Built. Неизвестные истории известных зданий

Пантеон на Пьяцца-делла-Ротонда в Риме – одно из моих любимых зданий. Его построили при императоре Адриане около 122 года (примерно в то же время, когда он строил стену между Англией и Шотландией), и с тех пор он твердо стоит на земле, переживая разные эпохи: сначала он был храмом римским богам, затем христианской церковью, еще усыпальницей, – правда, варвары вынесли из него все, что смогли, а Папа Урбан VIII даже переплавлял потолочные панели в пушки. У входа нас приветствует треугольный фронтон на портике с шестнадцатью коринфскими колоннами. Внутри ротонду венчает купол с круглым отверстием (окулусом – глазом, в переводе с латыни), сквозь которое внутрь проникает почти что неземной луч света. Это красивое пропорциональное здание с особенной атмосферой. Меня поражают его масштабы, когда я прогуливаюсь по залу и врезаюсь в людей, потому что не могу оторвать взгляда от великолепного потолка. Даже на сегодняшний день это самый большой неармированный бетонный купол в мире. Римляне достигли величайшего мастерства и создали шедевр инженерии из революционного материала, который назвали opus caementicium.

Огромный бетонный купол и окулус Пантеона в Риме, Италия

Особенно мне нравится в бетоне то, что его форма не определена: он может стать чем угодно. Сначала он представляет собой камень, затем превращается в комковатую серую жидкость, которую можно залить в любую форму, а потом химия делает свое дело и превращает его обратно в камень. Конечный продукт может быть круглой колонной, прямоугольной балкой, трапециевидным основанием, тонкой изогнутой крышей или гигантским куполом. Удивительная гибкость позволяет ему принимать любую форму. Благодаря высокой прочности и износостойкости бетон является вторым после воды самым используемым материалом на планете.

Если раздробить в порошок камень почти любого вида и добавить воды, то получится неинтересная жижа, в которой частички не держатся вместе. Но если так сделать с определенными видами камня и нагреть их до высокой температуры, происходит нечто странное. Если взять, например, смесь известняка и глины и запечь ее при температуре 1450°C, то они образуют маленькие комочки и не расплавятся. Если потом эти комочки измельчить в порошок, то получится первый ингредиент невероятного материала.

Этот порошок называется цементом. Он скучного серого цвета и на первый взгляд не очень впечатляет. Из-за воздействия высокой температуры изначальные материалы изменили свои свойства. Если добавить в этот порошок воды, то жижа уже не получится – вместо этого начнется так называемый процесс гидратации. Вода вступает в реакцию с кальцием и молекулами силиката в извести и глине и создает волокна с кристаллической структурой. Из-за них материал похож на желе, и связи в нем гибкие, но устойчивые. Реакция продолжается, а волокна растут и соединяются друг с другом. Смесь становится все плотнее и плотнее и в конце концов затвердевает.

Так что вода + цементный порошок = цементная паста. Цементная паста, высыхая, превращается в камень, но и у нее есть недостатки. Прежде всего ее дорого производить. К тому же процесс требует больших затрат энергии. Важно и то, что при гидратации выделяется большое количество тепла. Когда химический процесс заканчивается, цемент остывает, а при охлаждении он сжимается. И трескается.

К счастью, инженеры поняли, что цементная паста хорошо прилипает к другим камням, и стали добавлять в смесь заполнители (мелкие неровные камешки и песчинки разного размера). Заполнители помогают сократить количество используемого цементного порошка (а также количество выделяемого тепла) и потребление энергии, а значит, и стоимость производства. В цементной пасте проходит та же самая химическая реакция, и образуются волокна, которые прочно приклеиваются к другим волокнам и заполнителям – и вся смесь затвердевает, образуя бетон, каким мы знаем его сегодня. Так вот, вода + цементный порошок + заполнитель = бетон.

Чтобы получился хороший бетон, нужно правильно рассчитать пропорции смеси: если воды будет слишком много, то не вся вода вступит в реакцию с цементным порошком, и бетон получится слабым. Если воды слишком мало, то среагирует не весь порошок, и бетон тоже получится слабым. Для наилучшего результата важно, чтобы вся вода вступила в реакцию со всем цементным порошком. Сам процесс замешивания тоже играет роль: бетон получится плохо, если его неправильно замешать. Более крупные и тяжелые камешки из заполнителя пойдут ко дну, а мелкий песок и цементная паста всплывут, и бетон получится неплотным и слабым. Вот почему у бетономешалок огромные вращающиеся барабаны: смесь в них постоянно перемешивается, и заполнители распределяются в ней равномерно.