Серое вещество

Цементная пыль, щебенка и стальные прутья, соединенные вместе, стали железобетоном — материалом, без которого не может обойтись не только современное строительство, но и мировая индустрия в целом

Вадим Эрлихман

Многие удивятся, узнав, что бетон — соединение извести, песка и воды — появился задолго до египетских пирамид. На побережье Хорватии археологи нашли остатки хижины, которой никак не меньше 7,5 тыс. лет, — ее стены возведены именно из этого материала. А в том же Египте бетоном укрепляли каменные стены. В Римской империи этот материал был хорошо известен — его использовали при постройке домов, мостов, знаменитых акведуков. Вместо извести обычно использовали битум — жидкий асфальт, который добывали из расщелин в земле. Французское слово beton происходит именно от латинского bitumen — битум. А название цемента на той же латыни означает "битый камень" — его древние применяли в бетонных сооружениях вместо песка.

С падением Рима бетон был надолго забыт. Вспомнили о нем только в 1796 году, когда англичанин Паркер путем обжига смеси глины и извести получил романцемент — первую марку промышленного цемента. В начале ХIХ века в Англии и Франции цемент начали смешивать с гравием, песком и водой, получая бетон — при помощи опалубки ему можно было придать любую форму, которая сохранялась при застывании. Строители уже грезили о блестящем будущем нового материала, но вмешалась суровая реальность. Да, бетонные конструкции обладали высокой прочностью, были огнеупорными и водостойкими. Однако, как любой камень, они плохо переносили нагрузку на растяжение, поэтому размер бетонных сооружений оставался ограниченным.

Cадовник Версальского парка Жозеф Монье соединил арматуру и бетон случайно, ремонтируя старые горшки для растений. Лишь позже, в 1867 году, он понял, что совершил изобретение, и взял патент

Мосты, балки, арочные пролеты в основном делали из железа, но у этого материала тоже были свои недостатки. Железные конструкции прекрасно выдерживали растяжение и изгиб, зато на открытом воздухе быстро разрушались из-за коррозии. Строители остро нуждались в материале, который объединил бы достоинства бетона и железа, но долго не могли его изобрести. При этом они не раз замечали, что железные прутья опалубки легко обволакиваются бетоном, образуя с ним прочное соединение. В 1854 году английский штукатур Уильям Уилкинсон взял патент на новый материал — железобетон, состоящий из металлического "скелета", залитого бетоном. Десять лет спустя он построил в Ньюкасле небольшой домик, где из железобетона были сделаны не только стены и перекрытия, но даже дымовая труба — так на практике было доказано одно из тех качеств нового материала, которые и сделали его универсальным, — способность принимать практически любую форму. Чуть позже Уилкинсона патент на железобетон получил француз Франсуа Куанье. В 1861 году он издал брошюру "Применение железобетона в строительном искусстве", а потом выстроил железобетонную церковь в своем родном городке.

Однако новинка приживалась с трудом. Как ни странно, два профессиональных строителя не смогли обеспечить широкое использование железобетона — это сделал человек, не имеющий к строительному делу никакого отношения. В 1861 году садовник Версальского парка Жозеф Монье стал делать большие горшки для растений из смеси песка с цементом. От влаги горшки начали трескаться, и сообразительный садовник скрепил их железными обручами. А когда железо заржавело, замазал его тем же цементным раствором. Новые горшки оказались настолько прочными, что в 1867 году Монье взял патент и развернул их производство. А потом начал делать из железобетона плиты и перегородки для строительства. Он имел смутные представления о строительном деле и располагал проволочную сетку строго посередине плиты, хотя рациональнее размещать ее в нижней части — именно туда приходится наибольшая нагрузка. Тем не менее благодаря деловой сметке садовника железобетон проник в самые разные области. В 1869 году Монье построил из него бассейн, в 1873-м — небольшой мост. Вскоре он запатентовал свое (а вернее, чужое) изобретение в Германии и России и начал активно продавать его тамошним фирмам. Примерно с 1880 года железобетон начал распространяться по миру.

От моста до парохода

В Первую мировую для борьбы с немецкими подлодками англичане начали строить суда из железобетона

Конечно, внедрение нового материала не обходилось без трудностей. Поначалу нередким было разрушение конструкций из-за нарушения технологии производства железобетонных изделий и их неудачного размещения. В Англии железобетон одно время был даже запрещен. Революцию в его применении произвел немецкий инженер Карл Вайс, который в 1879 году купил патент у Монье. Через несколько лет француз приехал в Берлин и был возмущен, увидев, что арматура в бетонных плитах перенесена из середины в нижнюю часть. "Кто, в конце концов, изобрел эту конструкцию?" — воскликнул он. "Вы, — спокойно ответил Вайс. — А я заставил ее работать". В 1886 году благодаря немецкому инженеру были досконально изучены и описаны свойства железобетона и выработаны первые нормы его применения. Только после этого он начал широко использоваться в строительстве.

Одними из первых новый материал оценили мостостроители. Раньше для строительства мостовых опор использовали камни, которые приходилось точно подгонять под размер и перевозить на большие расстояния. Применение железобетонных конструкций изменило ситуацию — для них требовался только цемент, поскольку песок и гравий можно было добыть почти везде. И это стало следующим важнейшим преимуществом железобетона перед другими материалами — он был дешев и общедоступен. Укрытое в бетон железо не ржавело, и железобетонные мосты служили вдвое дольше стальных, а их сооружение обходилось в два-три раза дешевле. К тому же железобетон был куда более огнестойким — железные балки при сильном пожаре разрушались через полчаса, а железобетонные выдерживали действие огня на протяжении четырех-пяти часов. Это стало ясно после пожара в Балтиморе в 1904 году, когда в центре города остались стоять только пять больших зданий — все они были построены из железобетона. Так было на практике доказано еще одно неоспоримое преимущество этого материала — прочность, благодаря которой из него можно возводить огромные сооружения.

Неизвестно, где был построен первый железобетонный мост — только в Англии на эту честь претендуют шесть объектов, возведенных между 1903-м и 1926 годами. Зато мы знаем, когда новый материал был впервые использован на войне. Это случилось в 1899 году в Южной Африке, где англичане обороняли от буров город Мафекинг. Сделанные из железобетона укрепления в четыре раза лучше выдерживали огонь бурских пушек и ружей, чем соседние, из "беспримесного" бетона. В обороне города участвовал молодой майор Уинстон Черчилль. Став в военные годы премьером, он распорядился выстроить на берегу Англии сеть железобетонных дотов для защиты от немецкого вторжения. На противоположном берегу немцы возвели свой Атлантический вал — 160 км укреплений из прочнейшего железобетона. Из него же была построена знаменитая ставка фюрера "Волчье логово" в Польше — там толщина железобетонных стен достигала шести метров.

Без железобетона была бы невозможна вся современная гидроэнергетика — ни один другой доступный материал не в состоянии выдержать напор падающей с большой высоты массы воды (на снимке: плотина Гувера в Южной Калифорнии, США)

Вернемся, однако, в XIX век. Искусство строительства из железобетона быстро совершенствовалось. В 1897 году был возведен первый железнодорожный виадук длиной 300 м. В 1910 году французский инженер Эжен Фрейсине накрыл парижский вокзал Берси массивной железобетонной крышей. Он же вскоре первым применил для уплотнения бетона вибрацию — до этого использовалась только трамбовка. В 1926 году тот же Фрейсине разработал метод предварительного напряжения арматуры, а в 1953 году он изобрел конструкцию вантовых железобетонных мостов, которые сейчас строятся во всем мире. Рекордная длина пролета — 853 м- у моста "Нормандия" в Гавре. Заслуги Фрейсине были оценены: в зрелые годы он стал первым председателем Международной федерации железобетона.

Опыт мостостроителей — возможность перекрывать большие пространства безопорными конструкциями — был потом массово растиражирован в строительстве промышленных зданий, что, в свою очередь, способствовало повсеместному проникновению конвейеров, размещение которых требовало больших помещений, не поделенных на квадраты колоннами.

Устойчивость железобетонных конструкций к воде была использована при строительстве всевозможных морских сооружений. В годы Первой мировой войны для борьбы с немецкими подводными лодками англичане построили из железобетона несколько массивных кессонов, которые должны были создать преграду для субмарин на глубине 55 м. Тогда же были изготовлены первые железобетонные суда — вернее, плавучие платформы. Одно из них, "Армистис", в течение 25 лет осуществляло регулярные рейсы между Ливерпулем и столицей Нигерии Лагосом. А самый крупный железобетонный корабль "Сельма" имел длину 128 м. В 1946 году итальянец Пьер Луиджи Нерви изобрел армоцемент — соединение цемента с железной арматурой, которое было существенно легче железобетона. Одно время из него делались прочные и устойчивые к бурям яхты (в Англии до сих пор ежегодно проводятся гонки на байдарках из армоцемента).

Из железобетона и сегодня делают плавучие и сухие доки, причалы, пирсы. С расширением морской нефтедобычи особое значение приобрели гигантские буровые платформы для извлечения нефти и газа. Только в Северном море их более 150 — таких как норвежский "Тролль" — настоящих плавучих городов длиной до 100 м и весом 15 тыс. тонн. Сейчас для нефтедобычи в открытом море строятся еще более массивные сооружения, достигающие в длину и высоту сотен метров.

Но, пожалуй, особенно наглядно одно из преимуществ железобетона — водостойкость — было продемонстрировано при строительстве громадных ГЭС: без него построить гидроэлектростанцию было бы просто невозможно. Ведь ни один другой материал не в состоянии выдерживать ежесекундный напор падающей с многометровой высоты массы воды. Уникальная способность железобетона переносить длительные ударные нагрузки, кстати, косвенно способствовала возникновению индустрии авиаперевозок — если самолету братьев Райт для приземления и посадки было достаточно почти любого проселка, то современным лайнерам для этого необходима взлетно-посадочная полоса из сверхпрочного материала, способного выдерживать удар многотонной машины, движущейся к тому же на большой скорости.

Хрущобы и небоскрёбы

Самый большой прогресс железобетон обеспечил в массовом городском строительстве — в массовом, поскольку долгое время считался непригодным для возведения эксклюзивных зданий. Достаточно сказать, что в абсолютном большинстве американских небоскребов, построенных до 1980-х годов, железобетон — материал вспомогательный, тогда как несущий каркас в них выполнен из стальных балок (кстати, как и во всех московских "сталинских" высотках). К чему это привело, стало ясно 11 сентября 2001 года, когда весь мир мог видеть стремительное обрушение в результате теракта башен-близнецов Всемирного торгового центра в Нью-Йорке. Проведенное затем расследование показало, что если бы каркас ВТЦ был не стальным, а железобетонным, то здания устояли бы. Архитекторы учли уроки этой трагедии, и сейчас мировое "небоскребостроение" ориентировано на использование железобетона в качестве материала для несущих конструкций.

Задолго до нью-йоркского теракта о невысокой надежности металлического каркаса знал выдающийся советский инженер Николай Никитин, спроектировавший Останкинскую башню. Ее основное "тело" (если не брать верхушечную стометровую мачту) выполнено из железобетона, а стальные тросы, дополнительно протянутые с внутренней поверхности ствола башни, несут лишь страховочную функцию на случай непредвиденных перегрузок. Когда в августе 2000 года в Останкине случился пожар, лопнуло 145 из 149 тросов, но башня устояла.

Если бы каркас Всемирного торгового центра в Нью-Йорке был не стальным, а железобетонным, то башни-близнецы, как показало расследование, 11 сентября 2001 года выстояли бы

Впрочем, как уже было сказано, больше всего внедрение железобетона повлияло на массовое строительство, особенно после Второй мировой войны. Восстановив разрушенное, крупные города начали стремительно расширяться — в них устремилось население пустеющих деревень. Дома делались все выше, и, конечно, без железобетона здесь не обошлось. В 1950-е годы принятые прежде монолитные конструкции сменились сборными, и сделал это Никита Хрущев, выступив в 1955 году инициатором принятия постановления об ускоренном жилищном строительстве. Его символом стали московские "Черемушки" — в районе пустырей и бараков за пятилетку было воздвигнуто 300 домов, жилье здесь получили 150 тыс. человек. Строительство велось по часовому графику — 52 дня на постройку, еще 48 — на отделку. Опыт "Черемушек" был распространен на всю страну, которую усеяли пятиэтажки — они и сегодня составляют около 20% всего жилого фонда России.

Серийный выпуск железобетонных конструкций был использован для решения жилищной проблемы не только в СССР, но и во многих других странах. К 1980 году 15% жителей Нью-Йорка проживало в железобетонных зданиях новой постройки, а в Москве эта доля достигала 50%. Новые дома были дешевыми, но одновременно серыми и безликими, за что их не переставали ругать. Постепенно за железобетоном закрепилась нелестная слава "материала для бедных" — обеспеченные граждане старались строить для себя дома из кирпича, керамзита или шлакоблоков.

Хотя, впрочем, уже тогда было ясно, что в серости "хрущоб" виноват не материал, а убогость мышления архитекторов и тех, кто давал им директивы.

статья из журнала № 3 [4] Март 2006