Изобретение бетона

Изобретение бетона

В начале XXI века бедным семьям из мексиканского штата Коауила предложили необычную помощь в рамках социальной программ Piso Firme. Это не место в школе, не вакцинация, не продукты и даже не деньги. Получить можно было готовую бетонную смесь на 150 долларов. Рабочие подъезжали на бетономешалке в бедные районы, останавливались рядом с домом нуждающейся семьи и выливали кашеобразную смесь через дверь прямо в жилую комнату. Затем они показывали жильцам, как размазать и выровнять пол, и объясняли, сколько она будет сохнуть. А потом ехали к следующему дому.
 
Piso Firme по-испански означает «твердый пол»; когда экономисты изучили эту программу, они обнаружили, что готовая бетонная смесь резко улучшила образование детей. Почему это произошло? Раньше в большинстве домов полы были земляные. В грязи отлично жилось червям-паразитам, распространявшим заболевания, которые сказывались на развитии ребенка и ухудшали самочувствие. Бетонный пол гораздо проще держать в чистоте, поэтому здоровье детей укрепилось, они стали регулярнее ходить в школу, и их оценки на экзаменах улучшились. Жить в доме с земляным полом не очень приятно. Экономисты также пришли к выводу, что родители в вошедших в программу домохозяйствах стали счастливее, снизились уровень стресса и подверженность депрессии. Похоже, 150 долларов пошли на благое дело.
 
За пределами бедных районов штата Коауила бетон не пользуется такой хорошей репутацией. Он олицетворяет собой экологическую беспечность: бетон делают из песка, воды и цемента, а для производства цемента нужно много энергии. В процессе изготовления выделяется парниковый углекислый газ. Само по себе это, может быть, не так ужасно: в конце концов, для производства стали энергии нужно гораздо больше. Однако мир потребляет огромное количество бетона — пять тонн на человека в год, — в результате цементная индустрия выделяет столько же парникового газа, сколько авиация. В архитектуре бетон ассоциируется с ленью и бездушностью, с уродливыми офисными зданиями для провинциальных бюрократов и многоэтажными парковками с пропахшими мочой лестницами. Тем не менее из бетона можно вылепить формы, которые многие люди находят прекрасными: вспомните о Сиднейской опере и кафедральном соборе Оскара Нимейера в Бразилиа.
 
Наверное, неудивительно, что бетон пробуждает такие противоречивые эмоции. Саму природу этого вещества сложно уловить. «Это камень? И да и нет, — заявил в 1927 году великий американский архитектор Фрэнк Ллойд Райт. — Это гипс? И да и нет. Это кирпич или черепица? И да и нет. Это чугун? И да и нет». То, что это отличный строительный материал, известно много тысячелетий, наверное, с самого зарождения человеческой цивилизации. Существует мнение, что первые поселения, в которых люди собрались вне родственных групп — а это произошло почти двенадцать тысяч лет назад в Гёбекли-тепе на юге Турции, — возникли потому, что кто-то догадался, как получать цемент, а из него и бетон. Бетон, несомненно, был известен более восьми тысяч лет назад пустынным торговцам, которые делали из него потайные подземные резервуары для хранения драгоценной воды. Некоторые из них до сих пор сохранились на территории Иордании и Сирии. Микенская цивилизация три тысячи лет назад строила из бетона гробницы, которые можно увидеть на греческом Пелопоннесе.
 
Римляне подходили к вопросу серьезно: они использовали природный цемент из отложений вулканического пепла в Путеоли рядом с Помпеями и Везувием и строили из этого материала акведуки и бассейны. Пройдитесь к римскому Пантеону, который вскоре будет отмечать 1900-й день рождения. Взгляните вверх, на купол, который много веков — говорят, до 1881 года — был величайшим на планете. Вы смотрите на бетон. Это шокирующе современно.
 
Многие римские кирпичные здания давно разрушились, но не потому, что рассыпались сами кирпичи. Их просто разобрали на части. Из римского кирпича можно строить современные здания. А из бетонного Пантеона? Так долго он простоял отчасти потому, что солидное бетонное сооружение было совершенно бесполезно для каких-либо других целей. Кирпичи можно использовать повторно, а бетон нельзя. Его можно только измельчить в щебенку, да и то в зависимости от того, насколько качественно он изготовлен. Плохой бетон — слишком много песка и мало цемента — смертельная ловушка во время землетрясения. Зато хороший бетон, водостойкий, прочный и дешевый, спасет и от бури, и от пожара.
 
Таково фундаментальное противоречие бетона: этот материал невероятно пластичный, когда из него что-то делают, и совершенно жесткий после изготовления изделия. В руках архитектора или инженера-строителя бетон — замечательный материал: его можно залить в форму, и он превратится в стройное, жесткое и прочное изделие, почти любое. Бетон бывает окрашенный и серый, его можно оставить грубым и отполировать, как мрамор. Но как только здание построено, пластичность исчезает: выдержанный бетон — упрямый, неподатливый материал. Наверное, поэтому он стал ассоциироваться с высокомерными архитекторами и деспотичными заказчиками, убежденными, что их вкус вечен и ни время, ни обстоятельства не заставят разрушать или перестраивать здания. В 1954 году Никита Хрущев выступил с двухчасовой речью, превознося бетон и довольно подробно излагая свои идеи по его дальнейшей стандартизации. Он хотел принять «единую систему строительства для всей страны». Неудивительно, что сегодня бетон кажется навязанным, а не тем, что люди выбирают сами.
 
Бетон постоянный и при этом бросовый. Он держится вечно. Через миллионы лет, когда сталь заржавеет, а древесина сгниет, бетон останется. Однако многие бетонные строения, которые мы возводим сегодня, станут бесполезны уже через несколько десятков лет. Дело в том, что более века назад произошло революционное улучшение материала, ставшее одновременно фатальным изъяном в нем.
 
Живший в середине XIX века французский садовник Жозеф Монье испытывал недовольство имевшимися у него цветочными горшками. Бетонные горшки уже вошли в моду, но они были либо хрупкие, либо громоздкие. Клиенты обожали современный дизайн, но Монье не хотелось таскать неуклюжие вазы, и он решил поэкспериментировать с заливанием бетона на стальную решетку. Получилось превосходно.
 
Монье очень повезло. Усиленный сталью бетон мог бы и не сработать, потому что материалы по-разному расширяются при нагревании. Бетонный цветочный горшок должен трескаться на солнце, так как скорости изменения объема стали и бетона различаются. Но благодаря блестящему стечению обстоятельств бетон и сталь расширяются при нагревании аналогичным образом и составляют идеальную пару.
 
Монье оседлал волну удачи. Со временем он понял, что применение железобетона не ограничивается цветочными горшками: это и железнодорожные шпалы, и строительные плиты, и трубы. Он запатентовал несколько вариантов своего изобретения и показал их на Всемирной выставке в Париже в 1867 году. Другие изобретатели переняли идею, исследовали ограничения железобетона и поработали над его улучшением. Менее чем через двадцать лет после оформления первого патента Монье была запатентована элегантная идея предварительного напряжения стали. Эта процедура делает бетон еще более прочным, так как частично противодействует силам, воздействующим на бетон при использовании. А еще она позволяет инженерам использовать гораздо меньше стали и меньше бетона. Принцип прекрасно работает даже спустя сто тридцать лет.
 
Железобетон намного крепче и практичнее, чем неармированный бетон. Им можно заполнять большие промежутки, благодаря чему бетон парит в воздухе в виде мостов и небоскребов. Но в этом же кроется проблема. В дешевый железобетон через крохотные трещины постепенно просачивается вода, которая разъедает сталь. В настоящее время этот процесс уничтожает инфраструктуру во всех Соединенных Штатах. Через двадцать-тридцать лет настанет очередь Китая. В течение трех лет после 2008 года Китай залил бетона больше, чем США за весь ХХ век, и вряд ли весь этот материал был изготовлен по высоким стандартам.
Есть много методов улучшения бетона, включая особую обработку для предотвращения протекания воды. Существует самовосстанавливающийся бетон с бактериями, которые выделяют известняк и заполняют любые трещины. Есть самоочищающийся бетон, пропитанный диоксидом титана, который расщепляет смог и сохраняет блеск и белизну. Если усовершенствовать эту технологию, можно получить дорожное покрытие, которое очистит улицы от автомобильных выхлопов.
 
Ученые стремятся снизить потребление энергии и выделение углекислого газа при производстве бетона. Если они в этом преуспеют, польза для окружающей среды будет значительной. Однако гораздо больше пользы принесет простая, проверенная и уже имеющаяся технология. Сотни миллионов человек по всей планете ютятся в домах с земляным полом. Их жизнь можно улучшить благодаря такой программе, как Piso Firme. Исследования показали также огромный выигрыш от прокладки бетонных дорог в сельских районах Бангладеш: это и улучшение посещаемости в школах, и рост производительности сельского хозяйства, и увеличение зарплат работников на фермах. Наверное, полезнее всего — использовать бетон без затей.

«В научной работе нельзя делать уверенных прогнозов на будущее, так как всегда возникают препятствия, которые могут быть преодолены лишь с появлением новых идей»

Нильс Бор

Научный подход на Google Play

Файлы

Кто Вы?

Как мы познаем. Исследование процесса научного познания

Синергетика и прогнозы будущего

Завод без людей