В электротехнической лаборатории здания № 10 находятся бустерная установка мощностью 60 кВт и соответствующий распределительный щит для приема постоянного тока напряжением 220 В от турбогенератора и преобразования его в ток, изменяющийся от 0 до 750 В. Имеются также трансформаторы для получения переменного тока частотой 60 периодов в секунду при напряжениях от 110 до 2200 В. Распределительный щит предназначен для работы с этими различными напряжениями и подачи их на испытываемую аппаратуру в здании № 10, галерее № 2 или в других местах.
В галерее № 2 (рис. 3, табл. X) и в ящике для испытания ламп (рис. 2, табл. XI) проводятся испытания изоляционных материалов для использования в шахтах, а также электрических предохранителей, ламп и т. д. В самое ближайшее время предполагается провести сравнительные испытания безопасности различных шахтных электровозов и шахтного подъемного оборудования посредством этой лаборатории, и считается, что полученные результаты предоставят ценную информацию в качестве руководства по безопасности, надежности и долговечности этих приборов при их электрическом приводе.
Ящик для испытания электрических ламп и предохранителей. — Аппарат для испытания предохранительных ламп, электрических ламп и предохранителей состоит из железных пластин толщиной ¼ дюйма, соединенных болтами с уголковым железом 1½ дюйма для формирования ящика с внутренними размерами 18 на 18 на 24 дюйма. Ящик помещается на подставке на такой высоте, чтобы смотровые окна находились на уровне глаз наблюдателя (рис. 2, табл. XI), и соединяется газовой трубой с подачей природного газа, который может измеряться газгольдером или счетчиком рядом с ящиком.
С помощью этого аппарата можно изучать влияние взрывчатого газа на пламя, электрических искр на взрывоопасные смеси газа и воздуха, а также разрушения электрических ламп во взрывоопасной смеси газа и воздуха. Предохранительные лампы вводятся в ящик снизу через отверстие размером 6 квадратных дюймов, закрытое откидной железной крышкой, доступ к которому осуществляется через гибкую резиновую манжету длиной 20 дюймов.
В этом ящике можно сравнить поведение стандартной предохранительной лампы и испытуемых предохранительных ламп по высоте пламени для различных процентов метана в воздухе, влиянию такого пламени на воспламенение газа и т. д.
В каждом торце ящика имеется отверстие размером 1 квадратный фут, поверх которого может быть помещена бумажная диафрагма, удерживаемая каркасными дверцами, назначением которых является удержание газа таким образом, чтобы в случае взрыва не было причинено никаких повреждений. В передней части ящика находятся два смотровых окна из листового стекла размером 2⅝ на 5½ дюйма. В боковой стенке ящика между двумя окнами имеется отверстие диаметром ⅜ дюйма, которое может закрываться краном-винтом и через которое отбираются пробы для химического анализа.
Газгольдер состоит из двух железных банок: нижняя открыта сверху и заполнена водой, а верхняя открыта снизу и подвешена на противовесе. К верхней поверхности последней прикреплена шкала, которая движется вместе с ней, измеряя тем самым количество газа в держателе. Двухходовой кран позволяет впускать газ в газгольдер, а оттуда в испытательный ящик.
Галерея газа и пыли № 2. — Эта галерея изготовлена из листовой стали и аналогична галерее № 1, однако ее длина составляет всего 30 футов, а диаметр — 10 футов. Она опирается на бетонное основание (рис. 3, табл. X). Диафрагмы могут помещаться поперек любого торца или на различных секциях для удержания смесей газа и воздуха, в которых проводятся испытания. Впуск газа контролируется трубами и клапанами, а газ и воздух могут перемешиваться или смешиваться вентилятором, как описано для галереи № 1 и как показано на рис. 1.
Галерея № 2 используется для исследования влияния пламени различных ламп, электрических токов, двигателей и угледобывающих машин в присутствии известных смесей взрывчатого газа и воздуха. Она также используется для испытания длины пламени предохранительных ламп в неподвижном воздухе, содержащем различные пропорции метана, и для этой цели она удобнее ламповой галереи. При испытаниях со взрывоопасными смесями после введения испытываемого прибора и завершения подготовки управление операциями осуществляется с безопасного расстояния с распределительного щита в близлежащем здании.
Среди прочих исследований, проводимых в этой галерее, — исследования влияния искр на известные газовые смеси. Эти искры аналогичны тем, которые высекаются кайлом о кремень, но в данном случае они производятся путем трения быстро вращающегося наждачного круга о стальной напильник. В этой галерее также можно изучать эффект искры, производимой корот замыканием известного напряжения, пламени дуговой лампы и т. д.
Исследования строительных материалов. Исследования строительных материалов проводятся с целью определения характера и степени доступности материалов, пригодных для использования в строительных и возводимых Правительством сооружениях, а также того, как эти материалы могут использоваться наиболее эффективно.
Эти исследования включают:
(1). — Изучение распределения и местной доступности вблизи каждого из строительных центров в Соединенных Штатах таких материалов, которые необходимы Правительству.
(2). — Способы наиболее эффективного использования этих материалов.
(3). — Их огнестойкие качества и прочность при различных температурах.
(4). — Лучшие и наиболее экономичные методы защиты стали огнестойким покрытием.
(5). — Наиболее эффективные методы дозирования и смешивания заполнителя, имеющегося на месте, для различных целей.
(6). — Характер и ценность защитных покрытий или различных смесей для предотвращения разрушения морской водой, щелочью и другими разрушающими агентами.
(7). — Виды и формы армирования для бетона, необходимые для достижения наибольшей прочности в балках, колоннах, плитах перекрытий и т. д.
(8). — Исследование глин и продуктов из глин, необходимых для правительственных работ, в отношении их прочности, долговечности, пригодности в качестве огнестойких материалов, а также методов анализа и испытания глиняных изделий.
(9). — Испытания строительных камней и исследования их доступности вблизи различных строительных центров по всей территории Соединенных Штатов.
Деятельность Отдела строительных материалов включает исследования материалов для производства цемента, составных материалов бетона, строительных камней, глин, глиняных изделий, железа, стали и прочих строительных материалов для нужд Правительства. Организация состоит из ряда секций, включая секции химического и физического исследования закупок департаментов; полевого отбора проб и лабораторного исследования составных материалов бетона, собранных квалифицированными полевыми инспекторами в окрестностях крупных коммерческих и строительных центров; аналогичного полевого отбора проб строительных камней, а также глин и глиняных изделий, предлагаемых для использования в правительственных зданиях или инженерных сооружениях; и пересылки таких образцов в испытательные лаборатории в Сент-Луисе или Питтсбурге для исследования и испытаний. Исследовательские испытания включают эксперименты в отношении разрушающих агентов, таких как электролиз, щелочные земли и воды, соленая вода, огонь и выветривание; а также эксперименты с защитными и гидроизоляционными агентами, включая различные смывки или запатентованные смеси, имеющиеся на рынке, и методы промывки и смешивания растворов и бетона, которые могут привести к снижению проницаемости таких материалов для воды.
Также проводятся исследования с целью определения характера и степени доступности материалов, пригодных для использования в строительных работах Правительства, и того, как эти материалы могут использоваться наиболее эффективно и безопасно. Хотя закон, санкционирующий эту работу, не разрешает проводить исследования или испытания для частных лиц, считается, что эти испытания для Правительства не могут не иметь большой общей ценности. Совокупные расходы Федерального правительства на строительные и инженерные работы составляют около 40 000 000 долларов ежегодно. Эта работа выполняется в стольких различных условиях, в столь географически удаленных точках и требует такого разнообразия материалов, что проблемы, подлежащие решению для Правительства, не могут не охватывать большую часть потребностей инженерной профессии, правительств штатов и муниципалитетов, а также широкой общественности.
Характер работы. — Испытания и анализы строительных материалов, закупаемых различными бюро и департаментами для нужд Правительства, проводятся для определения характера, качества, пригодности и доступности представленных материалов, а также для получения данных, ведущих к более точным рабочим значениям в качестве основы для лучших рабочих спецификаций, с тем чтобы позволить правительственным чиновникам использовать такие материалы с большей экономией и повышенной эффективностью.
Исследовательские испытания материалов, входящих в правительственное строительство, касающиеся более крупных проблем, связанных с использованием материалов, закупаемых Правительством, включают углубленное изучение пригодности для использования в бетонном строительстве на Панамском канале песка и камня, а также цементирующей ценности пуццоланового материала, найденного на Перешейке; прочности, упругости и химических свойств конструкционной стали для шлюзовых ворот канала; проволочных канатов и тросов для использования при подъеме и откатке; а также наиболее подходящих песка и камня, имеющихся для бетона и железобетона для подводного строительства, таких как подпорные стены, строящиеся Квартирмейстерским департаментом армии в гавани Сан-Франциско.
Эти испытания также включают исследования разрушающего воздействия щелочной почвы и воды на бетонные и железобетонные конструкции Службы мелиорации с целью предотвращения такого разрушения; исследования надлежащих пропорций и размеров бетонных и железобетонных конструктивных колонн, балок и пирсов, а также стен из кирпича и строительного камня и различных типов металла, используемых для армирования Наблюдающим архитектором при строительстве общественных зданий; исследования песка, гравия и щебня, доступных для местного использования в бетонном строительстве, таких как колонны, пирсы, арки, плиты перекрытий и т. д., в качестве руководства к более экономичному проектированию общественных сооружений и для определения надлежащего метода смешивания материалов с целью сделать бетон наиболее непроницаемым для воды и устойчивым к погодным условиям и другим разрушающим агентам.
Другие направления исследований можно вкратце изложить следующим образом:
Степень, в которой бетон из цемента и местных материалов может наиболее безопасно и эффективно использоваться для различных целей в различных условиях;
Лучшие методы смешивания и использования различных составных материалов, имеющихся на месте для использования в правительственном строительстве;
Материалы, пригодные для производства цемента на общественных землях или там, где Правительство запланировало масштабные строительные или инженерные работы, но в настоящее время цементные заводы отсутствуют;
Виды и формы армирования для бетона и лучшие методы их применения для обеспечения наибольшей прочности при сжатии, растяжении, сдвиге и т. д. в железобетонных балках, колоннах, плитах перекрытий и т. д.;
Влияние кислот, масел, солей и других посторонних материалов, длительного напряжения или электрических токов на долговечность стали в железобетоне;
Ценность защитных покрытий как средств предотвращения ухудшения строительных материалов под воздействием разрушающих агентов; и
Установление расчетных напряжений для различных строительных материалов, необходимых Правительству в его зданиях.
Проводятся исследования влияния огня и коэффициента теплопроводности на бетон и железобетон, кирпич, плитку, строительный камень и т. д. в качестве руководства к использованию наиболее подходящих материалов для огнестойкого строительства зданий и правильного определения размеров огнезащитных покрытий.
Проводятся исследования и испытания с целью подготовки рабочих спецификаций для использования в правительственном строительстве для кирпича, плитки, силикатного кирпича, дорожного кирпича, канализационных труб, кровельных сланцев, напольной плитки, кабельных каналов, электрических изоляторов, архитектурной терракоты, огнеупорного кирпича и всех видов огнеупорных изделий и других глиняных изделий, в отношении которых в настоящее время отсутствуют удовлетворительные данные для составления спецификаций рабочих значений.
Проводятся исследования месторождений глин по всей территории Соединенных Штатов с целью определения надлежащих методов их переработки в строительный кирпич, плитку и т. д. с наиболее разумными затратами, а также пригодности получаемого материала для возведения в строительных конструкциях и удовлетворения строительным требованиям.
В полевых условиях проводятся исследования строительных камней, имеющихся на месте, а также физические и химические испытания этих строительных камней для определения их несущей или прочности на сжатие; наиболее подходящих растворов для использования с ними; их устойчивости к выветриванию; их огнестойких и противопожарных качеств и т. д., в отношении которых практически нет адекватной информации в качестве руководства для правительственного инженерного и строительного проектирования.
Достигнутые результаты. — Только за один шестимесячный период было исследовано более 2 500 образцов, взятых из правительственных закупок строительных материалов, из которых более 300 не соответствовали заданным требованиям, что представляет собой забракованный некачественный материал на многие тысячи долларов, который в противном случае был бы оплачен Правительством. Эти испытания послужили средством обнаружения низкого качества больших объемов материалов, поставленных по контрактам, и моральный эффект на участников торгов оказался столь же важным фактором в поддержании высокого качества закупок, как и экономия денег.
Исследование песков, гравия и щебня как составных материалов для бетонного и железобетонного строительства выявило данные, показывающие, что определенные материалы, имеющиеся на месте вблизи крупных строительных центров и ранее считавшиеся низкими по качеству, фактически превосходили другие и более дорогие материалы, которые предполагалось использовать.
Эти исследования обеспечили реальную экономию стоимости строительства на работах Комиссии Панамского перешейка, Наблюдающего архитектора и некоторых штатов и городов, которые выиграли от информации, распространенной относительно этих составных материалов.
Исследования глиняных изделий, начатые лишь недавно, уже привели к выяснению важных фактов, касающихся коллоидного вещества глины и его измерения, а также их влияния на пластичность и рабочие значения различных глин. Изучение предварительной обработки глин, трудных в сухой обработке, дало полезную информацию о сушке таких глин и об огнестойкости кирпичей из мягкой, жесткой или высушенной глины различной плотности.
Полевой сбор и исследование образцов строительного камня выявили некоторые важные факты, которые ранее не принимались во внимание, относительно влияния ломки камня по отношению к простиранию и падению пластовых плоскостей строительного камня, а также прочности и долговечности того же материала при его установке в строительных конструкциях. Эти исследования также выявили определенные фундаментальные факты относительно влияния взрывных работ (по сравнению с высеканием или резакой) на прочность и долговечность добытого строительного камня.
Лаборатории минеральной химии. — Исследования и анализы материалов инженерного и гражданского строительства проводятся в Питтсбурге в четырех больших комнатах здания № 21. В этой лаборатории проводятся научные исследования влияния щелочных вод и почв на составные материалы бетона, имеющиеся в засушливых регионах, применительно к сроку службы и долговечности бетонных и железобетонных конструкций Службы мелиорации. Эти исследования включают изучение отдельных солей, обнаруженных в конкретных щелочах, и изучение результатов пропускания растворов различных щелочей через цилиндры из цементного раствора и бетона. Другие научные анализы связаны с исследованием разрушающих и консервирующих агентов для бетона, железобетона и аналогичных материалов, а также с химией воздействия соленой воды на бетон и т. д. Рутинные химические анализы составных материалов бетона и материалов для производства цемента выполняются в этой лаборатории, равно как и большое количество разнообразных химических анализов и исследований арматурной стали, состава строительных камней и сопутствующих работ.
Тепловая лаборатория под руководством доктора Дж. К. Клемента занимает три комнаты на первом этаже здания № 21 и занимается главным образом измерением температур в газогенераторах, топках паровых котлов, печах и т. д. Работа включает определение теплопроводности огнеупорных глин, бетона и других строительных материалов и их огнестойких свойств; измерения теплового расширения и удельной теплоемкости огнеупорных кирпичей, фарфора и глазурей; и исследования влияния колебаний температуры на различные химические процессы, происходящие в топливном слое газогенератора, котловой топки и т. д.
Тепловая лаборатория оснащена для калибровки термометров и пирометров, а также электрических и других физических аппаратов, используемых различными секциями Технологического отделения.
Для удобства анализа материалов, получаемых от различных должностных лиц по закупкам при правительственных бюро, эта работа размещена в лаборатории на четвертом этаже здания Геологической службы в Вашингтоне.
Большие количества и множество разновидностей строительных материалов для использования в общественных зданиях по контрактам с управлением Наблюдающего архитектора передаются подрядчиками в лабораторию для определения того, удовлетворяют ли они заданным требованиям или нет. Проводятся дальнейшие проверки образцов, представленных инспекторами по строительству, представляющих материалы, фактически поставленные подрядчиками. Часто обнаруживается, что образец материала, представленный подрядчиком, гораздо лучшего качества, чем тот, который прислан инспектором для представления поставок. Таким образом обеспечивается необходимый постоянный контроль поставок.