Сидней Уитингтон - История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

Генри Корт в 1775 году приобрел металлургический завод, расположенный недалеко от гавани Плимута. В 1779 году он сделал попытку приобрести машину Болтона и Уатта, но она была еще совсем новой и оказалась неприспособленной к задачам тяжелого машиностроения. Уатт продолжал эксперименты с вращательным движением. И Корт продолжил использовать энергию воды. В 1783 году он получил патент на рифленые вальцы. Теперь он мог «выжимать» и «выколачивать» примеси из нагретого металла, а также раскатывать его на листы, бруски, стержни и другие формы. В 1784 году Корт запатентовал усовершенствования процесса, изобретенного братьями Кранедж, Томасом и Джорджем, который называется пудлингованием. Пламя и газы в его печи кружились над расплавленными чушками, которые лежали на слое песка, так что металл не входил в контакт с топливом и не впитывал из него примеси. Эта отражательная печь и вальцы Корта вместе позволили ему убирать кремний, фосфор и другие примеси, как шлак, из железа, пока он прокатывал пористую массу и производил с ней все необходимые операции. Ковкое железо теперь можно было получать прямо из чушек с использованием кокса и без древесного угля.

Джозеф Холл в 1838 году усовершенствовал процесс Корта. Он предложил наваривать под пудлинговой печи оксидом железа. Кислород, соединяясь с углеродом, образует монооксид углерода, тем самым понижая содержание углерода в металле, а температура плавления железа повышается таким образом, что оно переходит из жидкого состояния в вязкое, а шлаки и окалина лучше отделяются от металла в прокатной машине. С помощью кислорода в облицовочном слое Холл сумел снизить содержание фосфора и кремния и получить металл более высокого качества. Оксиды фосфора и кремния, полученные в этом процессе, шли в шлак.

Как и Дадли до него, Генри Корт испытывал упорную враждебность со стороны металлургов старой школы. Вдобавок его обманул партнер Адам Джеллико, который вложил в бизнес деньги, украденные у королевского флота, где он служил заместителем казначея. После внезапной смерти Джеллико началось длительное расследование. Корт не смог вернуть деньги, был лишен патентов и обанкротился. Он утратил собственность стоимостью 25 000 фунтов. В течение десяти лет Корт неоднократно пытался вернуться к делам, но все его усилия принесли лишь пенсию в размере 160 фунтов в год. В 1800 году он умер, разочарованный и опозоренный, хотя его вклад в развитие промышленности Британии является бесценным. Он совершил ряд важных открытий в металлургии, поставил металлообрабатывающую промышленность на современные рельсы. Следующим важным прорывом стало производство стали на коммерческой основе. Но это было уже в XIX веке.

Использование пуццолана в цементе прекратилось вместе с концом Римской империи, и, вероятно, до недавнего времени не было ни одной подводной конструкции, в которой он бы использовался. Между тем его слава не умерла вместе с империей, и инженеры постоянно искали нечто, столь же хорошее и полезное, как «римский цемент». Джон Смитон (1724–1792) в 1756 году экспериментировал с самыми разными материалами, пока строил Эддистонский маяк. Он обнаружил, что устойчивость извести для подводных работ не зависит от твердости оригинальной известняковой породы, глубины слоя или основания, на которое она укладывается. Устойчивость зависит только от присутствия в самом камне глины. Поэтому он создал известь, которая вполне удовлетворительно затвердевает под водой. Его Эддистонский маяк простоял 123 года, вплоть до 1879 года. Да и тогда его фундамент пришлось подрывать – море с ним не справилось. Выводы Смитона относительно значения глины опровергли многие древние теории, но они были опубликованы только после его смерти в 1792 году. Тем временем Смитон заинтересовался паровыми машинами, устройством гаваней, каналом Форт-Клайд, строившимся с 1768 до 1790 года, и многими другими инженерными проектами и планами. Его интересы были на удивление разносторонними. А его работы по цементу завершили другие.

Вдохновленный Смитоном Джеймс Паркер в 1796 году обнаружил, что небольшие твердые комья глины, найденные им в эстуарии Темзы, после обжига в печи и перемалывания в пыль становятся материалом, который способствует быстрому схватыванию цемента и на воздухе, и под водой. Сначала его назвали римским цементом. Потом название сменили на природный или натуральный цемент, поскольку появились другие виды, созданные искусственно. Люди постоянно совершенствовали состав цементов. Инженер Луи Жозеф Вика (1786–1861) вскоре после 1809 года начал систематическое изучение тысяч видов известняков Франции. Он, как и Смитон, искал материал, который будет быстро затвердевать под водой. Его выводы относительно роли глины были аналогичны выводам Смитона. К тому времени, как он опубликовал свои результаты, – это было в 1839 году – химия уже быстро прогрессировала, и стало возможным отличать составляющие, содержащие кислород, от других элементов – кальция, кремния, алюминия, и он сумел составить точные формулы. Его заслуги как основателя цементной промышленности во Франции были общепризнанными, и его труды еще много лет цитировали в Британии и Соединенных Штатах. Менее известен, но не менее талантлив немецкий химик Йоганн Фридрих Йон (1782–1847) из Берлина. Цементный камень, глинистый известняк, содержащий разные пропорции оксида железа, кремня и алюминия, был обнаружен в США в начале XIX века и добывался во многих местах, особенно вдоль линий ранних каналов, таких как Эри, Делавэрский и Гудзонский. Его кальцинировали, как известняк, в печах и потом перемалывали в пыль. Самые известные бренды – розендейлский и луисвильский цементы. Никакие другие виды цемента не использовались в США до 1870-х годов. На самом деле этот натуральный гидравлический цемент широко использовали до конца века. Из сделанного из него бетона строили волноломы, дамбы и фундаменты тяжелых сооружений, таких как Бруклинский мост.

Инженеры все еще были далеки от понимания всех возможностей использования цемента как строительного материала. И последнее слово было сказано через несколько лет после исследований Вика Джозефом Аспдином (1779–1855), каменщиком из Лидса. В 1824 году он создал первый искусственный цемент. Его продукт был тщательно рассчитанной смесью известняка и глины, а значит, содержал кремний и алюминий, которые он, по-видимому, кальцинировал и перемалывал. Он назвал свой продукт портландцементом, потому что после затвердения он напоминал популярный строительный камень, добывавшийся в районе Портланда. Цемент Аспдина использовался в 1828 году как своего рода штукатурка в тоннеле под Темзой Марка Брунеля. В 1848 году он был испытан в качестве раствора для кирпичной кладки, и после этого его повсеместный успех был гарантирован. В настоящее время портланд-цемент делают из смеси тщательно подобранных известковых и глинистых материалов, которые смешивают в определенных пропорциях, перемалывают, кальцинируют при очень высоких температурах до начала плавления в длинных почти горизонтальных вращающихся печах, после чего получившийся клинкер перемалывают в мельчайшую пыль. Портланд-цемент начали импортировать в США из Англии, Германии и Бельгии в 1870-х годах. Много лет он считался дорогостоящей роскошью, которую использовали очень скупо. Американское производство портланд-цемента началось в 1875 году с мануфактуры в Восточной Пенсильвании. В следующем поколении ее производство значительно возросло, и в начале XX века портланд-цемент практически вытеснил почти везде и для всех целей более дешевый, но менее надежный природный цемент.