Built. Неизвестные истории известных зданий

Как и большинство металлов, железо и сталь (как мы уже увидели) гибки и пластичны и хорошо выдерживают силу растяжения: при растяжении они не трескаются. Металлы не такие ломкие, как кирпич или бетон. Таким образом, соединив бетон (который при растяжении трескается) с железом (которое выдерживает растяжение), Монье создал идеальное сочетание материалов. На самом деле, древний вариант того же принципа можно обнаружить в Марокко, где стены некоторых берберских городов строили из глины с добавлением соломы: эта смесь называется саман, и ее также использовали, в числе прочих, древние египтяне, вавилоняне и коренные американцы. Солома выполняет ту же функцию, что и металл в бетоне: она связывает глину со штукатуркой и предотвращает чрезмерное образование трещин, так как солома сопротивляется силе растяжения. В штукатурке на стенах моей викторианской квартиры содержится конский волос, служащий той же цели.

Монье представил свой новый материал на Парижской выставке в 1867 году, а затем стал применять его в создании труб и балок. Инженер-строитель Густав Адольф Вайс из Германии увидел этот материал и стал думать о том, как строить из него целые здания. В 1879 году он купил у Монье патент и начал проводить эксперименты с использованием бетона в качестве строительного материала, а затем стал пионером в строительстве бетонных зданий и мостов по всей Европе.

Идеальный союз строительных материалов: стальная решетка усиливает бетон, противостоит растяжению и предотвращает трещины

Удачный союз стали (которая заменила железо после распространения бессемеровского процесса) и бетона кажется сейчас настолько очевидным, что уже трудно себе представить, как они не встретились раньше. В каждой бетонной постройке, которую я проектирую, я использую стальную арматуру – длинные фактурные прутья диаметром от 8 до 40 мм, которым придают нужную форму и которые соединяют вместе, чтобы получилась решетка или сетка, составляющая основу бетонного блока. Мои расчеты показывают, где на бетон будет действовать сила растяжения, а где сила сжатия, и в соответствии с этим я распределяю стальные прутья.

Подрядчики берут мои чертежи, устанавливают размеры и форму каждого стального прута в проекте и рассчитывают его вес. Эти расчеты отправляются на завод, и через несколько недель оттуда привозят стальные прутья, которым придают нужную форму перед тем, как залить их бетоном.

Когда в бетонной смеси происходит химическая реакция, сталь и бетон образуют прочные связи. Цементная паста так же прочно прилипает к стали, как к заполнителям. Как только они схватились, их уже трудно разъединить. У них почти одинаковые термические коэффициенты, а это означает, что они расширяются и сжимаются примерно на одну и ту же величину при одинаковых изменениях температуры. Когда бетонная балка сгибается под воздействием гравитации, сверху на нее действует сила сжатия, а внизу – сила растяжения, то снизу бетон трескается. Эти трещины – шириной в 1 мм, и часто их даже не видно, но они есть. Как только это происходит, стальные прутья в нижней части балки приходят в движение и начинают сопротивляться силе растяжения, сохраняя целостность балки.

Сегодня стальная арматура уже вошла в ДНК бетонного строительства. На многих стройплощадках в Лондоне есть небольшие окошки в заборах. Как вы легко можете себе представить, когда я прохожу мимо такого окошка, то не могу в него не заглянуть, потому что мне всегда любопытно, что там внутри. Не важно, что это за стройка, – я всегда вижу груды арматуры или стальных решеток в деревянных опалубках. Когда приезжают бетономешалки с вращающимися барабанами, они заливают в опалубки мощный бетонный водопад, а потом рабочие берут перфораторы с миксером и замешивают его так, чтобы заполнитель хорошо распределился по всей массе. Инженеры вроде меня должны удостовериться, что зазора между прутьями арматуры достаточно, чтобы между ними легко затекал бетон. Когда я только пришла на работу, мой первый начальник Джон сказал мне: «Если из твоей стальной клетки может вылететь канарейка, значит, прутья слишком далеко друг от друга. Если канарейка задыхается, значит, они слишком близко». Этот урок я не забуду никогда (в нашем мысленном эксперименте не пострадала ни одна канарейка).

Как только весь бетон хорошенько перемешали и залили в опалубки, рабочие разравнивают его сверху большими граблями и оставляют застывать. Но у этого невероятного материала в запасе еще один секрет. За следующие несколько недель основная масса бетона пройдет химическую реакцию и затвердеет, и над ней проведут тесты, а результаты покажут, что масса достигла целевой прочности. На самом деле, эта прочность продолжит увеличиваться – очень медленно – и в следующие месяцы и даже годы, и еще долго будет стремиться к стабильному показателю.