Высохшая глина — материал относительно долговечный, но еще лучше ее обжечь, превратив в керамику. При температуре от 300 до 800 °C из глины безвозвратно испаряется вода, и минеральные волокна спекаются вместе, но сохраняют пористую структуру. Если нагреть выше 900 °C, начнут спекаться сами частички глины и вытаивать незначительные примеси. Эти глазирующие соединения пропитывают всю структуру материала и, остывая, отверждаются в стекловидный агент, крепко связывающий кристаллы глины и заполняющий все полости, отчего сосуд становится особенно прочным и водонепроницаемым. Для герметизации изделие намеренно покрывают этим веществом перед обжигом — это и есть глазурование. Можно еще бросить в печь немного соли: испепеляющий жар разлагает ее, и пары натрия, смешиваясь с кремнием в составе глины, образуют прозрачное покрытие (только имейте в виду, что в процессе выделяется хлор, ядовитый газ). Этот метод исторически применялся для герметизации керамических труб, предназначенных для водопровода и канализации.
Обожженная керамика — не только прочный и водонепроницаемый материал, это еще и чрезвычайно термостойкий «огнеупор». У алюмосиликатов высокая температура плавления, и, поскольку составляющие их элементы уже соединены с кислородом, этот минерал не воспламеняется при нагреве. Такой огнеупорный кирпич — идеальный материал для печей и горнов. Чтобы использовать огонь в технологическом процессе, его нужно запереть в печи, а значит, понадобится вещество, которое не даст теплу уходить и в то же время само не пострадает от жара. Прекрасный пример того, как цивилизация сама себя тащит вперед: обжиг глины в большом костре для получения огнеупорного кирпича, из которого пережившие апокалипсис построят печи для обжига новых и новых кирпичей. Сама история цивилизации — это эпопея обуздания и одомашнивания огня, покорения все более высоких температур: от костра к гончарной печи, плавильне бронзового века, горну железного века и домнам промышленной революции — и этот путь был бы невозможен без огнестойкого кирпича.
Обожженный кирпич также повсеместно применяется в строительстве. В сухом климате сойдет и примитивная стена из высушенной на солнце грязи — самана, но сильный ливень может размыть такую постройку. Гораздо более стойкий кирпич получится, если несколько щедрых пригоршней глины умять в формовочную матрицу в виде параллелепипеда и отправить в печь, где цепь химических реакций превратит глину в твердую долговечную керамику. Однако для возрождения цивилизации несколькими пригоршнями глины не обойтись. Чтобы стена стояла прочно, ряды кирпича должны быть скреплены между собой — и тут мы возвращаемся к извести.
Строительный раствор
В предыдущей главе мы говорили, что первым материалом, который людям постапокалиптической цивилизации, вероятнее всего, придется добывать, когда иссякнут запасы, оставшиеся от нас нынешних, будет известняк. Мы говорили о том, что известняк играет ключевую роль в синтезе многих веществ, необходимых для цивилизации. Теперь давайте посмотрим, как этот же чудо-минерал поможет возродить ее из руин. Известняковые блоки — удобный строительный материал, как и мрамор, метаморфическая порода, в которую известняк превращается под давлением в глубинах земной коры, — но в постапокалиптическом мире важнее будут те продукты, в которые известняк можно превратить.
Гашеная известь умеет превращаться из мягкой пасты в материал, застывающий до твердости камня. В смеси с водой и некоторым количеством песка гашеная известь дает строительный раствор, который не одно тысячелетие служит человечеству для прочного скрепления каменных блоков в крепкие стены, способные нести большую нагрузку. Если песка взять поменьше, но подмешать какие-нибудь волокна, например конский волос, получится штукатурка, которой покрывают стены, чтобы были ровными.
Известковый строительный раствор в ходу уже много столетий, но перевернула саму природу строительства другая технология, открытая и внедренная в массовое производство римлянами. Римские зодчие заметили, что смесь гашеной извести с вулканическим пеплом, так называемым пуццоланом, или даже с истертым в порошок кирпичом или керамикой затвердевает много быстрее, чем просто гашеная известь, и оказывается в несколько раз прочнее. Этот удивительный минеральный клей под названием цемент может гораздо больше, чем скреплять между собой ряды кирпичной кладки. Им можно превратить в монолит мешанину булыжников и щебня, то есть, по сути, получить бетон. Эта революция в строительных технологиях позволила римлянам возвести такие поразительные сооружения, как Колизей или огромный купол римского Пантеона, который поныне остается самым крупным в мире монолитным бетонным куполом.
Но по-настоящему достичь торгового и военного могущества Риму помогло другое, почти волшебное свойство цемента: бетон, сделанный с пуццоланом или толченой керамикой, затвердевает даже под водой. В отличие от известкового раствора цемент застывает в воде, и там происходит другой химический процесс. Вулканический пепел содержит алюминий и кремний — мы их упоминали как составляющие глины, — которые реагируют с гашеной известью и, гидратируясь, образуют исключительно прочный материал.
Отвердевающие в воде строительные материалы дают важное технологическое преимущество. Пуццолановый цемент вызвал революцию в строительстве портовых сооружений: теперь, чтобы возвести пристань, волнолом, пирс или основание для маяка, римляне, вместо того чтобы сбрасывать в море крупные каменные глыбы, могли просто лить в воду цемент и в любом месте ставить нужные сооружения. Новая технология позволила устраивать порты всюду, где они были нужны для военных или хозяйственных целей, даже если на побережье, как, например, в Северной Африке, не было естественных бухт. Именно это обеспечило римскому флоту господство в Средиземном море.
С падением Римской империи человечество лишилось стратегических знаний о прочном цементе, практичном бетоне и водонепроницаемых замазках. Цемент не упоминается ни в одном средневековом источнике, и все великие готические соборы построены на известковом растворе. Однако где-то знание, вероятно, сохранилось, поскольку водоотвердевающий цемент применялся в строительстве ряда средневековых крепостей и гаваней.
Современный метод получения цемента изобретен только в 1794 г. «Настоящий портландцемент» не эксплуатировал жар вулканов, как римский цемент с пуццоланом, — вместо этого смесь известняка и глины прокаливали в специальной печи при температуре около 1450 °C. Получившийся твердый клинкер измельчали и смешивали с небольшим объемом мягкого светлого минерала — гипса, используемого также для производства алебастра и для жестких повязок при лечении переломов, — он замедляет отвердевание, оставляя больше времени для работы с жидким цементом.
Да, сегодня бетон — кошмарно скучный серый материал, из которого построено много всякого архитектурного уродства. Но обернемся назад и задумаемся на секунду, какой это на самом деле удивительный материал. По сути дела, бетон — это рукотворная скала. А рецепт восхитительно прост: перемешиваем ведро портландцемента с двумя ведрами песка или гравия и добавляем воды, чтобы получилась густая масса. Выливаем этот жидкий камень в деревянную опалубку, задающую любую форму, какая вам нужна, и ждем, пока смесь застынет в прочнейший и долговечный монолит. Нетрудно понять, как бетон помог быстро восстановить города, разрушенные Второй мировой, и почему он поныне остается главным градостроительным материалом — и символом нынешней эпохи, хотя основы его производства известны более двух тысячелетий.
