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

«Вам нужен фундамент – мы зальем вам фундамент. Вам нужны колонны – мы отольем вам колонны. Вам нужен пол – мы уложим вам пол. Удвоить размеры, закруглить линии? Нет проблем!» – таково кредо инженеров, работающих с бетоном. Главное – построить опалубку, тогда бетону можно придать любую форму. Кто бывал на стройплощадке, тот своими глазами видел, на что способен этот материал. Неделями я как зачарованный глядел через забор. Из фундамента рос дом – его отливали люди-муравьи. Измельченную породу и щебень свозили на площадку, где вода снова превращала их в монолитный камень. Есть своя философия в этой инженерной технике: сначала земная мантия выбрасывает куски породы и появляются горы, затем человек добывает камень из горных недр и, наконец, возводит новые, рукотворные горы по своему проекту – горы, в которых мы живем и работаем. Цикл завершается. Бетон исполняет самые смелые мечты инженеров. Как только римляне изобрели его, они сразу увидели преимущества бетонной инфраструктуры. Теперь они могли возводить порты где угодно, ведь бетон схватывался даже под водой. А чтобы не зависеть от местного камня и глины, строительное сырье везли по бетонным мостам. (В этом смысле бетон – идеальный материал для империй.) Впрочем, наиболее выдающееся произведение римской бетонной архитектуры находится в столице – это двухтысячелетний купол Пантеона, самый большой в мире купол из неармированного бетона.

Пантеон пережил падение Римской империи. А вот технология строительства из бетона не пережила. За следующую тысячу лет не появилось ни одного бетонного сооружения. Причина внезапной утраты технологии остается по сию пору тайной. Возможно, так как это было промышленное производство по своей сути, оно могло существовать только в промышленной империи. Оно не требовало уникальных ремесленных навыков, как труд каменотеса, или плотника, или жестянщика, его нельзя было передать по наследству, сделать семейным делом. Впрочем, у римского бетона, как бы ни был он хорош, имелся серьезный недостаток, о котором все знали, но исправить который так и не смогли.

Материалы можно разрушить двумя способами. К одному – пластичному – вы прибегаете, когда, к примеру, пытаетесь разорвать жевательную резинку. Это самовосстанавливающийся материал, поэтому он тянется, истончается посередине и лишь затем распадается на части. То же самое можно проделать с большинством металлов; правда, чтобы они тянулись, как жвачка, понадобится огромное количество энергии на перестановку атомных дислокаций. Металлы крепкие и прочны именно поэтому. Но можно разрушить материал по-другому – создав трещину. Так мы разбиваем стаканы и чашки, неспособные тянуться в ответ на разрывающее усилие. Этот недостаток (единственный в такого рода материалах) грозит им потерей цельности, и они дают трещину или раскалываются на части. Бетон тоже трескается, и это было большой проблемой для римских строителей.

Поэтому они использовали бетон в тех конструкциях, в которых он в большей степени подвергался сжатию, чем растяжению: в колоннах, куполах или фундаментах, где на него давил вес постройки. Сжатие не ослабляет бетон, даже если в нем, как в куполе двухтысячелетнего Пантеона, появляются трещины. Возможно, этот дефект возник в результате землетрясений или проседания почвы, но самой конструкции он не угрожает, поскольку на нее действует сила сжатия. Но если бы римляне строили из бетона перекрытия или балки, подверженные изгибу, они обнаружили бы, что малейшая трещина способна обрушить целое здание. Если материал начинает расходиться в стороны от трещины под действием собственного веса и веса всего сооружения, то конструкции не устоять. Чтобы максимально использовать потенциал бетона, как это делаем сегодня мы для строительства стен, перекрытий, мостов, туннелей и дамб, проблема требовалось решить эту проблему. И решение было найдено лишь в эпоху Промышленной революции, да и здесь помог случай.

Парижский садовник Жозеф Монье любил мастерить цветочные горшки. В 1867 году их делали только из глины. Иными словами, они были хрупкими и дорогими, особенно если вы питали страсть к тропическим растениям, потому что в этом случае требовались большие оранжерейные кадки. Бетон мог бы стать отличным выходом из положения. Использовать его и проще, и дешевле, чем глину, поскольку он не нуждается в обжиге. Однако бетонные кадки трескались так же часто, как и терракотовые.

Тогда Жозеф решил укрепить бетон стальными кольцами. Он не мог знать, что цемент отлично связывается со сталью. Вполне могло оказаться, что сталь в цементе ведет себя подобно растительному маслу в салате, независимо от прочих ингредиентов, как бы сама по себе. Но нет! Оказалось, что фибриллы силиката кальция прилипают не только к камню, но и к металлу.