Из чего это сделано? Удивительные материалы, из которых построена современная цивилизация

Если добавить к порошку воды, он тут же впитает ее и потемнеет. Но вместо грязного месива, которое обычно образуется при разжижении тонко измельченной породы, цепочка химических реакций рождает гель – полутвердое зыбкое вещество. Желе, которое обычно подают на детских праздниках, – это тоже гель, как и многие зубные пасты. Гель не расплескивается, подобно жидкости, поскольку обладает внутренним каркасом. Если каркас желе состоит из желатина, то каркас цемента – из фибрилл гидрата силиката кальция. Фибриллы – это кристаллоподобные нитевидные отростки молекул кремния и кальция, растворенных в воде, напоминающие органические соединения (см. рисунок на стр. 69). Рост внутреннего каркаса и последующие химические реакции приводят к постоянному изменению геля внутри цемента.

Фибриллы силиката кальция, растущие внутри затвердевающего цемента

Отросшие фибриллы смыкаются, образуя химические связи и поглощая все больше и больше воды, пока масса не превратится из геля в твердое вещество. Фибриллы образуют связи не только между собой, но и с другими породами. Так цемент превращается в бетон. Цементом скрепляют кирпичи или каменные блоки при строительстве домов и памятников. В обоих случаях с ним не слишком церемонятся и просто загоняют в швы – это просто клей для наружных поверхностей. Когда он же он, смешанный с мелкими камешками в роли крошечных кирпичиков, превращается в бетон, то становится строительным материалом.

В любой химической реакции важны пропорции, в противном случае можно все испортить. Если добавить в цементный порошок слишком много воды, то часть ее не вступит в реакцию с силикатом кальция и будет накапливаться, ослабляя структуру бетона. При нехватке воды, наоборот, останется «бесхозным» некоторое количество цементного порошка, что также вредит структуре. Именно эти ошибки приводят, как правило, к порче бетона. Если вовремя ее не заметить, плохой бетон через много лет может стать причиной катастрофы. Гигантские разрушения во время землетрясения на Гаити в 2010 году объясняются стремлением к дешевизне строительства и применением некачественного бетона. Около 250 тысяч зданий рухнули, похоронив под собой более 300 тысяч человек и оставив без крова еще около миллиона. Хуже всего, что катастрофа на Гаити не является чем-то экстраординарным. Такие бетонные бомбы замедленного действия разбросаны по всему миру.

Проследить истоки ошибки весьма непросто, поскольку внешне бетон выглядит замечательно. При строительстве аэропорта имени Джона Ф. Кеннеди некий инженер-инспектор во время плановой проверки заметил, что бетон, который привозили на площадку после полудня, значительно уступал в прочности утренним поставкам. Инспектор исследовал возможные причины этого загадочного явления, но так и не нашел ответа, пока не проследил за одним из грузовиков. Выяснилось, что водитель имел привычку ровно в полдень делать перерыв на обед, и прежде чем уйти, поливал из шланга бетон в кузове, свято веря, что лишняя вода сохранит бетон в жидком состоянии.

Когда рыли котлован под фундамент «Осколка», инженеры обнаружили в нем остатки старинного бетона. Это был римский бетон, из которого частично состояли руины древних терм, обнаруженные при сносе магазинчика по соседству со зданием Саутуорк-Тауэрс (я частенько ходил в него за рыбой с картошкой-фри).

Руины римских терм, обнаруженные строителями «Осколка»

Римлянам повезло. Им не пришлось комбинировать измельченную породу так и этак, нагревая ее до белого каления, – они открыли месторождение готового природного цемента в местечке под названием Поццуоли недалеко от Неаполя.

Поццуоли в буквальном смысле дурно пахнет. Название произошло от латинского puteo – «воняю» (в древности это местечко называлось Путеолы). Пахнет здесь серой вулканических песков: миллионы лет земля принимала потоки лавы и пемзы, на ней оседал пепел силикатной породы, нагретой до сверхвысоких температур и выброшенной из жерла вулкана (что подозрительно напоминает изготовление цемента в наши дни). Римлянам оставалось лишь свыкнуться с запахом и добывать измельченную породу, нанесенную за миллионы лет. Этот цемент, сделанный самой природой, слегка отличается от современного портландцемента и для схватывания требует известковой добавки. Стоило римлянам догадаться об этом и для прочности добавить в цемент щебень, как в распоряжении человечества оказался уникальный строительный материал – бетон.

Дом, сложенный из кирпича, на вид привлекательней монолитного здания. Кирпич умещается на ладони, эта маленькая деталь придает всей постройке человеческое измерение. Совершенно не таков бетон: изначально он жидкий, поэтому бетонные здания отливают, получая сплошную конструкцию, без единого шва, от крыши до фундамента.