Записки строителя

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.