Анатолий Бернацкий – 100 великих технических достижений древности (страница 55)
Возможно, читателю будет интересно узнать, что в китайской провинции Хунань при раскопках погребений династии Восточная Хань (25—220) археологи нашли древний кирпич с надписью на поверхности: «Покупайте мои кирпичи. Они принесут счастье и стоят совсем недорого». То есть это была своего рода реклама.
Античный цемент и бетон
За всю свою длительную историю человек создал немало искусственных материалов: шелк, алмазы, рубины и изумруды. Тем не менее намного большее влияние на развитие цивилизации оказал искусственный камень – бетон. Ведь современную жизнь очень трудно представить без таких сооружений, как небоскребы, мосты, железные дороги. Но как раз-то бетон и составляет их основу.
Люди научились делать его очень давно. Некоторые специалисты полагают, что большинство гигантских пирамид – не что иное, как искусственный камень, то есть древнейший в истории человечества бетон. А взять тот же легендарный древнеегипетский Лабиринт. Ведь его стены, которым 5,5 тысячи лет, тоже были сделаны из бетона. Из бетона вылиты древнейшие сооружения Мексики, некоторые участки Великой Китайской стены, древнеримский Пантеон…
Вообще же первый бетон был получен 5−6 тысячелетий назад. Этот факт ученые установили в ходе археологических раскопок древнего поселения Ланескси-Вир возле реки Дунай на территории бывшей Югославии. Именно здесь в одном из домов ученые обнаружили залитый бетоном пол. Это была ровная и прочная поверхность толщиной 25 сантиметров, которая к тому же не пропускала влагу и неплохо сохраняла тепло. Получился же такой бетон после того, как древний человек смешал гравий и красноватую местную известь…
Саму же идею получения бетона человеку, скорее всего, подсказала природа. Возможно, однажды кто-то самый сообразительный заметил, что если некоторые породы подвергнуть воздействию высокой температуры, смолоть их в пыль, а затем перемешать с гравием и добавить определенный объем воды, то в результате получается клейкая масса. Когда же она какое-то время пробудет на солнце и высохнет, то превращается в твердый искусственный камень. А если эту вязкую массу залить в определенную форму, то получится фрагмент прочной стены.
Основная функция бетона – связующая и укрепляющая. Значит, в его состав должны входить соединения, которые при взаимодействии и создадут эти качества. Поэтому в различных регионах земли и в разные эпохи виды бетона отличались друг от друга, причем, весьма существенно. Хотя в качестве вяжущих веществ использовались в основном глина и жирная почва.
Самым же лучшим бетоном считается древнеримский. И действительно, анализ его проб показал, что он по прочности превосходит не только другие виды бетона той эпохи, но и многие современные марки. Что же касается состава древнеримского цемента, то исследователи установили, что римляне использовали намного меньше извести и получали цемент при температуре 900 градусов Цельсия.
Но и это не все достоинства античного бетона. И вот почему. Дело в том, что в середине минувшего столетия для конструкций, построенных из бетона, срок службы был рассчитан на 50 лет. И теперь многие из них находятся в предаварийном состоянии. В то же время наиболее современные бетонные здания могут простоять уже 100–120 лет. И тем не менее до некоторых римских сооружений, которые сохранились до настоящего времени, то есть спустя более 2000 лет после их введения в эксплуатацию, им еще очень и очень далеко.
Причина же столь невероятной разницы в том, что римский цемент представлял собой смесь извести и вулканических пород. А для морских сооружений применялся цемент, состоящий из смеси извести и вулканического пепла. Этот состав засыпали в деревянные формы, а затем добавляли морскую воду, которая моментально вызывала высокотемпературную химическую реакцию гашения извести. В результате получались очень прочные цементные блоки, в которых основным связующим веществом является не соединение кальций – силикат – гидраты (C-S-H), а кальций – алюминий – силикат – гидрат (C-A-S-H).
Еще более прочным получался бетон, который получается при воздействии щелочных растворов морской воды на вулканический пепел, в результате чего образуются кристаллы минерала алюминия-тоберморита. Именно они придают бетону удивительную гибкость. Под нагрузкой кристаллы не разрушаются, а деформируются, что и объясняет их необычные свойства.
Иначе говоря, древнеримский бетон, в отличие от современного, в своем составе имел алюминий и к тому же меньше кремния. Более того, для производства римского цемента требуются на 10 % меньше извести и более низкая температура.
Имея на руках такие убедительные цифры, специалисты уверены, что древнеримский рецепт можно с успехом применить и в наши дни. И это не только даст экономическую выгоду, но и снизит вред для окружающей среды.
Механизация строительства в древности
Вероятно, одним из древнейших механизмов следует считать рычаг, благодаря которому во много раз возрастают физические возможности человека. Конечно же, определить место и время появления рычага невозможно. Но поскольку это весьма примитивное приспособление, облегчающее труд, то, скорее всего, им пользовались многократно и во многих районах Земли. Например, рычагом, или, проще говоря, палкой, человек выковыривал из земли съедобные корни или же выворачивал камни. С помощью жерди было намного легче приподнять тяжелый валун, поддев его снизу. И чем жердь имела бо́льшую длину, тем проще было сдвинуть камень. Жердь в этом случае как раз и являлась простейшим рычагом. Более сложными рычагами можно считать мотыгу, метлу, весло, которыми человек активно пользовался на заре своей истории.
А в V тысячелетии до н. э. в Месопотамии появились равновесные весы, в основе которых был задействован принцип рычага. В свою очередь, древние римляне применили этот принцип при конструировании безмена.
Довольно широко использовался принцип рычага в Древнем Египте при строительстве пирамиды. Ведь вес одного блока, которые использовались при возведении этих сооружений, достигал около 2500 тонн. А при строительстве пирамиды Хеопса, высота которой достигала 146 метров, потребовалось 23,3 миллиона таких каменных глыб. Более того, при сооружении храмов египтяне перемещали, поднимали и устанавливали гигантских размеров обелиски и статуи, весивших порой несколько десятков, а то и сотен тонн.
Но, о чем говорилось выше, огромные блоки требовалось не только передвигать, но и поднимать. Учитывая их вес, ряд ученых сомневается, что древние египетские строители могли самостоятельно, без применения мощнейших и пока неизвестных механизмов, построить пирамиды. Но эту точку зрения пришлось отбросить после того, как в ходе раскопок археологи обнаружили фрагменты необычной деревянной конструкции. Оказалось, что строители пирамид обвязывали гигантские блоки веревками и поднимали вверх с помощью деревянных рычагов, имеющих длинные плечи.
Но основным механизмом для подъема тяжестей у египтян служила наклонная плоскость – пандус, или рампа. Ее остов, то есть ее боковые стороны и перегородки, расположенные на небольшом расстоянии друг от друга поперек рампы, делались из кирпича; пустоты же между ними заполнялись тростником и ветвями.
Постепенно, с увеличением высоты пирамиды, рампа тоже надстраивалась. И по рампам каменные глыбы тащили уже на салазках так же, как и по земле, при этом помогая рычагами. Угол наклона рампы был небольшим – 5–6 градусов. И, конечно же, чем выше должна была быть пирамида, тем длиннее требовалось строить рампу…
А спустя какое-то время появились еще более совершенные средства подъема и перемещения грузов. Например, шкив, который состоит из колеса в сочетании с канатами и другими колесами в блоке. Система шкивов применяется для уменьшения человеческих усилий при подъеме груза. И чем больше в системе шкивов, тем легче поднять груз. Используются же эти устройства с давних пор. По крайней мере, простые шкивы обнаружены в Месопотамии, где, вероятнее всего, их применяли для подъема емкостей с водой.
Примерно в то же время, что и шкив, стали использовать лебедку и кабестан. Единственное между ними различие в том, что лебедка имеет горизонтальную ось, а кабестан – вертикальную. А механические преимущества этих устройств проявлялись тогда, когда трос перемещался по колесу, которое вращалось вокруг своей оси. Таким путем человек может поднять груз в 6 раз больший, чем в том случае, если бы он делал эту операцию без помощи этого приспособления. В свою очередь, подъемный механизм, состоящий из блока со шкивами и лебедки, позволял одному человеку поднимать до полутора тонн груза. Для сравнения: для буксировки по рампе каменного блока аналогичного веса пришлось бы задействовать около 40–60 человек.
Краны в Древнем мире
Но помимо пирамид в Древнем мире было построено немало и других огромных сооружений. Так, в храме бога Амона-Ра в Карнаке находится лабиринт из 134 колонн, каждая из которых достигает высоты 23 метра. Они, в свою очередь, служат опорами для поперечных балок весом от 60 до 70 тонн.
Восемнадцать капитальных блоков, из которых воздвигнута колонна Траяна в Риме, в сумме весят более 53 тонн. А ведь они были подняты на 34-метровую высоту. В храме римского Юпитера в ливанском городе Баальбеке находятся каменные блоки весом более 100 тонн, поднятые на почти 19-метровую высоту. Сегодня, чтобы поднять даже эти камни на такую высоту, понадобился бы очень мощный кран. А что в таком случае говорить о трилитоне Баальбека, который является частью западной подпорной стены храма. Состоит он из трёх сложенных в ряд известняковых блоков на высоте около 7 метров. Длина каждого из них 21,3 метра, высота – 4,8, ширина – 4 метра и вес – около 800 тонн. В этом случае такие грузы даже самому мощному крану вряд ли окажутся под силу.