктов сгорания природного газа.
Использование высокопрочных бетонов в несущих железобетонных элементах зданий позволяет снизить массу конструкций за счет уменьшения объема бетона, получить экономию цемента, а при равных размерах сечений можно сократить и расходы арматурной стали. Снижаются также трудоемкость изготовления, транспортные расходы и приведенные затраты.
Увеличение прочности бетона в конструкциях массового применения открывает возможности повышения качества изделий, а в ряде случаев существенного снижения косвенного армирования и расхода стали в целом. Это в значительной мере подтверждено мировым опытом производства преднапряженных изделий методом безопалубочного формования на длинных стендах.
Изготовление сборных железобетонных конструкций с применением высокопрочного бетона классов В40—В60 возможно на портландцементах марок М550—М600. Применение бетонов высоких классов наиболее эффективно для колонн одноэтажных и многоэтажных зданий, стропильных ферм и балок, большепролетных плит покрытий, других конструкций. Так, в КНР сваи длиной до 30 м изготовляют из бетона класса В100.
Проблемами являются также слабое знание проектировщиками современных достижений в области технологии бетона и соответственно отсутствие проектных разработок с применением высокопрочных бетонов.
Будущее за применением высокопрочных бетонов с использованием различных модификаторов, арматуры стержневой классов А500—А1000 и арматурных канатов классов К 1500.
Зарубежный опыт совершенствования заводского производства ряда сборных железобетонных и предварительно напряженных конструкций указывает на примененные способы существенного сокращения сроков их изготовления, получения заметной экономии материалов и рабочей силы, Достигнут такой результат за счет использования самоуплотняющихся бетонных смесей и исключения выбрации. Самоуплотняющиеся бетонные смеси разработаны и уже применяются в Японии, США и Западной Европе.
Для армирования обычных сборных железобетонных конструкций следует применять стержневую арматуру периодического профиля класса А500С диаметром от 6 до 40 мм и низкоуглеродистую проволоку периодического профиля класса В500 диаметром 3—8 мм.
Для армирования предварительно напряженных сборных конструкций надлежит применять высоко -прочные стабилизированные арматурные канаты прочностью до 1800 МПа и проволоку периодического профиля, а также высокопрочную стержневую арматуру классов А800—А1000. Указанные виды арматуры освоены заводами металлургической промышленности России.
Железобетон — высококачественный строительный материал, но он не вечен. Поэтому в перспективе следует ориентироваться на разработку технологий утилизации зданий из сборного железобетона по истечении срока эксплуатации. В связи с этим в проектную практику целесообразно ввести понятие жизненного цикла здания, который включал бы все этапы существования объекта от начала строительства до полной утилизации материалов после сноса и разборки.
Требуется обновление нормативной базы в области бетона и железобетона. Основные подходы в нормах должны быть унифицированы с зарубежными аналогами.
Важной вехой дальнейшего прогресса бетона как строительного материала явилось принятие европейского стандарта EN 206-1 «Бетон. Технические требования». Стандарт устанавливает рекомендации по обеспечению долговечности бетона с учетом различных сред эксплуатации. Параметрический ряд бетонов включает наивысший класс — 115 для обычного бетона и 88 — для легкого бетона.
EN 206-1 принят за основу при разработке соответствующих стандартов ИСО.
Высокоразвитая индустрия производства бетона и железобетона требует соответствующего информационного обеспечения. В США, например, издается более 10 журналов по бетону и железобетону.
Во всех развитых странах успешно работают научнопроизводственные ассоциации по бетону и железобетону. Пользуются заслуженным авторитетом Международная федерация по железобетону fib, членами которой являются более 50 стран, где имеется технический комитет по сборному железобетону; упомянутая выше Международная федерация по сборному железобетону BIBM. Международные организации по стандартизации ISO и CEN имеют в своем составе специальные комитеты по железобетону, в том числе по сборному железобетону, ведущие работу по выработке единых стандартов, обобщающих наиболее передовые достижения мировой практики в этой области. В 2004 г. юбилей отметил Американский институт бетона — профессиональная ассоциация многих тысяч специалистов и сотен компаний строительной индустрии США и Канады. Институт является разработчиком и держателем основного массива стандартов по железобетону, в том числе по сборному железобетону. Эти стандарты оказывают значительное влияние на нормотворческую практику других развитых стран, прежде всего Юго-Восточной Азии.
По уровню технических и экономических показателей бетон и железобетон по-прежнему остаются основными конструкционными материалами, занимая приоритетные места в общей структуре мирового производства строительной продукции.
Ежегодное производство бетона и железобетона в мире превышает 3 млрд м3, никакой другой продукт производственной деятельности не изготовляется в таких объемах.
Из 2,8 млрд м3 жилого фонда России на здания, построенные с применением бетона и железобетона, приходится не менее 2 млрд м2. Обеспечение населения доступным жильем остается одной из самых социально значимых задач государства.
Президент России В.В. Путин поручил правительству разработать комплекс мер, направленных на доведение к 2010 г. объемов жилищного строительства до 80 млн м2 в год. Эта сложная задача потребует применения новых проектных решений, эффективных строительных материалов и технологий, широкого внедрения научных разработок в практику строительства. Без массового использования при строительстве жилых зданий разнообразных видов бетона и сборных железобетонных конструкций эта задача не может быть решена.
Дальнейшее развитие современной цивилизации невозможно без железобетона. Более того, качество этого развития, например обеспечение российского населения жильем, создание безопасной среды обитания в наших городах, в значительной мере зависит от развития производства основного строительного материала современности — железобетона.
Статья взята из журнала «Строительные материалы»
