Заглянем в историю появления бетона

Бетон - это самый широко употребляемый строительный материал на Земле. 

Из бетона строилась римская империя. Сегодня это материал для устремляющихся ввысь небоскребов нового поколения. Сырье для этой волшебной смеси можно найти практически в любой стране мира. Однако то, как эти простые компоненты смешиваются вместе, может означать разницу между трагедией и триумфом. От приземленного до грандиозного. От заурядного до необычайного. Бетон помогает прокладывать путь для новаторских идей и некогда стал фундаментом для величайших цивилизаций мира. Теперь заглянем в науку о бетоне. 

В начале, он жидкий, застывая, становится твердым как камень. За это удивительное преображение его прозвали жидкий камень. Он служил краеугольным камнем для инженерной науки веками. И он ценится превыше всех прочих  строительных материалов не без причины. Люди воспринимают бетон как нечто само собой разумеющееся, его видишь каждый день в виде тротуаров и дорог, зданий и сооружений, но на самом деле никогда не было строительного материала, который бы с большими основаниями можно было считать чудесным. Бетон везде. Как средство инженерных работ он обладает почти неограниченным потенциалом. Ему можно придать почти любую форму, и он является становым хребтом множества различных сооружений, автомагистралей, громадных мостов, рукотворных каналов, гигантских плотин, высочайших небоскребов мира и этот материал заставляет призадуматься над вопросом, как же из бетона получается столько всего. Основной рецепт бетона чрезвычайно прост. Песок, дробленый камень, который называется заполнитель, вода и сердце бетонной смеси - цемент.

Цемент - это серое порошкообразное вещество, которое действует как клей, скрепляющий все составляющие бетона. Цемент покрывает и обволакивает заполнитель (гравий или щебень), песок, и, тем самым, склеивает и связывает все воедино. Чтобы сделать цемент, нужны известняк, глина и другие составляющие, такие как железо. Эти ингредиенты дробят и стирают в порошок, который засыпается в печь. В громадных цилиндрических вращающихся печах смесь нагревается до температуры 1482 ºС, смесь частично расплавляется, становится почти жидкой и при этом формируется новый компонент-комья размером примерно с гальку, которые называют клинкер. После того как клинкер остынет машины размалывают его в тончайший порошок это и есть знакомый нам цемент. Цемент связывает ингредиенты воедино. Будучи добавлен к смеси песка, воды и дробленого камня, цемент вступает в реакцию и связывает исходные вещества в единое могучее целое.

Ключевым элементом является вода. Вступив в реакцию с водой, цемент подвергается преобразованию, которое именуется гидратацией. В ходе этой реакции на поверхности каждой частицы цемента появляется ядро, которое растет и расширяется и соединяется с другими ядрами, и прилепляется к дробленому камню и песку в смеси. Цемент связывает эти ингредиенты. Затвердев, бетон превращается в конструктивный элемент современного строительства. Эта базовая технология оставалась неизменной в течение более века. Но создание бетона совсем не такое простое дело. Чтобы сделать смесь правильно, требуется точность и безошибочное исполнение. Ингредиенты и временной расчет, будучи верными, усиливают друг друга. В каком-то смысле изготовление бетона подобно изготовлению торта. Существует множество рецептов. Можно получить разные оттенки вкуса, цвета, варианты текстуры, однако существует и много способов испортить пирог. Пирог может подгореть, не пропечься, и выйти совсем не таким, каким вы его задумывали.

Правильный рецепт это все. А последствия неверного рецепта могут оказаться самыми пагубными. Многие здания строят из бетона, не отвечающего стандартам, когда используется низкокачественный цемент, да и еще экономят на арматурном профиле. Бетон не обладает расчетной сопротивляемостью и в результате стена трескается и  ломается. Например, в результате землетрясения рушится здание, которое в соответствии с расчетами должно было прекрасно выстоять и защитить жизнь и здоровье людей, а в итоге последствия такого землетрясения очень трагичны. Но, если смесь составлена правильно, то сооружение из бетона способно простоять тысячи лет. 

Другие цивилизации, включая египтян, экспериментировали с бетоном. Именно римляне превратили бетон из вспомогательного строительного материала в основной материал. В Риме жидкий камень питал имперские устремления, а английское слово concrete бетон даже происходит от латинского слова «конкретус», что означает сросшийся, составной. Римский бетон содержит те же традиционные ингредиенты: песок, воду и дробленый камень. Но в него добавляли отложения вулканического пепла и этот материал преобразился. Римляне были очень сообразительными архитекторами и инженерами и они поняли, что, если подмешивать в бетон отложения вулканического пепла, то можно получить бетон, который становится очень твердым. Этот вулканический пепел оказался сцепляющим связующим веществом и, благодаря ему, Рим получил чрезвычайно крепкий бетон. Это новшество дало Римлянам возможность создать империю, возвышающуюся над Землей.

Бетон делается становым хребтом головокружительного ряда сооружений, акведуков, бань и рынков. Но сегодня одно единственное сооружение является уникальным свидетельством крепости римского бетона – Пантеон. Пантеон одно из величайших архитектурных сооружений  Древнего Рима  с чудесной колоннадой, украшающей вход в здание и громадным барабаном, который венчает потрясающий 47-ми метровый купол и этот купол сделан из бетона, сооруженный в 125 году нашей эры. Пантеон простоял в самом центре Рима более 1800 лет. Это одно из старейших в мире зданий, которое функционировало бесперебойно. Это здание, некогда бывшее зданием римских богов, соединяет в себе элементы инженерного решения и художественной композиции и, нигде эта комбинация не проявляет себя с такой очевидностью, как в этом бетонном куполе. Этот купол, имеющий 43 метра в диаметре, является самым большим из всех сохранившихся от Древнего Мира. До 15-го века это был самый большой купол в Западной Европе. В отличие от современных куполов, которые, как правило, укрепляются арматурой, купол Пантеона поддерживает только римский бетон. Сооружение купола из неармированного бетона сопоставимого по размеру с куполом Пантеона - это невероятное достижение инженерного искусства, повторить такое в наши дни невозможно, потому что все сочтут, что шансы на успех подобного проекта ничтожно малы и не дадут осуществить такой проект на практике. 

Купол Пантеона это потрясающий пример долговечности римских бетонных построек. Чем ближе к верхушке купола, тем менее плотными становятся слои, а в самом слабом месте купола римляне сделали круглый проем, который уменьшает вес и нагрузку. Эти новаторские решения не перестают изумлять инженеров и, почти, 2000 лет спустя. На протяжении 1500 лет этот купол был самым большим из всех построенных человеком. Существует не так много инженерных сооружений, которые могут похвастаться таким рекордным долголетием.

Поэтому очень трудно вообразить себе Древний Рим без бетона. Пантеон, как гениальный прорыв в области инженерных технологий и архитектурных новаций, оказал влияние на множество будущих сооружений, таких как Ротонда Томаса Джефферсона в университете Вирджинии, нижняя библиотека в колумбийском университете. Но ничто не может сравниться с долговечной мощью Пантеона. После падения Римской империи бетон был разжалован во вспомогательные материалы. Бетон уже не излюбленный стройматериал. Все, что осталось - это блистательность инженерной мысли, воплотившейся в Пантеоне и других римских сооружениях созданных из бетона.