Марк Медовник - Из чего это сделано? Удивительные материалы, из которых построена современная цивилизация
Работы по возведению «Осколка» продолжались, но подглядывать в дыру было уже необязательно. Говоря по правде, обзор оттуда теперь был наихудший: самое интересное происходило на верхних этажах растущей башни. Лучший вид открывался с крыши моего дома, и вскоре я привык подниматься туда по утрам с чашкой кофе и наблюдать за прогрессом на стройплощадке. Высоту башни я отмечал мелом на дымоходе. Она все росла и росла! В разгар строительных работ она прибавляла по этажу каждые несколько дней.
Дело в том, что бетон заливали постоянно. Его подвозили на грузовиках к подножию небоскреба и с помощью бетононасосов поднимали в опалубку на самом верху. А пока его накачивали, в эту форму размером с целый этаж устанавливали стальные прутья – будущий каркас бетонной башни. Как только укладывали очередное межэтажное перекрытие, его тут же использовали как опору для опалубки, которую поднимали этажом выше, чтобы залить в нее следующее перекрытие. Цикл повторялся снова и снова, и башня росла на глазах со скоростью, по моим подсчетам, три метра в день.
Меня поражало это бесконечное обновление. Так весной пробиваются почки на молодом побеге. Разумеется, всему есть пределы. Строители башни Бурдж-Халифа в Дубае, которая почти в три раза выше «Осколка», лишь с большим трудом закачали бетон на самый верх.
Но метод все равно замечательный. Успех бетонного строительства во многом связан с механизацией. Бетон отливают и формуют, из него быстро возводят огромные сооружения. И если на постройку средневековых соборов или Великой Китайской стены уходили десятилетия или даже столетия, то центральное ядро «Осколка», одного из самых высоких зданий в Европе, выросло меньше чем за полгода. Железобетон – материал изобретательных выдумщиков, мечтателей. Что бы делали без него инженеры «Осколка»? Из железобетона построена плотина Гувера, виадук Мийо и транспортная развязка «Спагетти-Джанкшн» близ Бирмингема.
Виадук Мийо (Франция), один из красивейших мостов в мире, построен из железобетона
В один прекрасный день «Осколок» перестал расти, а еще через несколько дней исчезла опалубка со всеми дополнительными приспособлениями. Осталась лишь серая бетонная башня высотой в семьдесят два этажа. Стены ее были бугристыми, в складках, словно кожа новорожденного. Внизу возобновилась работа. Башня едва заметно вибрировала на ветру; казалось, ей нечем больше заняться, кроме как наблюдать за копошащимися у ее подножия человечками-муравьями. Но так только казалось. На самом деле в глубине бетона шла напряженная работа: фибриллы гидросиликата кальция росли, переплетаясь между собой, скрепляя воедино камни и сталь. Башня становилась прочнее день ото дня. Хотя бетон схватывается уже через двадцать четыре часа, процесс образования внутренней структуры в этом искусственном камне занимает годы – к этому времени сооружение достигает максимальной прочности. Пока я пишу эти строки, бетонное ядро «Осколка» продолжает набирать силу и твердеть незаметно для глаз.
Небоскреб «Осколок» в процессе строительства
Достигнув максимальной прочности, бетонное здание примет на себя вес двадцати тысяч своих обитателей. А также тысяч письменных столов и стульев, прочей мебели, компьютеров, плюс еще тонны воды. Оно будет выполнять эту работу день за днем без видимого ущерба. Межэтажные перекрытия будут все так же тверды и нерушимы. Башня тысячелетиями будет безропотно терпеть работающих в ней людей и защищать их от непогоды. Если, конечно, постоянно следить за железобетоном, потому что, несмотря на репутацию практически безупречного стройматериала, он все же нуждается в присмотре. По сути, его уязвимость – оборотная сторона его прочности, она коренится в его структуре.
В обычных условиях сталь, которая используется для армирования бетона, ржавеет от влаги. Однако внутри бетона щелочная среда образует на поверхности стали защитный слой гидроксида железа. Со временем износ наряду с сезонными расширениями и сжатиями приводит к появлению в бетоне маленьких трещин, куда попадает вода: зимой она замерзает и увеличивается в объеме, разрывая материал изнутри. Любая каменная постройка подвержена разрушению этого типа. Подобным же образом происходит эрозия горных пород. Для защиты каменных и бетонных сооружений примерно раз в пятьдесят лет им необходим ремонт.
Но железобетону грозит еще более страшная беда. Если внутрь попадает большое количество воды, она разъедает стальную арматуру, ржавчина расползается, и возникают новые трещины, угрожающие всему стальному каркасу. Всего опаснее соленая вода, которая легко разрушает защитный слой из гидроксида железа и ускоряет ржавление стали. Железобетонные мосты и дороги в странах с холодным климатом регулярно подвергаются воздействию соли (ее используют для уборки снега и льда) и потому особенно уязвимы. Недавно выяснилось, что Хаммерсмитская эстакада в Лондоне поражена ржавчиной.
Учитывая, что, без преувеличения, половина всех сооружений в мире сделана из бетона, уход за ними требует огромных, все возрастающих усилий. Сложность еще и в том, что многие из них расположены в таких местах, где не хочется бывать особенно часто: скажем, Эресуннский мост, соединяющий Швецию и Данию, или ядро реактора атомной электростанции. Идеальным выходом для таких случаев было бы предоставить бетон собственным заботам, то есть создать самовосстанавливающийся материал. Такой бетон существует и успел уже показать себя в деле.
История самовосстанавливающегося бетона началась с поисков организмов, способных выживать в экстремальных условиях. На дне вулканических щелочных озер ученые обнаружили новый вид бактерий. Водородный показатель (рН) воды в этих озерах составляет 9–11, у человека такая вода вызвала бы ожог кожи. Ранее считалось, и не без оснований, что жизнь в подобных серных водоемах попросту невозможна. Однако при более пристальном рассмотрении выяснилось, что жизнь гораздо выносливее, чем мы думали. В этих адских условиях, по свидетельству ученых, обитают алкалифильные бактерии, один из видов которых – аэробные бактерии Вacillus pasteurii – выделяет минеральный кальцит, компонент бетона. Эти бактерии необычайно живучи и могут десятилетиями «дремать» внутри горной породы.
Наряду с модифицированным крахмалом, который служит им своего рода пищей, аэробные бактерии входят в состав самовосстанавливающегося бетона. В обычных условиях они «спят» в объятиях фибрилл гидросиликата кальция, откуда их вызволяет трещина. Почуяв влагу, они просыпаются и начинают искать пропитание. Крахмал обеспечивает рост и размножение бактерий. В процессе жизнедеятельности они выделяют минеральный кальцит – разновидность карбоната кальция. Соединяясь с бетоном, кальцит формирует минеральную структуру, которая стягивает края трещины, крепко склеивает ее, не позволяя ей разрастаться дальше.
Оказалось, что идея самовосстанавливающегося бетона работает не только в теории, но и на практике. Исследования доказали, что треснувшая конструкция из самовосстанавливающегося бетона восстанавливает 90 % прочности за счет деятельности бактерий. Сейчас ведутся разработки такого бетона для его дальнейшего применения в реальных инженерных сооружениях.
Другой вид «живого» бетона – водопроницаемый. Он обладает особой ячеистой структурой, в которой могут поселиться природные бактерии. Сквозь ячейки-поры проникает вода, это уменьшает потребность в дренаже, причем обитающие в толще бетона микроорганизмы очищают воду, разлагая нефтепродукты и прочие загрязняющие вещества.
Бетонная ткань
Существует также текстильный вариант бетона под названием бетонная ткань. Этот материал производят в рулонах. Стоит полить его водой, и он затвердеет в любой нужной вам форме. Хотя у этого материала огромный потенциал в области скульптуры, возможно, больше всего он пригодится в районах стихийных бедствий. Можно сбрасывать с вертолетов рулоны бетонной ткани и за считаные дни возводить лагеря, которые будут годами защищать людей от дождя, ветра и солнца на время восстановительных работ.
То, что происходило с «Осколком» дальше, не было триумфом бетона. Рабочие медленно, но верно заключали здание в оболочку из стали и стекла, наглухо закрывая бетонную сердцевину. Мне было ясно, зачем они это делают: они стыдились бетона, хотели спрятать его подальше от посторонних глаз.
Такое отношение к бетону разделяет большинство людей. Считается, что это отличный строительный материал для автодорожного моста или плотины гидроэлектростанции, но совсем не подходит для городских зданий. Бетон, выражающий дух свободы и независимости, как это было в 1960-е, когда центр искусств «Саут-Бэнк» вырос на берегу Темзы, сегодня совершенно немыслим.
