Второй после воды: как бетон стал самым популярным материалом на планете

Чтобы обеспечить жильем растущее мировое население, нужно строить по одному Парижу в день. Самый главный стройматериал для растущих городов сегодня — бетон. Масса цемента, необходимого для его производства, превышает массу продуктов питания, съедаемых всем человечеством за целый год. Как бетон стал для людей «второй водой», и нужно ли искать альтернативу? «Идеономика» публикует подробный пересказ лонгрида, опубликованного в Noema Magazine.

Бетонный храм

Цюрих. После Второй мировой войны власти Швейцарии решили, что страна нуждается в срочной модернизации. Поэтому живописную долину высоко в Альпах решено было использовать для развития гидроэнергетики. Снег и лед, покрывавшие горные вершины, весной и летом превращались в поток, который мог вращать турбины, и с целью покорения «белого угля» был разработан план строительства самой высокой бетонной гравитационной плотины, которую когда-то видел мир — Гранд-Диксенс.

Три тысячи геологов, гидрологов, геодезистов и простых рабочих пришли в нетронутую часть Альп в 1951 году. Работа в основном заключалась в заливке бетона в невообразимых масштабах. Более 10 лет сквозь дождь, снег, туман заливалась густая серая масса, и постепенно между горами начал подниматься монолит.

Среди рабочих был 23-летний Жан-Люк Годар, который позже стал одним из самых влиятельных режиссеров современности. Там, в Альпах, он начал снимать фильм, о том, как рабочие, подобно маленьким муравьям, суетятся среди огромных машин. Монументальная стройка получила название «Операция Бетон»; строительная компания выкупила этот любительский фильм у Годара и показывала его в кинотеатрах в качестве рекламы.

Через 10 лет строительство плотины завершилось, готовая стена весила 16,5 миллионов тонн. Огромная толпа собралась посмотреть, как рабочие заливают последнюю партию бетона. Документальные фильмы, книги и путеводители с этого момента провозглашали человека мифическим существом, победившим природу, а плотину — «бетонным храмом». Часть бетона, из которого строили платину, даже перевезли в соседнюю деревню, чтобы символично построить там бетонную церковь.

Так началась эпоха безудержного строительства в Швейцарии. И не только в ней — бетономания охватила весь Глобальный Север.

Сердцебиение строительства

Бетон заливали еще до Второй мировой, но это было ничто по сравнению с масштабами второй половины ХХ века. В 1900 году полезные ископаемые, связанные с производством цемента, составляли всего 15% строительных материалов, к началу 1970-х — 60%. Американский архитектор Фрэнк Ллойд Райт назвал масштабы строительства «удивительной лавиной стройматериалов». В Лагосе завоз 20 миллионов тонн импортного цемента вызвал затор судов, парализовавший работу порта почти на год.

Мы перестаем замечать все, что становится повсеместным и привычным. Бетон — как сердцебиение — сегодня редко удостаивается внимания, хотя от него зависит наша жизнь. Большая часть человечества живет в городах, которые выросли благодаря бетону. Почти все здания — от простых домов до небоскребов — частично или полностью построены из него. Или опираются на бетонный фундамент. Или имеют невидимый бетонный каркас. Потолки, полы — из бетона. Мосты, тротуары, пирсы, парковки, дороги, туннели, взлетно-посадочные полосы, системы метро — из бетона. Водопроводные трубы и канализация, ливневки — из бетона. Плотины, электростанции, фундаменты ветряных турбин… Бетон где угодно, из бетона что угодно.

Бетон — изобретение древнее. Примерно в 100 г. до н.э. римляне обнаружили, что вулканический пепел можно смешивать с известью и водой, и получится стройматериал. Римский бетон использовался для строительства Пантеона и Колизея. Считается, что потом рецепт бетона был утерян, но сохранился в древних книгах Ветрувия. Так или иначе, бетоном действительно длительное время почти не пользовались, но мастера-ремесленники сохранили знания о нем, а инженеры и ученые смогли индустриализировать.

Для создания бетона нужен цемент. Для его производства печи нагревают до температуры вулкана (более 1400 градусов Цельсия). В печи поступает смесь измельченного сырья (в основном известняка и глины). Тепло вызывает химическую реакцию, в результате которой образуется новый продукт, затем он измельчается до серого порошка, который вы видите в мешках с цементом. А потом его смешивают с песком, гравием и водой для получения бетона.

Сегодня бетон является вторым наиболее потребляемым веществом на Земле, а на первом месте — вода. Для его производства необходимо 4 млрд тонн цемента в год, это больше, чем за всю первую половину ХХ века. И на миллиард тонн больше, чем продукты питания, которые за год съедает все человечество. На производство бетона затрачивается до 2% всей воды в мире. Масштабное производство имеет масштабные последствия для живой природы: это и утрата биоразнообразия, и искалеченные карьерами горы, и участки земли, навсегда запечатанные непроницаемой серой коркой бетона, и разрушительная добыча песка в руслах рек. Но самое важное то, что углеродоемкий характер цемента оказался катастрофическим для атмосферы. Печи, используемые для нагрева известняка, обычно работают на ископаемом топливе, которое выделяет парниковые газы, а при нагревании сам известняк выделяет еще больше CO2. Каждый килограмм созданного цемента производит полкилограмма CO2. Выбросы парниковых газов мировой авиационной промышленности (2-3%) затмеваются выбросами цементной промышленности (около 8%). Если бы бетон был страной, он был бы третьим по величине источником выбросов CO2, уступая только США и Китаю. Регион Кинтеро в Чили, где расположено большинство цементных заводов, стал настолько загрязненным, что его называют «зоной жертвоприношения».

Но у этой жертвы две стороны. С одной мы имеем разрушения, вызванные производством бетона, с другой — остро нуждаемся в нем. Чтобы обеспечивать жильем растущее мировое население, необходимо в день отстраивать городской эквивалент Парижа, а в месяц — Нью-Йорка. При этом производить что-то другое, что может заменить бетон, в таких же масштабах невозможно. Профессор гражданского строительства Университета Оклахомы Тайлер Лей говорит: «Производство пресной воды оставляет огромный углеродный след, но мы никогда не жалуемся на воду. Бетон — это нечто аналогичное».

Бетон стал глобальным, так как производится из самых распространенных материалов на Земле. Его легко и дешево производить где угодно, даже в беднейших странах мира. К тому же бетон водонепроницаем, огнеупорен, способен выдержать сильные ветры, что очень актуально в условиях глобального потепления. По мере подъема уровня моря по всему миру строятся бетонные прибрежные стены. Например, 60% береговой линии Китая бетонированы. На побережье Нигерии возводится пятимильный бетонный барьер, чтобы защитить богатые районы города от береговой эрозии.

Мифология прочности

В архитектуре дискуссии о бетоне поляризованы. Говорить о нем в этих кругах — все равно, что говорить о вакцинации. Осознание разрушительной силы производства бетона спровоцировало рост движения тех, кто предлагает использовать массивную древесину: панели из дерева, склеенные и спрессованные, по прочности приближаются к бетону. Три года назад в Норвегии презентовали деревянный небоскреб, и у архитекторов из разных стран есть желание повторить этот эксперимент. Но мифологизированная прочность бетона накрепко засела в общественном воображении. Его считают волшебным жидким камнем, способным принять любые формы, невозможные для воплощения в другом материале.

Однако вечность бетона в последнее время ставится под сомнение. Доцент кафедры архитектурной и городской истории Мичиганского Университета Вита Пиво считает, что бетон не обладает теми качествами, в которые нас заставили поверить. «Зависимость от бетона – не просто научная или технологическая проблема, она глубоко культурная. Идею бетона как чудодейственного материала активно продвигали люди, облеченные властью. В США, например, компании создавали фильмы, буклеты и журналы. Они отправляли специалистов в сельские районы, где учили людей работать с цементом и использовать бетон во всех видах повседневного применения. Это был настоящий образовательный проект, призванный научить нас тому, как использовать бетон в повседневной среде. Так что дело не в том, что бетон обязательно был лучшим, очевидным или дешевым. Были определенные действующие лица, которые повлияли на это».

Долговечность бетона действительно ограничена. «Единственная причина, по которой он сегодня повсюду — это армирование», считает Люсия Алле, доцент кафедры архитектуры Колумбийского университета. Эксперименты с железобетоном начались в середине 1800-х годов, когда люди стремились изменить его недостатки. Причина в том, что бетон обладает чрезвычайно высокой прочностью на сжатие: его действительно трудно раздавить. Самый прочный бетон сегодня может выдерживать давление более 100 мегапаскалей — «вес африканского слона, балансирующего на монете», как выразился историк Вацлав Смил. Но бетон имеет низкую прочность на разрыв. Оказалось, что стальные стержни обладают совершенно противоположными свойствами, поэтому арматура стала широко использоваться для создания укрепляющего каркаса для заливки бетона. Почти весь бетон, который вы видите сегодня, армирован.

Проблема в том, что углекислый газ проникает в поры бетона и запускает химическую реакцию, вызывающую ржавчину арматуры. Ржавея, сталь расширяется, разрушая бетонный монолит. Сколько времени требуется железобетону, чтобы разрушиться из-за карбонизации? Ученые говорят, что около 100 лет. Только представьте себе, что во всем мире железобетон вот-вот начнет разрушаться.

Бетонная инфраструктура уже дает трещину. Вспомните мост Моранди в Италии, обрушение которого в 2018 году унесло жизни 43 человек. Или 12-этажное здание в Майами, которое рухнуло в 2021-м и убило 98 человек. В прошлогоднем отчете об инфраструктуре США большая ее часть — дороги, плотины, аэропорты, системы ливневой канализации, внутренние водные пути — получила оценку D, что означает «плохо», «находится в зоне риска». В Великобритании министр здравоохранения в этом году сообщил парламенту, что 34 больничных здания имеют бетонные крыши и им грозит внезапное обрушение.

Мы находимся на беговой дорожке зависимости от материала, который медленно портится с момента его первой заливки. В то время как большая часть Глобального Юга вступает в столетний период строительства, застроенная среда Глобального Севера обречена на выполнение монументальных задач по содержанию, сносу и, в худшем случае, разбору завалов. Снесенные бетонные здания в основном будут отправлены на свалки. Бетон теоретически можно переработать, но процесс отделения щебня от арматуры является дорогостоящим и трудоемким. Наблюдая за свалками в долине Лихай в Пенсильвании, можно заметить, что бетон сбрасывают в огромные кратеры старых известняковых карьеров, образовавшихся при его производстве. Массовые отложения раскрошенного бетона, как предполагают ученые, станут маркером нашей эпохи — вечным шрамом, который оставлен темпами и масштабами развития.

Геометрия камня

Я приехал в Цюрих, чтобы встретиться с Филиппом Блоком, главой Института технологий в архитектуре при ETH Zurich. Блок признает проблемы бетона, но его посыл таков: «Используйте бетон правильно». Он считает, что устойчивое развитие — это не только материалы сами по себе. Говорить о том, что дерево это хорошо, а бетон — плохо, неправильно. В мире, где необходимо обеспечить людям адекватное жилье и инфраструктуру, одними «полезными» материалами не обойтись. «Если бы мы построили все это из древесины, можете ли вы представить себе масштабы вырубки лесов и уничтоженного биоразнообразия? Это была бы полная катастрофа», — говорит Блок.

Одним из потенциальных способов решить проблему является «зеленый бетон», который можно обезуглеродить, если изменить производственный процесс. Другой способ — улавливать выбросы углерода на цементных заводах и повторно использовать его.

Блок уверен, что человек может проектировать и строить разумно, и с «худшим материалом» можно работать правильно. Нам может помочь представление о бетоне как об искусственном камне, а язык камня, по словам Блока, это арка. Историческая архитектура — это сводчатые сооружения, которые, по современным инженерным представлениям, давно должны были рухнуть. Но они стоят, твердо и неподвижно. Может быть, это с современными моделями что-то не так? Сила архитектуры прошлого кроется не в арматуре, а в геометрии. Для бетонного здания в 20-40 этажей 75% массы приходится на конструкцию, поддерживающую здание, и почти половина этой массы — пол. Блок и его команда, спустя 10 лет исследований, разработали систему полов, построенную по принципу сводов. Для их прочности не нужна арматура. По расчетам, сводчатые панели пола позволят сократить количество бетона и стали, используемых для изготовления полов среднего многоэтажного здания, примерно на 65%-80%. Без арматуры бетонные плиты не разрушаются так же быстро, как обычный железобетон. А поскольку сводчатые панели собираются всухую и удерживаются на месте только за счет сжатия, их можно разобрать и использовать повторно, когда срок службы здания подойдет к концу.

Новая нефть

В беднейшем пригороде Иньямбане в Мозамбике мужчины и женщины строят блоки. Купите цемент, смешайте его, сделайте блоки, сложите их и постройте бетонный дом. Цена мешка с цементом встречается в местных разговорах так же часто, как цена банки пива или пачки сигарет. Антрополог и социолог Жюли Солей Аршамбо писала, что люди в Иньямбане даже мыслят категориями цемента, оценивая свои услуги с точки зрения того, сколько мешков цемента смогут купить на зарплату.

Когда-то в Мозамбике бетон считался материалом колонистов. Во время португальского правления, которое закончилось только в 1975 году, столица была разделена на «Цементный город», населенный буржуазией и застроенный высотными зданиями, и «Тростниковый город», где жило в основном чернокожее население. Здесь можно было строить дома только из тростника, дерева или цинка. Бетон был под запретом. Дэвид Мортон в книге «Эра бетона» объяснял, что неблагополучные кварталы легко было снести для постройки новых домов растущего «Цементного города». Неудивительно, что даже в современном Мозамбике бетон считается символом успеха. И безопасности, так как защищает от экстремальных погодных условий. Эта тенденция охватывает весь континент — Африка является самым быстрорастущим рынком цемента в мире. Это «новая нефть» континента. По прогнозам, в период до 2050 года на страны Африки к югу от Сахары будет приходиться более половины мирового прироста населения. Здесь будет 120 городов с населением более 1 миллиона человек, включая несколько мегаполисов. Придется строить дома, дороги, инфраструктуру. Бетон, вероятно, будут заливать в масштабах, больших, чем это было на Западе в прошлом веке. И если в Европе очень немногие владеют этим ремеслом, в Африке бетон заливают все.

Те, кто изучает архитектуру, обеспокоены тем, что бетон вытесняет многовековые ремесленные знания, связанные с материалами — грязью, глиной и деревом. Квалифицированных мастеров, которые владеют историческими формами строительства, найти все труднее. Некоторые архитекторы из Западной Африки попытались бросить вызов бетону и отстоять местные знания и ресурсы. Глиняные постройки Дьебедо Фрэнсиса Кере, в том числе больницы и школы, сделали его первым африканским архитектором, получившим Притцкеровскую премию. Другие архитекторы — Клара Савадого, Мариам Камара, Нзинга Мбоуп — тоже призывают отказаться от бетона в пользу традиционных глины, камня и дерева, которые лучше подходят для условий регионального климата.

Разочарование

Я решил взглянуть на бетонную плотину Гранд-Диксенс. Сел на поезд, направлявшийся на юг, и через 24 часа оказался в пустом общественном автобусе, который мчался по крутым горным поворотам. Плотина и дорога к ней уже были закрыты на зиму, поэтому я вышел на последней остановке в местечке Маш и пошел пешком. Гиды предупреждали о сложных погодных условиях и лавинах и рекомендовали носить снегоступы. Но погода была теплая и ясная — Швейцария пережила один из самых теплых годов. Ледники Альп потеряли 6% своего объема, а к концу столетия потеряют все 80%.

Вокруг меня возвышались сосны и ели, а в воздухе висела тонкая паутина. Я останавливался при любом звуке, доносившемся из-за деревьев, надеясь увидеть альпийских горных козлов, но встретил только одинокого осла на огороженном поле.

На высоте около 6000 футов температура наконец начала падать, листья морозно захрустели под ногами. Я подумал о 10 холодных зимах, которые пережили строители плотин, и о явном высокомерии человека, который посмел приступить к строительству такой гигантской конструкции в этой местности. Потом лес поредел, и я оказался на склоне горы над долиной. И увидел плотину — идеальную прямую линию в неровном, хаотичном пейзаже. Я ожидал, что индустриальное величие гигантского монолита меня поразит, но плотина выглядела маленькой между двух огромных заснеженных гор. И я не смог сдержать разочарования.