Как устроен мир на самом деле. Наше прошлое, настоящее и будущее глазами ученого

В 1860-х и 1870-х гг. французы Франсуа Куанье и Жозеф Монье получили первые патенты на армирование бетона (Монье был садовником и начал использовать железную сетку для армирования своих декоративных кадок), но настоящий прорыв случился в 1884 г., когда Эрнст Рэнсом предложил использовать стальные стержни[253]. Конструкция современных вращающихся печей для производства цемента, где минералы спекались при температуре 1500 °C, была предложена в 1890-х гг., и ее появление позволило использовать бетон в масштабных проектах. Первым небоскребом из железобетона стало шестнадцатиэтажное знание Ingalls Building, построенное в Цинциннати в 1903 г.[254]. Всего три года спустя Томас Эдисон выразил убеждение, что в Америке бетон должен заменить дерево при строительстве индивидуальных домов, и начал конструировать и строить такие дома в Нью-Джерси; в 1911 г. он предпринял неудачную попытку создать бетонную мебель, в том числе спальные гарнитуры, и даже отлил из бетона копию своего самого любимого изобретения, фонографа[255].

Одновременно с неудавшимся проектом Эдисона швейцарский инженер Роберт Майар заложил основы нового способа применения этого материала, который используется по сей день: мосты из железобетона. Начал он с относительно небольших мостов в Цуоце в 1901 г. и в Тавансе в 1906 г. Самое знаменитое его сооружение, арочный мост Салгинатобель через альпийское ущелье, был закончен в 1930 г. и в настоящее время внесен в швейцарский реестр объектов культурного наследия[256]. Сооружениями из железобетона также увлекались архитекторы Огюст Перре во Франции (элегантные жилые дома и Театр Елисейских Полей) и Фрэнк Ллойд Райт в США. Самые известные проекты Райта в период между двумя мировыми войнами — это отель «Империал» в Токио, законченный незадолго до землетрясения 1923 г., которое сровняло город с землей и повредило новое здание, и «Дом над водопадом» в Пенсильвании, построенный в 1939 г. Его последним знаменитым проектом из железобетона стал Музей Гуггенхайма в Нью-Йорке, сооружение которого завершилось в 1959 г.[257].

Прочность железобетона на разрыв увеличилась еще больше после того, как изобрели способ предварительного напряжения упрочняющей сетки или стержней перед заливкой бетоном (предварительное напряжение арматуры достигается с помощью концевых анкеров, к которым прикладывается усилие, снимающееся после затвердения раствора). Применяют также постнапряжение, когда предварительно уложенные в конструкции арматурные канаты натягиваются и закрепляются анкерами на торцах конструкции с помощью специальных устройств. Первым сооружением, где применялся преднапряженный железобетон, был мост в Плугастеле близ Бреста, построенный Эженом Фрейсине в 1930 г.[258]. Но самое известное сооружение из предварительно напряженного бетона — это необычное, похожее на парус белое здание Сиднейской оперы по проекту архитектора Йорна Утзона (строилось с 1959 по 1973 г.)[259]. Мировой рекорд среди мостов принадлежит Даньян-Куньшаньскому виадуку длиной 164,8 километра (строительство закончено в 2010 г.), по которому проложены пути скоростной железнодорожной магистрали, соединяющей Пекин и Шанхай[260].

В настоящее время армированный бетон используется при строительстве всех современных зданий и объектов транспортной инфраструктуры, от причалов до сегментных колец, которые устанавливают современные машины для прокладки туннелей (под Ла-Маншем и в Альпах). Стандартное скоростное шоссе в Америке представляет собой 28-сантиметровый слой неармированного бетона, уложенный поверх слоя (толщиной в два раза больше) из натуральных заполнителей (камней, гравия, песка). Вся система американских скоростных магистралей содержит около 50 миллионов тонн цемента, 1,5 миллиарда тонн заполнителей и всего лишь около 6 миллионов тонн стали (опорные конструкции и дренажные трубы)[261]. Взлетно-посадочные полосы аэропортов (длиной до 3,5 километра) имеют основу из армированного бетона, толщиной до 1,5 метра в зонах приземления, чтобы выдержать сотни тысяч ударов в год при посадке самолетов весом до 380 тонн (Airbus 380). Например, для самой длинной взлетно-посадочной полосы в Канаде (4,27 километра, аэропорт Калгари) потребовалось более 85 000 кубометров бетона и 16 000 тонн стали[262].

Но самые масштабные сооружения из железобетона — это плотины. Эпоха этих гигантов началась в 1930-х гг. с сооружения дамбы Гувера на реке Колорадо и дамбы Гранд-Кули на реке Колумбия. На уникальную дамбу Гувера в ущелье к юго-востоку от Лас-Вегаса пошло около 3,4 миллиона кубометров бетона и 20 000 тонн арматурной стали, в два раза большее количество стали для обшивки и труб, а также 8000 тонн конструкционной стали[263]. Во второй половине XX в. были построены сотни подобных гигантских сооружений, а для самой большой из них, китайской плотины «Три ущелья» на реке Янцзы, вырабатывающей электричество с 2011 г., потребовалось 28 миллионов кубометров бетона, армированного 256 500 тоннами стали[264].