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.
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.
Первым изготавливается токарный станок. Простейший вариант состоит из длинной плоской станины под названием «постель» с передней бабкой на одном конце и задней на другом, которая может фиксироваться или скользить по станине вперед и назад. Заготовка закрепляется на передней бабке посредством шпинделя — зажимается в планшайбе или патроне с подвижными губками — и вращается вокруг продольной оси. Вращает ее посредством ременной или зубчатой передачи тот источник энергии, который вы примените (водяное колесо, паровая машина, электромотор). Заднюю бабку можно использовать для закрепления второго конца заготовки, так как она движется по станине, или для удержания сверла и просверливания каналов по центральной оси вращающейся детали. Каретка тоже движется вдоль станины, оснащенная резцом на поперечном ползунке, чтобы можно было точно управлять его примыканием к заготовке и задавать вращающейся болванке любую необходимую конфигурацию. На токарном станке можно выточить все его детали и собрать второй такой же, но еще удивительнее, что, едва начав его собирать, вы на нем же можете и