Геометрия бетона

Итак, бетон не горит в огне, не боится воды, хорошо сохраняет тепло, дешев, долговечен и может быть применен в самых разнообразных случаях. Поэтому о нем с полным правом можно сказать, что это — царь-камень.

И самое удивительное заключается в том, что его незачем искать, — люди делают его своими собственными руками.

Как они пришли к мысли о бетоне, нам уже известно. Сейчас гораздо уместнее поговорить о том, что за силу они вдохнули в него и как эта сила сделала бетон царем всех камней.

Тысячелетиями раздумывая над тем, как бы самим делать камни, люди всё время внимательно наблюдали явления, происходящие в природе. Эти наблюдения привели их к раскрытию тайны каменного клея. А когда способ изготовления цемента перестал быть тайной, всё остальное было легче и проще.

В распоряжении строителей оказался не один, а сразу несколько рецептов каменного клея. Теперь надо было с их помощью приготовить бетон, который мог бы удовлетворить самым придирчивым требованиям.

И тут первый вопрос, который возник, был вопрос о прочности. Ученые рассуждали так: «Чем склеивать, теперь известно. Надо, чтобы было еще и что склеивать». А этого «что» далеко искать не пришлось. Природа щедро наделила им почти все страны. Это гравий и песок. Значит, вопрос о материале, из которого можно приготовлять бетон, разрешался быстро и просто.

Под микроскопом бетонная смесь оказалась похожей на решето.


Сколько ни трясти банку, бобы никогда так и не удастся «ужать»...


Круглые предметы всегда только чуть-чуть будут соприкасаться друг с другом.

Казалось бы, всё хорошо, и ни одного облачка нет на солнечном небосводе строителей. Увы, на самом деле так только казалось. Иногда облака закрывали весь горизонт, а вслед за ними появлялись тучи.

Одной из таких туч была, кто бы вы думали? Геометрия! Та самая геометрия, с которой некоторые из вас иногда не ладят. Не в ладах геометрия оказалась и с гравием, и даже с песком. Эти нелады причиняли немало беспокойств строителям.

Дело в том, что гравий, так же как и песок, достают со дна морей и рек. Сотни лет преспокойно лежал себе он там, и вода день за днем шлифовала его, пока не стал гравий совсем гладким, похожим на обыкновенное яйцо. А тут его решили взять да и склеить. И долго из этого ничего не получалось. Ведь известно, что сколько бы вы ни старались склеить между собой два яйца, никогда этого сделать не удастся. Самый лучший клей окажется бессильным совершить такое чудо.

То же самое нередко происходило с гравием и песком, когда их смешивали с цементным   тестом. В лучшем случае их округлые поверхности лишь чуть-чуть соприкасались друг с другом. Рассматривая бетонную смесь в микроскоп, можно убедиться, что она скорее похожа на решето, чем на сплошную массу гравия и песка, склеенную каменным клеем.

Надеяться на то, что такой бетон будет прочным, нельзя было. К тому же утрамбовывание его требовало очень больших усилий. А нужного результата так и не удавалось достигнуть. Почему это происходило, вы можете узнать сами.

Возьмите обыкновенные бобы и насыпьте их в стеклянную банку. Так легче будет заметить, сколько они займут места. Теперь попробуйте их уплотнить, или, как говорят строители, утрамбовать.

Под давлением вашей руки зерна начнут скользить, соприкасаясь друг с другом. Сквозь стеклянные стенки банки легко можно обнаружить между ними пустоты, и в самом деле похожие на решето. Но главное, — взгляните на отметину, которую вы сделали; бобы не «ужались» ни на один миллиметр. Не поможет делу и встряхивание, — как бы вы ни трясли, — сколько занимали места бобы вначале, столько продолжают занимать и теперь.

Круглые предметы всегда только чуть-чуть соприкасаются друг с другом. Таковы законы геометрии.

Теперь проделайте другой опыт. И не смущайтесь, что решение задачи оказалось таким долгим и хлопотливым. Ученые тоже ведь ни одну научную задачу никогда еще не решали сразу.

Долгие годы упорных исканий, бессонные ночи, неудачи, сменяющие друг друга, глубокие раздумья и сомненья ждут тех, кто ищет в науке. И только того, кто запасся терпением и настойчивостью, кто по нескольку раз может повторять один и тот же опыт, не боясь неудач, — только его и ждет успех открытия, никогда не бывающий легким, но зато заслуженный и почетный.

Гречиха оказалась куда более податливой и после первой же встряски сильно «ужалась»...

Вместо бобов насыпьте в ту же банку гречиху. Заметьте опять, сколько она вначале будет занимать места.

После первого же ужатия вам приходится делать новую отметину, — гречиха уплотнилась и уровень в банке понизился.

После того, как вы потрясли банку вторично, гречиха потеснится еще больше, и вам придется делать новую отметину. Каждая крупинка лежит теперь, тесно прижавшись к своим соседкам, и никаких пустот между ними нельзя обнаружить.

Чем же объяснить, что гречиха с первого же раза оказалась податливой?

Долго искать ответа на этот вопрос не придется. Положите перед собой на стол по одному зернышку бобов и гречихи и внимательно рассмотрите их.

Оба зерна не похожи друг на друга. И дело, конечно, вовсе не в том, что зерно гречихи раз в пять или шесть меньше бобового. Главное — в форме зерен. Бобовое похоже на яйцо, а у гречихи оно — остроугольное, немного напоминающее остаток граненого карандаша, которым уже нельзя писать потому, что его неудобно держать в руке.

В этом вся суть дела. И в этом же заключен ответ на вопрос — почему по-разному вели себя в банке бобы и гречиха.

Зерна гречихи своими острыми углами как бы протаранивают себе дорогу и свободно входят в пустоты, тесно укладываясь рядом друг с другом. А бобы, как бы мы ни заставляли их, не могут плотно улечься.

То же самое происходит с песком и гравием. Как ни утрамбовывай их, всё равно между ними останутся пустоты.

Конечно, когда приготовляют бетон, пустоты эти не будут похожи на простые дыры, в которых потом начнет свободно гулять ветер. Их заполнит цементное тесто. Но сколько же надо цемента, если он должен не только склеивать песок и гравий, но еще заполнять образовавшееся между ними бесчисленное множество пустот?

Вот и оказалось, что, прежде чем браться за приготовление бетона, надо было сначала решить
задачу по геометрии: какую форму должен иметь мелкий камень, которым будут пользоваться для приготовления бетона?

Ответ напрашивался сам собой. Камень должен быть обязательно остроугольный, — только он и сможет хорошо уплотниться. И только тогда в приготовленном бетоне основную массу будет составлять не дорогое цементное тесто, а мелкий камень, отдельные кусочки которого тесто крепко склеит между собой.

Теперь оставалось лишь разыскать в горах или оврагах, на берегах рек или морей такой камень. Однако мест подобных в природе совсем не много, и, если бы вся надежда была только на них, то от мысли делать бетон пришлось бы, пожалуй, отказаться. Но никто не проявлял беспокойства, и уж тем более никому не приходило в голову отказываться от решения, которое было совершенно правильным.

Строители поступили совсем иначе. Они сказали: «Остроугольный камень нужен? Нужен! В природе его можно найти? Мало. Зачем же надеяться на природу? Мы и сами придадим ему форму, которая необходима!»
И всё получилось так, как сказали строители. Помогли им в этом конструкторы. Они придумали специальные машины, которые легко стали раскалывать большие глыбы камня на мелкие кусочки. Машины эти назвали камнедробилками. С помощью камнедробилок строители получают теперь камни не только нужной величины, но также и нужной формы. И делается это без всяких усилий со стороны человека.

Мелкий щебень, получаемый из камнедробилок, имеет и еще одно важное преимущество: поверхность у него шероховатая, и поэтому отдельные кусочки дробленного камня .склеиваются несравненно лучше, чем если бы они были гладкими.

Словом, теперь как будто задача по геометрии была решена и на пути приготовления прочного бетона не должно быть никаких препятствий.