Пирамиды из песка

Шлегель И.Ф.
(«ХиЖ», 2020, №5)

pic_2020_05-06_16.jpg

Трудно подумать, но элегантные колонны и своды барселонского храма Саграда Фамилия выполнены из белого бетона, специально подготовленного для этой стройки компанией «Hanson Hispania» из группы «HeidelbergCements». А вдруг и египетские пирамиды также цементные?

Какие технологии использовали древние строители, создатели мегалитических сооружений по всему миру? Эта тема в числе вечных. Не одну сотню лет светлые умы человечества пытаются разгадать загадку: как без строительных машин, без стального инструмента они точнейшим образом пригоняли друг к другу многотонные блоки? Как делали в прочнейшем граните идеально круглые отверстия, как вырубали барельефы? Ведь возраст этих памятников огромен – у некоторых он теряется в глубинах каменного века. А если это был бетон? Не тот, что запатентовал Жозеф Монье в 1885 году и на изготовление которого нужно тратить много тепла, а другой, получаемый ручным трудом. Автор статьи, директор Института новых технологий и автоматизации промышленности строительных материалов, предлагает свою версию.


Невозможный бетон пирамид

Самые известные мегалиты мира – это египетские пирамиды. Согласно официальной версии, долгие годы огромная армия рабов их строила из гранитных блоков, которые везли из каменоломен в верховьях Нила, а затем блоками и рычагами водружали друг на друга. Реконструкторы технологий даже сумели воспроизвести детали этого процесса и доказали: человеку действительно по силам перемещать огромные глыбы при помощи весьма примитивного оборудования и силы мускулов. 

Однако представим себе заслуженного прораба Древнего Египта, перед которым поставлена задача: построить пирамиду. Задача поставлена не кем-нибудь, а фараоном, с которым, как известно, шутки плохи – умри, но сделай. И вот мысли этого строителя заняты непосильной задачей: если строить из кирпича, на обжиг не хватит всех лесов Египта, если строить из камня, то нужна точная подгонка размеров и много рабочих – не хватит населения Египта. Вот бы вылепить строительные блоки из такой глины, чтобы она на месте застывала и не требовала обжига, думает он. 

Что это за глина? В принципе, она нам известна – бетон. Более того, реконструкторы уже поработали и на этом поле: они нашли в блоках пирамиды и гвозди, и следы циновки – мягкой опалубки, и даже человеческие волосы. Одного не нашли: нужного состава, который позволил бы делать искусственные блоки гранита, не отличимые от монолитного камня. А почему нельзя использовать известный нам цементный бетон? Потому что цемент нужно обжигать, а это требует огромных расходов энергии, то есть в древние времена – дров, которых в Египте не было и нет. 

Так появилась идея, что египтяне использовали так называемый геополимерный бетон, который придумал французский химик Иосиф Давидовиц в 1978 году. Конечно, меня заинтересовал состав этого сказочного материала. А он такой: шлак, зола, гидроксид калия или натрия, жидкое стекло, вода. Получается, что если первая часть названия удивительного бетона, «гео», предполагает, что все материалы берут с поверхности земли, то из «гео» в этом составе одна вода. Давидовиц пишет, что гидроксид натрия в избытке имеется в соляных озерах, а вместо золы может быть использован ил со дна Нила, которого опять же в избытке. Однако гидроксид что натрия, что калия в природе отсутствуют. Их можно получить из соды, но ее в Древнем Египте добывали отнюдь не из соляных озер, а получали из минерала натрона, запасы которого были столь малы, что эта сода никак не могла пойти на строительство пирамид – вся она уходила на производство стекла. Соду в промышленных количествах можно делать из мела, однако соответствующий сложный химический процесс был разработан бельгийцем Эрнестом Гастоном Сольве только в 1861 году, и этот процесс требует немалых затрат тепла. Речной ил содержит до 30% органических веществ, и его нельзя в исходном виде использовать в составе шлакощелочного вяжущего. Золу, ввиду отсутствия ТЭЦ, можно было получать, сжигая деревья, но это дорогое удовольствие, ведь древесины в долине Нила никогда не хватало и ее импортировали. Для доказательства идеи Давидовица показывают фильм, где ряженные под древних египтян замешивают в яме геополимерный бетон, причем засыпают «чистый» гидроксид калия и получают формованные в опалубку блоки.

Интересно, что, глядя на состав якобы нового материала, видно, что это обычный шлакощелочной бетон, известный уже более 100 лет. В «Справочнике кустаря» 1931 года издания приводится много рецептов этого бетона, используемого для реставрации мрамора, гранита и тому подобных каменных изделий. Причем рецепты взяты из еще более ранних зарубежных изданий. В СССР в Киевском инженерно-строительном институте в начале 1950-х годов под руководством профессора В.В.Глуховского тщательно изучали шлакощелочное вяжущее для бетона, однако эти разработки не удалось широко внедрить: цемент оказался выгоднее.

Таким образом, Иосиф Давидовиц придумал красивое слово для обозначения известного шлакощелочного вяжущего и метод продвижения этого вяжущего на рынок путем широкой рекламы, построенной на раскрытии «тайны строительства египетских пирамид». 

У его работы было интересное продолжение. Авторы новой хронологии А.Т.Фоменко и Г.В.Носовский собрали множество аргументов в защиту способа изготовления из бетона блоков для строительства пирамиды и склонили значительную часть аудитории в пользу бетонной версии. Однако из-за невозможности ответить на вопрос: что же это был за бетон? – ухватились за предложение И. Давидовица и признали геополимер. В результате геополимер Давидовица оказался ложкой дегтя в бочке с медом, и гипотеза бетонного строительства была поставлена под сомнение, так как геополимер в качестве материала для строительства пирамид не выдерживает самой доброжелательной критики.


Нанотехнология бетона

pic_2020_05-06_18.jpg

Камни с берега Персидского залива состоят из ракушек, обломков кораллов, склеенных кремнистой связкой

Вернемся к древнеегипетскому прорабу. Стоит он на берегу Красного моря, смотрит на набегающие волны, на то, как песок трет песок. Бросает камушки в воду, и тут в его руке оказывается странный камень, похожий на тот, что попался мне на пляже, когда я отдыхал в Дубае. Рассматривая его, можно увидеть конгломерат, состоящий из отдельных камней, ракушек и частиц кораллов. Причем все это прочно связано между собой, и в связке просматриваются мелкие частицы песка. Возникает мысль: «Не те ли это частицы, что образуются от трения песка о песок?»

Набрав немного песка и возвратившись домой, будущий строитель пирамиды в результате нехитрого эксперимента убеждается: частицы кварца, измельченные мельче мелкой пыли, обладают вяжущими свойствами и не рассыпаются при сушке. То есть копирует у природы то, что теперь называют золь-гель-технологией. К сожалению, среди египтологов, пытающихся ответить на вопрос о строительстве пирамид, не было и нет ни одного специалиста, знающего строительные материалы и коллоидную химию. Иначе они бы давно догадались, что именно такая технология позволяет без сверхъестественных допущений построить пирамиды и объяснить многие несуразности.

Напомним, что золь – коллоидный раствор, где в объеме жидкости равномерно распределены частицы другой фазы (ее называют дисперсной), а гель – структурированная система; это тот же коллоидный раствор, в котором частицы дисперсионной фазы образуют пространственную структуру. Процесс золь-гель предполагает сначала получение золя, который затем переводят в гель. Каркас же формируется из соединившихся частиц дисперсионной фазы. Способность золей становиться гелями известна уж три столетия, однако сейчас этот процесс окрестили модным словом «нанотехнологии». Хотя если вспомнить, что, скажем, в глине много частиц размером менее 100 нм, то окажется, что она – явный наноматериал, а процесс изготовления кирпича, известный по меньшей мере пять тысячелетий, уместно окрестить нанотехнологией.

К настоящим чудесам нанотехнологии следует отнести разработки известного российского материаловеда и специалиста в области керамобетонов, доктора технических наук Ю.Е.Пивинского, который создал немало огнеупоров для металлургии и космической техники. Он не только исследовал высококонцентрированные вяжущие суспензии, но и внедрил их в производство огнеупоров на заводе «Динур». Суть его подхода состоит в том, что некоторые неорганические вещества, измельченные до частиц размером менее 100 нм, обладают вяжущими свойствами, то есть могут образовывать гели. К таким веществам принадлежат SiO2, Al2O3, TiO2 и некоторые другие. Для получения бетона к гелю из них добавляют наполнители: известняк, гранит, диорит и другие минералы. При этом важно, чтобы частицы-наполнители имели полидисперсный состав, подчиняющийся требованию оптимальной упаковки: тогда количество вяжущего составит всего 4–6% от массы бетона. 

И что в результате? В зависимости от того минерала, что применяли в качестве наполнителя, можно получать искусственные блоки известняка, гранита, мусковита, базальта, аргиллита и многих других. В наше время, впрочем, такой искусственный камень не имеет экономической перспективы как декоративный материал: дешевле добывать в карьере натуральный камень и затем распиливать на плиты и блоки, благо современные стальные и алмазные инструменты легко позволяют это делать. А для изделий домашнего обихода – столешниц, раковин из искусственного камня – разработаны составы с минералами на эпоксидном связующем. Для техники же такие искусственные камни очень пригодились. Пивинский делал из них не только огнеупоры для футеровки установок непрерывной разливки сталей, но и головные обтекатели ракет зенитных комплексов С-300 и С-400.

На заводе «Динур» огнеупоры изготавливают с использованием кремнезема: он обладает самым низким тепловым коэффициентом линейного расширения – это важно для обеспечения термостойкости при смене тепловых режимов. А вот попытки использовать такой способ в производстве строительного кирпича успеха не имели: себестоимость продукции оказалась слишком высокой. 


Образцы-свидетели

pic_2020_05-06_17.jpg

Пирамиду Хеопса безвестные строители создали в XXVI веке до н.э. из гранита, не имея под рукой стального инструмента для обработки этого твердого материала

У древнеегипетского прораба было много рабочих рук, мало топлива и не было ни стального инструмента, ни хорошего материала для масштабного строительства. Поэтому золь-гель-технология могла оказаться его единственным спасением от гнева фараона. Можно ли найти следы применения такой технологии? Да, для этого нужно другими глазами взглянуть на известные египетские артефакты.

При раскопках находят жернова. Они служили для первичного помола песка и отмывки оксидов железа. Оксиды железа отравляют коллоидное вяжущее, поэтому их должно быть не более 1%, иначе изделие получается непрочным. В обычных песках оксида железа гораздо больше, 5—6%, потому они и требуют отмывки. Значит, рядом со стройплощадкой должно быть это железо. И оно есть: оксидные конкреции, так называемые кирасы, разбросаны вокруг пирамиды и встречаются даже на глубине 20 метров. Видимо, получившуюся при отмывке песка жидкость с большим содержанием железа сливали в расщелины, и при потере воды она превращалась в твердые жилы.

Другой важный артефакт – каменные терки, также в большом количестве обнаруженные при раскопках; они служили для доведения отмытого кремнезема до наноразмерных фракций. На заводе нанометровые фракции кремнезема получают в шаровых барабанных мельницах. Однако перетирание более выгодно по трудозатратам, чем ударное измельчение в шаровых мельницах. Так возникает возможность оценить сверху трудозатраты: при переработке одного и того же объема материала древнеегипетские рабочие тратили меньше энергии, чем мельницы. 

На заводе «Динур» на одну тонну вяжущей суспензии затрачивают 375 кВт.ч электроэнергии. Вес пирамиды Хеопса – 5 млн тонн. Однако если учесть, что ее середина сделана на треть из колотых известняковых блоков, то для строительства понадобится 3,3 млн тонн бетонных блоков. По свидетельству Геродота, стройка заняла 30 лет. Значит, в год было необходимо сделать 110 тысяч тонн блоков, и, если работать 360 дней в году, – 300 тонн блоков в день. При этом вяжущего надо 4%, то есть около 12 тонн в день. По нормам завода выходит, что расход энергии на перетирание составлял 4500 кВт.ч. 

Как известно, один киловатт электрической мощности соответствует мощности тридцати трех человек. С учетом 12-часового рабочего дня для выработки одного кВт.ч энергии нужно 33:12=2,75 человеко-дня. Тогда для изготовления 12 тонн связующего потребуется 4500·2,75=12 375 человек. Это число согласуется с данными историков, которые утверждают: на строительстве пирамиды работало 100 тысяч человек. Как видно, примерно 12% из них были заняты получением вяжущего для бетона. Это вполне разумно.

Интересный артефакт – частицы меди, обнаруженные на поверхности гранитных блоков. Версия о том, что это следы от медных пил, использованных при распиле блоков, выглядит фантастической: гранит намного тверже меди и, если быть материалистом, такую обработку надо признать невозможной. А вот отделать опалубку медными листами вполне разумно: она прослужит долго.

Рядом с пирамидой Хеопса обнаружили ладьи. Похоже, их легендарное назначение для переправы души умершего фараона через реку Стикс можно отнести к сказкам для доверчивых туристов. Назначение ладей оказывается гораздо прозаичнее: это емкости для перевозки бетона. Интересно, что у них выгодное отношение ширины к длине, которое позволяет транспортировать большие объемы материала по узким проходам. В результате становится приемлемой идея архитектора и энтузиаста исследования пирамид Жан-Пьера Удена о том, что обнаруженные в пирамиде внутренние пандусы с уклоном 7% предназначены для транспортирования строительных материалов. Только транспортировали по ним не громадные блоки, а бетон, приготовленный на кремнеземистом связующем.

Одну ладью нашли в яме, которую так и назвали – ладейная яма. Скорее всего, в ямах мешали и выдерживали бетон. А ладью в одной из них оставили для замачивания да и забыли. Прилагаемыми к ладьям веслами не гребли, а мешали бетон: полученное при помощи терок кремнеземистое вяжущее сливали в яму, а затем выдерживали – нормализовывали, для чего требуется слабое помешивание. В дальнейшем, когда набиралось необходимое количество вяжущего, в яму при более интенсивном перемешивании засыпали песок, мелкий, а затем и крупный щебень. Полученный бетон загружали в ладью и перевозили к месту укладки в опалубку.

Гигантские размеры блоков не случайны: в опалубку таких размеров можно бросать крупные камни – они создают ударную волну, которая способствует вытеснению воздуха и уплотняет бетонную смесь. Кроме того, такой камень замещает некоторое количество драгоценного бетона, образуя оптимальный гранулометрический состав. Скорее всего, камни утапливали послойно при помощи колотушек, они же еще сильнее уплотняли бетон. А если бы строительство вели из цельных блоков, не было бы никакого смысла делать их таких размеров, если, конечно, для транспортировки не привлекать явление левитации. Следы от пил и надпилы блоков, сделанные якобы неведомым в древности инструментом, могли появиться уже в наши дни при изучении материала пирамид. По свидетельству крупного специалиста-египтолога Альфреда Лукаса, реставратора Каирского музея, во множестве гиероглифов, хорошо сохранившихся до наших дней, изображены процессы обработки камня: отбивание в каменоломне, трение зажатыми в руках камнями, сверление; однако нет ни одного изображения распиливания!

Тем же способом, что искусственные гранитные блоки, можно делать и штукатурку, только с наполнителем из одного песка. А если этот песок сделать измельчением гранита, тогда отштукатуренную поверхность будет трудно отличить от гранитного монолита. Выпуклые узоры и гиероглифы на стенах печатали по влажной штукатурке штампом, заранее вырезанным из дерева.

Саркофаг в переводе означает «пожиратель мяса», однако он уже давно служит пожирателем умов египтологов: много лет они ломают голову – как он оказался в центре пирамиды Хеопса, если габариты саркофага намного превышают ширину проходов. Проблема решается, если изготовить саркофаг и крышку из искусственных черного базальта и красного гранита: их делали на месте и заливали в опалубку.

Интересно искусство размягчения камня, о котором говорят исторические источники: это свойство присуще изделиям с высококонцентрированной вяжущей суспензией. Такие изделия, набравшие некоторую прочность, но еще не высохшие, могут размягчаться при механических воздействиях; а если они потеряли некоторый процент влажности, то при орошении вновь приобретают пластичность.


Круговорот размеров

pic_2020_05-06_19.jpg

Южный Камень баальбекского храма Юпитера (I век н.э.) современная строительная техника не сдвинет

Используя гипотезу о древнем нанобетоне, можно объяснить странности не только египетских пирамид, но и некоторых других загадочных сооружений. Например, в Перу, в древнем поселении Мачу-Пикчу, есть стена, где неведомая сила выгнула блоки. Здесь нет ничего сверхъестественного: строители рано сняли опалубку, пошел ливень и под его напором стену выгнуло. Потом бетон набрал прочность, а стена так и осталась искореженной. 

Оплавленный участок стены в Куско некоторые энтузиасты приписывают взрыву ядерной бомбы, который произошел неподалеку. Однако поверхности, похожие на остеклованные, получаются, если доза наносвязующего более 6%. Полигональную кладку, выполненную без всякого раствора из плотно пригнанных другу к другу камней, применяли для строительства многих мегалитов. Объяснить ее, придерживаясь версии строительства из отесанных монолитов, очень трудно, если не прибегать к помощи инопланетян и сверхъестественных сил. А вот приняв, что это была бетонная технология, удается прояснить многое. Опалубкой в этом случае служила кожа, натянутая на деревянную рамку. Поэтому блоки и получились выпуклыми с обрамлением по контуру – это след от рамки. А размер их разный оттого, что кожи были разными. 

Мегалитические сооружения разбросаны по всей планете, они встречаются и в Африке, и в Азии, и в Америке. Самый крупный объект – в ливанском Баальбеке, в храме Юпитера. Это так называемый Южный Камень, его вес больше 1000 тонн. Такую громадину доставить на место не помогла бы и современная грузоподъемная техника. Понятно, что этот камень, как и многие пирамиды, искусственного происхождения и сделан также по бетонной технологии на кремнеземистом связующем.

Как же в древние времена в разных концах света люди могли обладать одной и той же технологией? Ученые, опасаясь насмешек, не занимаются этим вопросом, а энтузиасты предполагают, что «сакральные» знания нам передали инопланетяне. Я ничего не имею против инопланетян, однако не уверен, что нельзя дать ответ без учета инопланетного вмешательства. Альфред Лукас пишет: «Почти всякое вещество, даже совершенно инертный кварц в достаточно мелко истолченном и в смоченном состоянии обладает хотя бы небольшой силой сцепления, но при высыхании частицы его распадаются, отсюда вывод: измельчение не решает проблемы, да и материал в этом случае не был мелко истолчен». Он стоял на пороге открытия, но, работая экспертом музея, не стал «мелко толочь», тем более измельчать мельче мелкого и не перевел песок в состояние кремнеземистого связующего. Видимо, в разных концах света в разное время некоторые более наблюдательные люди смогли пойти дальше Лукаса и, подобно упомянутому древнеегипетскому прорабу, создавали свою нанотехнологию кремнеземистого вяжущего. Однако эта технология имеет смысл именно для создания мегалитических сооружений, когда людей много, а дров для обжига тех же кирпичей мало. Условия изменились, необходимость строить такие колоссы, как пирамида Хеопса или баальбекский храм Юпитера, отпала, и технология была забыта: из кирпича строить удобнее.

Наблюдая за природой, мы понимаем, как из гор рождаются камни, которые со временем превращаются в щебень и гальку, а затем становятся песком и глиной. В дальнейшем происходит обратный процесс: кремнеземистое вяжущее опускается на глубину, где цементирует песок и различные обломки, образуя осадочные породы – ракушечник, известняк, гранит и множество других минеральных образований, которые составляют три четверти земной коры. Так, подобно закону круговорота воды в природе, можно сформулировать закон круговорота размеров минералов в природе: крупное рождает мелкое, мелкое становится крупным.


Смысл пирамиды

Если с технологией строительства пирамид можно разобраться, то надежд на разгадку тайны их предназначения гораздо меньше. Египтологи посчитали, что на данный момент существует около 600 версий, которые укладываются в несколько направлений техногенного, религиозного, физического и эзотерического характера. Добавим к этому еще одну версию, психологическую.

Строительство огромного, заметного из космоса сооружения потребовало огромных усилий. Казалось бы, такая трата должна иметь разумное обоснование. Однако порой человек тратит много усилий для достижения совершенно бессмысленного результата. Например, рискуя жизнью лезет на скалу, чтобы написать на каменной плите: «Здесь был Вася».

Фараонам ничто человеческое не было чуждо, и, вполне возможно, что они тоже хотели оставить свой след в истории. Тем более что лично фараону для строительства пирамиды надо приложить примерно столько же сил, сколько и Васе.

Зато мы теперь знаем, что «Здесь был Хеопс»!



Что можно прочитать по этой теме

Ю.Е.Пивинский. Кварцевая керамика, ВКВС и керамобетоны. История создания и развития технологий. СПб.: Политехника-принт, 2018.

А.Лукас. Материалы и ремесленные производства Древнего Египта. М.: Издательство иностранной литературы, 1958; Ancient Egyptian materials and industries by A.Lucas. London, 1948. Third edition, revised. 

123

Разные разности

11.01.2021 16:00:00

…предложена методика построения электрофизической модели верхнего слоя грунта Луны на основе данных о его минералогическом составе и диэлектрических свойствах…

…масса всего, что сделано человеком, превысила суммарный вес всех живых существ на планете…

…в сельских районах жарких стран можно стерилизовать инструменты в автоклавах с помощью солнечного тепла…



>>
29.12.2020 14:00:00

Пандемия КОВИД-19 уже к июлю 2020 года обошлась мировой экономике в 6—16 триллионов долларов. А к четвертому кварталу 2021 года потери только США превысят 16 триллионов. Всех этих потерь можно было избежать, проведя комплекс понятных специалистам мероприятий.

>>
23.12.2020 16:00:00

В мире политики установилась новая норма: победитель выходит с перевесом в считаные доли процентов голосов. Какой механизм может лежать в основе такого электорального равенства? Многие социологи ломали головы, но вот за дело взялись профессиональные физики, и всё стало на место.

>>
07.12.2020 17:00:00

…впервые получены доказательства изменения вида черной дыры с течением времени…

…криоэлектронная микроскопия теперь позволяет получить структуру белка с атомарным разрешением…

…самки китовых акул растут медленнее, чем самцы, но в конце концов вырастают крупнее; особи длиной более 12 метров — преимущественно самки…

>>
04.12.2020 17:00:00

В числе аргументов противников пьянства появился новый. Его предоставили исследователи из Миссурийского университета.

>>