Есть, впрочем, одно неудобство: под нагрузкой, в фундаментах и колоннах, бетон чрезвычайно стоек, но он весьма непрочен на разрыв. Если какая-то сила растягивает его, бетон ломается и рассыпается, и потому его нельзя применять для изготовления крупных структурных элементов, таких как балки, мосты или перекрытия многоэтажных зданий. Но выход есть: внедрить в бетон стальную арматуру. Свойства двух этих материалов идеально дополняют друг друга: прочность бетона на сжатие сочетается с прочностью стали на разрыв. Армированный бетон нечаянно изобрел в 1853 г. штукатур, погрузивший распрямленные бочарные обручи в застывающие бетонные плиты. Именно это последнее усовершенствование поможет использовать потенциал бетона для реконструкции городов после апокалипсиса.
Бетон — замечательно универсальный материал, но керамический кирпич с его жаростойкостью пригодится вам, чтобы работать с высокими температурами, преобразующими вещества, и освоить таким образом навыки металлургии.
Металлы
Металлы обладают целым набором свойств, не присущих никаким другим веществам. Некоторые металлы чрезвычайно прочны и плотны, идеально подходят для изготовления инструментов, оружия и строительных деталей, например гвоздей или несущих балок. В отличие от хрупкой керамики они пластичны: под давлением не раскалываются, а деформируются, из них можно тянуть тонкую проволоку, пригодную для связывания, устройства изгородей или для электропроводки. Многие металлы способны выдерживать исключительно высокие температуры и поэтому отлично подходят для высокопроизводительных машин.
Как можно скорее после катастрофы вам нужно будет возобновить технологию производства не просто железа, а его углеродного сплава — стали. Сталь представляет собой смесь атомов железа и углерода, но целое здесь несоизмеримо больше суммы частей. Включение углерода решительно меняет свойства металла; варьируя долю углерода в составе сплава, можно регулировать твердость и прочность стали согласно разным ее назначениям.
О том, как развернуть производство чугуна и стали с нуля, мы поговорим позже, потому что сразу после апокалипсиса вы легко найдете немало бесхозных металлических орудий. Их можно будет перековать, если вы восстановите традиционное кузнечное ремесло, когда в открытом горне металл раскаляют и молотом на наковальне придают ему нужную форму. Человечество имело и имеет возможность применять твердые железные орудия лишь потому, что раскаленное железо меняет свои физические свойства и становится мягким настолько, что его можно ковать, придавая нужную форму, или раскатать в лист, или вытянуть в проволоку либо трубу. Это важнейшее свойство железа: оно означает, что железные орудия можно использовать для производства новых предметов, тоже железных.
Чтобы использовать свойства железа в полной мере, нужно знать принципы закалки — охлаждения и отжига. Твердость стали повышается нагревом докрасна: в этом состоянии структура железоуглеродистых кристаллов превращается в жесткую конформацию (которая не магнитится: это можно проверить во время нагрева). Если после этого сталь будет остывать медленно, кристаллы вернутся в прежний вид, потому, чтобы зафиксировать нужную структуру, охлаждать сталь нужно резко: закалка происходит в момент погружения раскаленного изделия в воду или масло. Однако твердое вещество одновременно бывает хрупким, а ломкий молот, меч или пружина бесполезны — так что после закалки изделию нужен еще отжиг.
Отжиг состоит в повторном нагреве закаленной стали до такой температуры и на такое время, чтобы часть ее кристаллической структуры размягчилась — мы намеренно жертвуем какой-то степенью твердости ради возвращения материалу определенной гибкости. Отжигом мы настраиваем физические свойства материала: это необходимая стадия в изготовлении инструмента с нужными вам свойствами.
Другая ключевая технология, изобретенная несколько позже, — сварка: соединение металлических деталей с помощью расплава. Из всех горючих газов самое жаркое пламя дает ацетилен: в струе кислорода он горит при температуре более 3200 °C. Принцип работы сварочной горелки: раздельное регулирование потоков сжатого кислорода и ацетилена, подаваемых в смесительную камеру. Чистый кислород можно получить электролизом воды или, на дальнейших этапах восстановления, дистилляцией сжиженного воздуха. Ацетилен выделяется при соединении воды и карбида кальция, который, в свою очередь, получается при обжиге в печи негашеной извести и древесного угля, веществ, которые мы уже описали. Ацетилено-кислородное пламя нужно не только для соединения металлических деталей: им можно резать сталь, как ножом, — струя кислорода выжигает горячий металл ровной полосой.
Еще более высокую температуру — около 6000 °C — дает электрическая дуговая сварка, обладающая мощью молнии. Соберите блок аккумуляторов или наладьте генератор и получите вольтаж, достаточный для того, чтобы между металлом и углеродным электродом возникла постоянная молния или дуговой разряд, который сварит или разрежет там, где сварщик проведет электродом по поверхности. Самодельные ацетиленовые резаки или электросварочные аппараты станут незаменимым снаряжением для сборщиков лома, которые пойдут в мертвые города разбирать руины и вывозить наиболее ценные материалы. Для переплавки стального лома весьма эффективна будет, например, дуговая печь. По сути, это гигантский сварочный аппарат: огромные электроды пропускают электричество сквозь металл, чтобы он расплавился, известняковый флюс устраняет примеси, остающиеся в виде шлака наверху, а жидкую сталь разливают, будто из чайника. Для питания дуговых печей постапокалиптическому человечеству стоит освоить производство возобновляемой электроэнергии — это снизит потребность в топливе.
Но доступ к металлам — это полдела: нужно уметь работать с ними, придавать сырью необходимые формы. Если исправные станки для металлообработки не сохранятся, можно ли изготовить их с нуля?
У нас есть красивый пример из 1980-х гг., когда один механик создал полностью оснащенную мастерскую для обработки металлов — включая токарный, фрезеровочный, сверлильный и расточной станки, — не имея практически ничего, кроме глины, песка, угля и небольшого количества металлического лома. Особенно хорош алюминиевый: у этого металла низкая температура плавления, значит, его легко отливать; кроме того, он устойчив к коррозии, то есть будет доступен еще долго после апокалипсиса.
В основе этого феноменального проекта — небольшая литейня, сделанная из старого ведра, изнутри обмазанного огнеупорной глиной, и топившаяся древесным углем, горение которого усиливалось подачей воздуха через отверстие в стенке ведра. Этой походной печурки вполне хватило, чтобы плавить алюминиевый лом, а из расплава отливались в соответствующих формах все детали станков. Формы для отливки можно изготовить из песка, смешанного для вязкости с глиной и небольшим количеством воды, заполнив смесью участки нужной конфигурации в двустворчатой деревянной раме.
