Built. Неизвестные истории известных зданий

Для возведения Железной колонны древние индийцы изготовили диски из железа, которые затем сковали (нагрели и молотом соединили вместе), а потом выковали внешнюю часть колонны, чтобы она стала гладкой. Железо, из которого соорудили колонну, было необыкновенно чистым, за исключением более высокого, чем обычно, содержания фосфора. Это результат процесса экстракции, который применяли кузнецы. Как раз фосфор и предотвращает ржавение. Ржавчина образуется на железе при воздействии на него кислорода и влаги. Сначала металл должен был подвергнуться коррозии, но в сухом климате Дели на поверхность металла тонким слоем вышел фосфор, который преградил путь ржавчине. Этот слой фосфора не дал воздуху и влаге взаимодействовать с железом. Так что колонна не стала ржаветь. Современную сталь не изготавливают с таким высоким содержанием фосфора, потому что тогда она растрескается при «горячей обработке», которая входит в обычный процесс производства стали и при которой металл деформируется при высоких температурах. Взгляните на постройки из железа или стали, которые подвержены воздействию атмосферы, и увидите, что для предотвращения ржавчины, которая может их повредить, на них наносят краску. А стальные балки и колонны в помещениях, где контролируется подача воздуха, оставляют без краски – если только она не выполняет огнеупорную функцию, – потому что при недостаточной влажности они не заржавеют.

Пока древние народы познавали чудеса железа, из него в основном изготавливали бытовые емкости, украшения и оружие, потому что добываемое железо было слишком мягким для строительства, и люди не знали, как укрепить его настолько, чтобы можно было построить целый дом или мост. Но встречаются и редкие примеры использования железа в строительстве: в «Записи о буддийских царствах» китайский монах Фасянь описал висячие мосты в Индии, которые поддерживались железными цепями примерно в то же время, когда в Дели возвели Железную колонну. А в монументальных мраморных воротах в Акрополе в Афинах, или Пропилеях (построенных примерно в 432 г. до н. э.), есть железные прутья, укрепляющие потолочные балки. Так инженеры древности использовали металл: в небольших количествах для укрепления каменных и кирпичных сооружений. Прежде чем железо (и его двоюродную сестренку сталь) начнут использовать в больших масштабах, ученым и инженерам предстоит получше узнать его характер.

Кирпичи и строительный раствор легко трескаются при растяжении, а металлы – нет. Они принципиально отличаются своей молекулярной структурой. Как и бриллианты, металлы состоят из кристаллов – только не таких больших и блестящих, которые сверкают на платьях гламурных актрис Болливуда. Металлические кристаллы крошечные – они такие маленькие, что невооруженным глазом их не разглядеть, а еще они непрозрачные.

Эти кристаллы притягиваются друг к другу и образуют кристаллическую решетку. Однако, когда металл накаляется, кристаллы колеблются все быстрее и быстрее, пока их связи не ослабнут. Тогда металл становится податливым, и при достаточно высокой температуре его можно даже расплавить до жидкого состояния. Благодаря гибкости связей в кристаллической решетке металлы пластичны, а это значит, что они могут в определенной степени растягиваться и деформироваться, при этом не ломаясь. Процесс термической обработки, о котором говорилось выше, помогает убедиться в сохранении данной характеристики. Толстый стальной лист, толщиной, например, в 100 мм, можно раскатать в тонкий лист толщиной до 0,1 мм, и он не порвется (как это обычно происходит, когда я раскатываю тесто). Кристаллическую решетку и связи в ней можно расслабить, придать ей другую форму или сдвинуть.

Еще одно свойство, которое придают металлам эти связи, – упругость. Если металл растянуть или раздавить под воздействием силы (определенной величины), то он возвращается в первоначальную форму, когда сила прекращает действовать. Это напоминает явление, когда отпускаешь растянутую резинку, а она возвращается к первоначальному размеру и форме, если только ее не растянуть слишком сильно, чтобы она деформировалась. То же самое может произойти и с металлами.

В сочетании эти характеристики – пластичность, упругость и связи в кристаллической решетке – делают металлы устойчивыми к трещинам. У них появляется особое свойство, благодаря которому они идеальны для строительства: они хорошо выдерживают растяжение. Именно это свойство металлов привело к революции в строительстве. Раньше здания конструировали таким образом, что на материалы воздействовала только сила сжатия, но с началом применения металлов мы стали создавать проекты, в которых действуют большие силы и сжатия, и растяжения.