Рома Агравал - Built. Неизвестные истории известных зданий [litres]

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.

Сегодня мы используем бетон для множества целей, строим из него небоскребы, многоквартирные жилые дома, туннели, шахты, дороги, плотины и многое другое. В древние времена разные цивилизации использовали различные материалы и технологии в соответствии со своими навыками, климатом и окружающей средой. Сегодня во всем мире используется бетон.

Ученые и инженеры постоянно вводят какие-нибудь новшества и пытаются создать еще более прочный и долговечный бетон, чем у нас есть сейчас. Одним из недавних изобретений стал «самовосстанавливающийся» бетон, в котором содержатся крошечные капсулы лактата кальция. Их примешивают к жидкому бетону, и у них есть свой любопытный секрет. Внутри капсул находится особый тип бактерий (в природе он встречается в озерах вблизи вулканов с высоким содержанием щелочи), которые могут жить без кислорода и пищи по 50 лет. Бетон перемешивают с этими капсулами, и он затвердевает. Если в материале образуются трещины и в них попадает вода, то вода активирует капсулы и освобождает бактерии. Так как беглецы привыкли жить в щелочной среде, они не умирают, когда попадают в бетон, где также высокое содержание щелочи. Вместо этого они питаются размоченными капсулами, и таким образом из кальция в сочетании с кислородом и углекислым газом они производят кальцит, то есть чистую известь. Кальцит заполняет трещины в бетоне, и постройка самовосстанавливается.

Но есть и другие проблемы. Пять процентов углекислого газа, производимого человеческой цивилизацией, приходится на производство бетона. Сам бетон в небольших количествах не особо вредит окружающей среде, но мы используем его в таких огромных количествах, что выбросов становится все больше и больше. Некоторая часть углекислого газа образуется при обжиге извести, а остальной выделяется при реакции гидратации. Количество цемента в смеси можно сократить, если заменить какую-то его часть подходящими материалами из отходов промышленного производства – например, «молотым гранулированным доменным шлаком», который образуется при производстве стали. Использование этих отходов не влияет на прочность бетона, зато экономит тонны углерода. Их можно применять не во всех видах строительства, потому что ингредиенты меняют состав и свойства смеси. Из-за них бетон может дольше застывать или стать более липким, а значит, из него труднее будет построить многоэтажное здание, не говоря уже о небоскребе.

Расположение стальных балок и бетонных полов в офисном здании

«Мой» небоскреб – «Осколок» – построен из бетона и стали очень хитрым способом и удовлетворяет всем требованиям как офисных, так и жилых помещений. Обычно в офисных зданиях мы стремимся создавать в основном большие пространства с как можно меньшим числом колонн. Выбор часто падает на сталь, потому что она хорошо себя ведет как при сжатии, так и при растяжении, а это значит, что стальные балки могут быть гораздо длиннее при той же глубине. Кроме того, по сравнению с жилыми домами, офисам нужно больше кондиционеров, воздуховодов, водопроводных труб и проводов. I-образная форма стальных балок и частые зазоры между соседними балками позволяют многое из этого спрятать от глаз. Стальные конструкции легче, чем аналогичные бетонные, поэтому и фундамент им требуется поменьше.

С другой стороны, в жилых домах и отелях этажи делятся на квартиры и номера, так что открытые пространства не так уж нужны. В стенах можно прятать бетонные колонны, которые поддерживают бетонные плиты. Бетонные перекрытия тоньше стальных, так что в бетонном здании поместится больше этажей при той же высоте. В этих зданиях меньше проводов и труб, и их можно крепить к перекрытиям снизу. Кроме того, бетон лучше поглощает звук, так что между этажами меньше слышимость – в офисах, где вы, надеюсь, не ночуете, это не так важно.

Устройство бетонных полов в жилом здании

Так как в «Осколке» на нижних этажах располагаются офисы, а на верхних – отель и квартиры, в разных местах мы использовали различные материалы. Нижние этажи состоят из стальных колонн и балок, благодаря чему в офисах удалось создать большие открытые пространства. Верхние этажи построены из бетона для меньшей слышимости и большего комфорта. Выбор нужного материала для каждой цели кажется очевидным, но на самом деле такое решение довольно необычно, и реализовано оно всего в нескольких зданиях во всем мире. Одна из возможных причин в том, что использовать во всем здании один и тот же материал легче с логистической точки зрения (и, возможно, дешевле), но я бы возразила, что в долгосрочной перспективе мы только выигрываем и к тому же используем меньше материала. Еще одной причиной может быть то, что таких многофункциональных зданий вообще не так уж и много, как зданий только с одной функцией. Но, так как многофункциональных зданий становится все больше и больше, я ожидаю, что метод проектирования с использованием различных материалов для разных помещений будет востребован.