Развитие производства строительных материалов в России, и роль российских учёных в развитии строительного материаловедения

КАЗАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ

АКАДЕМИЯ.

РЕФЕРАТ на тему:

«Развитие производства строительных материалов в России, и роль

российских учёных в развитии строительного материаловедения".

Выполнил: Сабирзянов И.И.

Гр. 08−202

Проверил: Камалова З.А.

2002 г.

1.

Введение

.

2. Исторические этапы развития строительного материаловедения

3. Краткие сведения из истории развития производства строительных материалов

4. Достижения отечественной науки, техники и промышленности.

4.1 Природные каменные материалы

4.2 Искусственные каменные материалы

4.3 Бетоны

4.4 Лесные материалы

4.5 Металлы

5. Строительные материалы в народном хозяйстве и исторические сооружения.

6.

Список литературы

.

1 Введение.

Материаловедением называют науку, изучающую связь состава, строения и свойств материалов, а также закономерности их изменения при физико-химических, химических механических и других воздействиях. Всякий материал в конструкциях зданий и сооружений воспринимает те или иные нагрузки и подвергается действию окружающей среды.

В России производство строительных материалов возникло в далеком прошлом. Уже в глубокой древности наши предки умели изготавливать глиняный кирпич, воздушную и гидравлическую из весть, широко использовали древесины и природный камень.

Строительные материалы являются основой нашего огромно го строительства — промышленного, жилищного, гидротехнического, транспортного, се и др. К числу важнейших строительных материалов относятся: металл, лесные материалы, цемент, бетон, кирпич, камень, шифер (асбестоцементный), черепица, рулонные кровельные и гидроизоляционные материалы, теплоизоляционные, стекло и др.

Наши ученые, инженеры и новаторы производства успешно борются за дальнейшее развитие строительных материалов, сознавая, что расширение производства и повышение качества всех основных строительных материалов, особенности металла, кирпича, цемента и бетона, являются од ним из важных условий для матёриального обеспечения построения коммунистического общества.

Огромный вклад в развитие современного строительства внесли и казанские учёные. В.И.Куприянов, доктор технических наук, профессор, член-корреспондент Российской академии архитектуры и строительных наук, заведующий кафедрой архитектуры, ректор Казанской государственной архитектурно-строительной академий; закончил КИСИ в 1963 г., факультет Строительно-технологический, затем в КИСИ, аспирант ВНИИСМа, научное направление: плёночно-тканевые материалы для строительных конструкций. Р.З. Рахимов, доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники, лауреат государственной премии Татарстана, член-корреспондент Российской академии архитектуры и строительных наук, заведующий кафедрой Строительных материалов КГАСА; закончил КИСИ в 1961 г.; ф-т Строительно-технологический; работал в строительной индустрии, затем в КИСИ; научные труды по развитию минерально-производственных комплексов строительных материалов Поволжья.

2. Исторические этапы развития строительного материаловедения.

Наука о материалах имеет глубочайшую историю развития. Истоком ее служат первые истинные познания материалов в древности.

Условно можно выделить три основных по своей продолжительности не равных этапа в ее истории. Возникновение науки и каждый этап ее развития всегда были обусловлены производством, практикой. В свою очередь, развитие производства являлось следствием возрастающих потребностей в материалах у общества.

Первый этап охватывает наиболее длительный период. При необходимости в нем можно выделить более дробные подпериоды, на пример древнейшие и древние времена, средние и поздние века. Имеется достаточно оснований утверждать, что исходным моментом для становления науки о материалах явилось получение керамики путем сознательного изменения структуры глины при ее нагревании и обжиге.

Исследования раскопок показывают, что предки улучшали качество изделий вначале подбором глин, затем с помощью изменения режима нагревания и обжига на открытом огне, а позже — в примитивных специальных печах. Со временем чрезмерную пористость изделий научились уменьшать глазурованием

С течением значительного времени человечество познало самородные, а затем и рудные металлы, крепость и жесткость которых были известны уже с 8-го тысячелетия до н.э. Холоднокованая самородная медь была вытеснена медью, выплавленной из руд, которые встречались в природе чаще и в больших количествах. В дальнейшем к меди стали добавлять другие металлы, так что в З-м тысячелетии до н.э. научились изготовлять и использовать бронзу как сплав меди с оловом, а также обрабатывать благородные металлы, уже широко известные к тому времени. Масштабы использования металлов возрастали, и человечество вступило из бронзового века в железный, поскольку железные РУДЫ оказались доступнее медных. В 1-м тысячелетии до н.э. преобладало железо, которое научились соединять с углеродом при кузнечной обработке в присутствии древесного угля. Пока точно не установлено, когда началось применение термической обработки стали, но все же известно, что в 9 и 8 вв. до н.э. жители Луристана (территория западного Ирана) использовали ее в быту и технике.

Сознательное создание новых керамических и металлических материалов и изделий было обусловлено определенным прогрессом производства. Возрастала необходимость в более глубоком понимании свойств материалов, особенно прочности, ковкости и других качественных характеристик, а также способов возможного изменения их. К этому времени развились мореплавание, ирригация, постройка пирамид, храмов, укрепление грунтовых дорог и т. д. Пополнились новыми сведениями и фактами теоретические представления о материалах.

Первыми и наиболее правдоподобными суждениями о сущности качества материалов и о слагающих частицах вещества были суждения древнегреческих философов Демокрита (около 460 или 470 до н.э.) и Эпикура (34 1—270 до н.э.). Их учёния об атомизме воз никли под влиянием наблюдений за состоянием и свойствами при родных камней, керамики, бронзы и стали. Примерно к тому же времени относится и философия древнегреческого ученого Аристотеля, который установил 18 качеств у материалов: плавкость—не плавкость, вязкость—хрупкость, горючесть—негорючесть и т. п. Три известных состояния вещества (твердое, жидкое и газообразное) и отношение их к энергии выражалось Аристотелем четырьмя элементами: землей, водой, воздухом и огнем, что с позиций физики являлось определенным достижением. Римский философ Тит Лукреций Кар (99—-55 до н.э.) в дидактической поэме «О природе вещей» излагал свои суждения о природе свойств материалов: «…что, наконец, представляется нам затверделым и плотным, то состоять из на чал крючковатых должно непременно, сцепленных между собой на подобие веток сплетенных. В этом разряде вещей, занимая в нем первое место, будут алмазы стоять, что ударов совсем не боятся, да лее — твердый камень и железа могучего крепость, так же как стойкая медь, что звенит при ударах в засовы…»

Для древнего периода науки весьма характерна нерасчлененность ее по отдельным видам строительных материалов. В значительной мере в ней прослеживается общая взаимосвязь между качеством. материалов и их атомистическим составом, хотя, естественно, до подлинных научных химических знаний о составе и свойствах было еще весьма далеко. Теория строилась в основном на догадках, интуициях, хотя были и удивительные решения, например в 3 в. до н.э. уже умели придавать строительным растворам гидравлические свойства, т. е. способность к их твердению в водной среде с помощью природных добавок. Этим же специалисты занимаются до сих пор.

К первому периоду относится и средневековье с характерной для него алхимией. Именно в этот период Парацельс заменяет четыре элемента Аристотеля тремя своими — солью, серой и ртутью, что можно расценить как интуитивное предсказание роли межатомных связей в формировании свойств веществ. К этому периоду относится и учение Декарта (1596—1650) о том, что природа представляет собой непрерывную совокупность материальных частиц, что движение материального мира вечно и сводится к перемещению мельчайших частиц — атомов. Перемещение атомов или, как их тогда называли, корпускул, составляло основу корпускулярной теории строения вещества, что было значительным достижением в области познания составов, внутренних взаимодействий и свойств веществ. Исследования, связанные с изучением внутреннего строения (структуры) материалов, развивались медленнее, хотя у философов античного периода, как отмечалось выше, были и теории, и некоторые опытные данные. Среди наиболеё выдающихся работ следует назвать публикацию Реомюра (1683—1757) о структуре (в современной терминологии — о микроструктуре) железа и ее изменениях. Опыты завершились получением нового материала — ковкого чугуна. В первых книгах по материаловедению Бирингуччо (1480—1539) и Агриколы (1494—1555) суммировались эмпирические сведения о сущности операций, выполняемых в литейном и кузнечном производствах, о плавлении руд и характере металлургического производства. Следует отметить, что к периоду средневековья относится также учреждение в Москве в 1584 г. «Каменного приказа» о камне, кирпиче и извести в связи с применением их в строительстве, который сыграл положительную роль.

Большой вклад в развитие науки о материалах был внесен гениальными русскими учеными М. В. Ломоносовым и Д. И. Менделеевым.

М.В. Ломоносов (1711—1765) заложил основы передовой русской философии и науки, особенно в области химии, физики, геологии. Он явился основоположником курса физической химии и химической атомистики, обосновывающей атомно-молекулярное строение вещества. В 1752 г. им было написано «Введение в истинную физическую химию». Касаясь распространенной в тот период корпускулярной теории, М. В. Ломоносов отмечал, что корпускулы — это мельчайшие частицы, ввел представление о молекулах и их отличии от атомов, а относительно еще более распространённого тогда учения о флогистоне, выделяющемся, якобы, при прокаливании метал лов и горении веществ, то он не только отверг такое учение о таинственном «веществе огня», но и дал научное объяснение химическим явлениям, протекающим при таких воздействиях огня. Кроме того, МВ. Ломоносов впервые написал книгу на русском языке по металлургии, разработал составы цветных стекол и способ изготовления мозаичных панно из них, высказал гипотезу о происхождении янтаря и др.

Д.И. Менделеев (1834—1907) открыл важнейшую закономерность природы — периодический закон, в соответствии с которым свойства элементов находятся в периодической зависимости от величины их атомной массы. Он опубликовал книгу «Основы химии»; в ней описано, в частности, атомно-молекулярное строение вещества. Д. И. Менделееву принадлежит и публикация по основам стекольного производства.

Для первого этапа становления и развития строительного материаловедения, который, как отмечалось, начался с глубокой древности и продолжался до начала второй половины ХIХ в., характерно сравнительно ограниченное количество разновидностей материалов и опытных данных по их качественным характеристикам. Однако великие ученые и философы тех времен с помощью интуиции и логики, гипотез и теорий, а несколько позже — с привлечением новых знаний в физике и открытий в химии и физической химии (последняя свое поступательное развитие начала с работ М.В. Ломоносова) сумели дать достаточно полное представление о составе веществ, внутренних взаимодействиях мельчайших частиц и свойствах. Были установлены некоторые общие зависимости свойств веществ, особенно механических, от их состава. Менее изученной оставалась зависимость свойств от структуры, хотя ёще в 1665 г. английский ученый Роберт Гук выявил у металлов типичную кристаллическую структуру, т. е. за 200 лет до открытия микроструктуры стали под микроскопом английским ученым Генри Сорби.

Второй этап развития строительного материаловедения условно начался со второй половины 19 в. и закончился в первой половине 20 в. Важнейшим показателем этого этапа явилось массовое производство различных строительных материалов и изделий, непосредственно связанное с интенсификацией строительства промышленных и жилых зданий, общим прогрессом промышленных отраслей, электрификацией, введением новых гидротехнических сооружений и т. п. Характерным является также конкретное изучение составов и качества производимых материалов, изыскание наилучших видов сырья и технологических способов его переработки, методов оценки свойств строительных материалов со стандартизацией необходимых критериев совершенствования практики изготовления продукции на всех стадиях технологии.

Второй этап отличается сравнительно быстрым ростом производства новых материалов, ранее отсутствовавших в номенклатуре. достижения науки о материалах в нашей стране исходят от основоположников крупнейших научных школ Ф.Ю.Левинсона-Лессинга, Е. С. Федорова, В. А. Обручева, А. И. Ферсмана, Н.А. .Белелюбского, занимавшихся исследованием минералов и месторождений природных каменных материалов (горных пород). В результате строительное материаловедение обогатилось данными петрографии и минера логии при характеристике минерального сырья, используемого после механической переработки либо в сочетании с химической переработкой в виде готовой продукции — природного камня штучного и в рыхлом состоянии, керамики, вяжущих веществ, стекла и др. С той же целью начали применять побочные продукты производств — шлаки, эолы, древесные отходы и пр.

В номенклатуре материалов, кроме применявшихся на первом этапе камня немолотого или грубо околотого, меди, бронзы, железа и стали, керамики, стекла, отдельных вяжущих, например гипса, из вести, появились новые цементы, и начался массовый выпуск портландцемента, открытого Е. Челиевым в начале 19 в. В разработке новых для того времени минеральных вяжущих участвовали А. Р. Шуляченко, И. Г. Малюга, А. А. Байков, В. А. Китщ, В. Н. Юнг, Н. Н. Лямкн и другие ученые. Улучшилось качество и из древле известных извести и гипса. Так, И. В. Смирнов предложил использовать в строительстве молотую негашеную известь, в то время как в течение двух тысячелетий известь применялась после ее гашения водой; И. А. Передерий предложил высокопрочный гипс; А. В. Волженский при участии А. В. Ферронской — гипсоцементное пуццолановое вяжущее; П. П. Будников — ангидритовый цемент и др.

Быстро развивалось производство цементных бетонов различно го назначения; сформировалась специальная наука о бетонах — бетоноведение. В 1895 г. И. Г. Малюга издал первый в нашей стране труд «Состав и способы прищтовления цементного раствора (бетона) для получения наибольшей крепости». Он впервые вывел формулу прочности бетона и сформулировал так называемый закон водоцементного отношения. Несколько* раньше французский ученый Фере предложил формулу прочности цементного камня (и бетона). В 1918 г. была установлёна прочность бетона Абрамсом (США), уточненная Н. М. Бёляевьим, что послужило исходной позицией для разработки метода подбора (проектирования) состава плотного и высокопрочного бетона. Появилась и формула прочности Боломея (Швейцария), уточненная, БГ. Скрамтаевым применительно к отечественным исходным компонентам.

Аналогичный процесс обновления и интенсификации производства с одновременным развитием соответствующих наук на этом этапе произошел и в отношении многих других материалов. Так, на пример, на основе извести и портландцемента осуществлялся массовый выпуск разновидностей смешанных цементов и вяжущих веществ. Последующие исследования Н. М. Беляева, И. П. Александрина, Б. Г. Скрамтаева, Н. С. Завриева и других ученых способствовали существенному повышению качества бетона с уточнением ранее полученных зависимостей его прочности (Абрамсом, Боломеем). К этому же времени Н. А. Попов разработал научные основы технологии легких бетонов и строительных растворов, объемы применения которых быстро возрастали, особенно в жилищном строительстве. Были предложены новые разновидности искусственных заполнителей для легких бетонов — керамические, шлаковые и др.

В конце 19 в. формируется технология изготовления железобетона и получает развитие наука о железобетоне. Этот высокопрочный материал был предложен французскими учеными Ламбо и Ковалье, садовником Монье (1850—1870). В России А. Шиллер, а затем в 1881 г. Н. А. Белелюбский провели успешные испытания конструкций из железобетона, а в 1911 г. были изданы первые технические условия и нормы для железобетонных конструкций и сооружений. Особого внимания заслужили безбалочные железобетонные междуэтажные перекрытия, разработанные в Москве А. Ф. Лолей том (1905). В конце ХIХ в., послё успешных исследований, внедрен в строительство предварительно напряженный железобетон. В 1886 г. П. джексон, деринг, Мандель, Фрейсине взяли патент на его применение и развили этот метод. Массовое производство преднапряжённых конструкций началось несколько позже, а в нашей стране — на третьем этапе развития строительного материаловедения. К этому периоду относится внедрение и сборного железобетона. Развивались научные концепции производства многих других строительных материалов. Уровень познания поднялся так, что в цементной, полимерной, стекольной и некоторых других отраслях разрыв во времени между окончанием научной разработки и внедрением ее в производстве становился весьма малым, т. е. наука превращалась в непосредственную производительную силу.

В нашей стране, как и в других развитых странах, создавались отраслевые научные институты — НИИЦемент, НИИЖелезобетон, НИИСтройполимер, НИИАсбестоцемент, НИИКерамика, НИИМинерального сырья и др. Периодически собирались национальные и международные конгрессы по проблемам дальнейшего совершенствования технологий и повышения качества традиционных и новых материалов. В них остро нуждалось жилищное, промышленное, гражданское, дорожное, гидротехническое, сельскохозяйственное и другие виды строительства. Развитие практики на этом этапе в строительном материаловедении было в известной мере гипертрофировано по сравнению с теорией. Раскрытие теоретических принципов и общих закономерностей сдерживалось необходимостью быстрейшего решения проблемы интенсификации производства строительных материалов и изделий для удовлетворения острой нужды в них в этот трудный период времени.

Гипертрофирование практики выразилось, в частности, в том, что фундаментальная наука о материалах именовалась как «Строи тельные материалы» с достаточно подробным описанием в них производимых материалов и изделий, но, как правило, вне связи между собой. Под этим названием издавались учебники для студентов высших и средних специальных учебных заведений. Одним из первых массовым тиражом в 1896 г. вышел в свет учебник В. В. Эвальда, переиздававшийся затем 14 раз под названием «Строительные матери алы, их изготовление, свойства и испытания». далее следовали аналогичные учебники «Строительные материалы», подготовленные В. А. Киндом и С.д. Окороковым (1934 г.), Б. Г. Скрамтаевым, Н. А. Поповым и др. (1950 г.), В. А. Воробьевым (1952 г.), А. Г. Комаром (1967 г.), а также другими авторами с неоднократным их переизданием. Несомненно, эта учебно-методическая литература сыграла и продолжает играть свою роль главнейших систематизированных пособий в изучении научной практики производства строительных материалов и изделий, научных основ их качества и широкого применения в строительстве.

Третий этап охватывает период со второй половины ХХ в. до настоящего времени. Он характеризуется, во-первых, процессом дальнейшего расширения производства строительных материалов и углублением соответствующих им специализированных наук и, во-вторых, — интеграцией научных знаний о строительных материалах и изделиях в их сложной совокупности. Расширение производства материалов вызывалось по-прежнему необходимостью восстановления жилищного и промышленного фонда после второй мировой войны. Строительство было переведено на индустриальные способы, в частности, путем заводского изготовления изделий из железобетона, конвейеризации производства сборного бетона и железобетона. Если в 1950 г. в нашей стране было изготовлено 1,3 млн. м сборного железобетона в виде панелей и блоков, то в

1960 г. — 30,2 млн, м в 1970 г. — 84,6 млн. м, в 1980 г. — 122 млн. м в 1985 г. — 151,0 млн. м из которых почти

30 млн. м — предварительно напряженных сборных железобетонных конструкций. Увеличивались объемы выпуска изделий и конструкций из легких и ячеистых бетонов (в 1985 г. 25 млн. м). Соответственно быстро возрастала мощность цементной промышленности. Если в 1950 г. выпуск цемента составил 10,2 млн. т, то в 1960 г. 45,5, в 1970 г. 96, в 1980 г. 125, а в 1985 г. — 131 млн. т. Количество разновидностей цементов составило 30. Высокий уровень развития этой промышленности был также и во многих других странах

Керамическое производство стало высокомеханизированной и автоматизированной отраслью в промышленности строительных материалов. Во второй половине ХХ в. годовая производительность одной технологической линии составляла на заводах до ЗО млн. шт. стандартного кирпича. Были внедрены поточно-конвейерные линии с годовой производительностью до 1 млн. м облицовочных керамических плиток и до 800 тыс, м плиток для полов.

В стекольной промышленности выпуск листового стекла также быстро увеличивался: в 1950 г. — 77, в 1960 г. 147, в 1970 г. — 231, в 1980 г. — 245 млн. м Действовали механизированные линии по изготовлению стеклопрофилита.

Ежегодно нарастал. объем выпуска полимерных материалов повышенной термостойкости, прочности и негорючести, долговечности и стабильности, многих других строительных материалов и изделий. Рост производства сопровождался развитием и специализированных наук, их прогрессом. Существенный вклад в развитие специализированных направлений науки о строительных материалах и изделиях, а также в совершенствование их производства и повышение качества в нашей стране внесли П. П. Будников, П. И. Бо женов, Ю. М. Бутг, И. И. Берней, Ю. М. Баженов, А. В. Волженский, И. Н. Ахвердов, В. А. Воробьев, Г. И. Горчаков, В. Д. Глуховский, И. А. Иванов, Г. И. Книгина, В. Г. Микульский, В. В. Михайлов, В. М. Москвин, Л. М. Перелыгин, И. А. Рьтбьев, П. В. Сахаров, П. Н. Соколов, В. В. Тимашев, А. Я. Тихонов, И. М. Френкель, А. Е. Шейкин, С. В. Шестоперов, М. И. Хигерович, В. М. Хрулев, В. И. Харчевников и др. Большой научный и практический вклад на соВременн9м этапе строительного материаловедения внесли многие зарубежные специалисты.

Процесс специализации наук о строительных материалах продолжался. Возникли стыковые области познания комплексных мате риалов, например полимерцементных, силикатополимерных, шлакокерамических и многих других. Это существенно обогащало практику строительного материаловедения, отрасли. промышленности строительных материалов и изделий.

Третий этап строительного материаловедения характеризовался не только развитием практики, но и теории, систематизацией теоретических знаний о материалах в их сложной совокупности и взаимосвязи. Были установлены общие закономерности в свойствах искусственных и природных материалов оптимальной структуры, общие научные принципы в технологиях различных материалов, общие методы оптимизации их структуры, обобщенные критерии (качественные и количественные) прогрессивных технологий и др.

Первые обобщения в науке о материалах выразились в разработке д.С. Белянкиным (1876—1953) технической петрографии с по лучением огнеупоров, абразивов и некоторых других искусственных камней. Новым импульсом развития материаловедческой науки на третьем этапе стала физико-химическая механика — пограничная наука между физической химией и механикой, разработанная П. А. Ребиндером при участии большой группы ученых (в том числе вузов), отмеченных АН СССР, Н. А. Попова, А. Н. Попона, Г. И. Логгинова, М. П. Воларовича, Н. Н. Иванова, И. А. Рьтбьева, К. Ф. Жигача, д.М. Толстого, Г. Д. Диброва, Б. В. Веденеева, Е. Е. Сигаловой, Л. А. Казаровицкого, Л. П. Орентлихер и др. В этой области науки показаны основы управления технологическими процессами получения различных строительных и конструкционных материалов с заданными свойствами, высокой надежностью и долговечностью. Определены условия эффективного дробления и тон кого измельчения, резания и механической обработки твердых тел с учетом воздействия окружающей среды. Направлённостью к обобщениям и интеграции в науке о материалах отличаются исследования О. П'. Мчедлова-Петросяна, П. И. Боженова, А. В. Нехорошева, П. Г. Комохова, В. И. Соломатова, В. И. Харчевникова и др.

С начала второй половины ХХ в. возникла и получила последующее развитие теория искусственных строительных конгломератов как «важнейший компонент современного строительного материаловедения» Она была разработана И. А. Рьибьевым и его научной школой. В ней изложены: сущность теоретической технологии; научные принципы формирования оптимальных структур, при которых материалы становятся подобными между собой экстремальными значениями структурочувствительных свойств; общие и притом объективные (т.ё. встречающиеся в природе, например у горных по род, древесины) закономерности изменения свойств (закон створа, закон конгруэнции, закон прочности и некоторых других свойств) в математических выражениях; основные аспекты долговечности материалов; теория методов (методология) научного исследования и технического контроля качества и т. п. (см. ниже 1.3).

Третий компонент, присутствующий в науках в виде основ мировоззрения, имеется, естественно, и в данной науке о материалах. Здесь он отличается от других компонентов (практики и теории) не только своей философской направленностью, выражающейся в научноабстрактных законах этой фундаментальной строительной на уки, но и специфическими тенденциями ее развития: углубление дифференцированных знаний о каждом строительном материале и синтез научных знаний о материалах в их сложном и систематизированном единстве. В этом единстве обеих тенденций заключена одна из эффективных внутренних сил поступательного развития строительного материаловедения с разработкой и доказательством новых гипотез и закономерностей, с прогнозированием будущих успехов в практике и теории. [2]

Значение курса «Строительные материалы» в общей подготовке строителей важно потому, что ни одно сооружение нельзя правильно проектировать, построить и эксплуатировать без наличия соответствующих строительных материалов и всестороннего знания их свойств.

Стоимость материалов в общих затратах на строительство составляет не менее половины, для уникальных зданий и сооружений может быть и больше. Промышленность строительных материалов является наиболее ёмкой, ежегодно в стране перерабатывается для этих целей более млрд. т различных компонентов. Грузовой железнодорожный транспорт примерно на четверть загружен перевозкой строительных материалов, речной — более чем на половину. Стоимость строительных материалов зависит от затрат на их перевозку. При транспортировании материалов на большие расстояния, учитывая размеры Рос сии, стоимость может возрасти в несколько раз. для экономии стоимости строительства следует использовать материалы, производимые вблизи строящегося объекта. Целесообразно и промышленность строительных материалов организовать как можно ближе к сырьевой базе. Тем самым максимально используя, как принято говорить, ем сетные строительные материалы. Стоимость строительных материалов включает различные факторы, но. все должно приводиться к рента дельности и конкурентоспособности. Сюда можно отнести и качество изделий, долговечность их работы, теплоэнергетические затраты на производство, возможность переработки отходов и даже экологические аспекты, которые в конечном итоге сказываются на экономике производства, региона, страны в целом. Если все не предусматривать, то первоначальная небольшая стоимость материала может во времени обернуться значительными расходами на ремонт, реконструкцию, восстановление окружающей среды и т. п.

Все материалы и изделия соответствуют определенной государственной стандартизации (ГОСТ), разрабатываемой на основе новейших достижений науки и техники. В каждом стандарте имеются: точное определение материала, классификация по маркам и сортам, технические условия на изготовление, методы испытаний, условия хранения и транспортирования. ГОСТ является документом, имеющим силу закона. В обозначении ГОСТа первое число означает по рядковый номер стандарта, второй — год его утверждения.

Кроме стандартов действует система нормативных документов, объединенная в Строительные НОРМЫ И правила (СНиП). СНиП это свод нормативных документов по проектированию, строительству и строительным материалам, обязательный для всех организаций и предприятий.

Стандартизация на материалы и изделия велась десятилетиями и имеет положительное значение, как, например, для нашей бывшей централизованной системы с недостаточным выбором и дефицитом. Но возможно проводить специальную сертификацию параметров материалов, которые б диктоваться, также и требованиями заказчика и покупателя.

В России производство строительных материалов возникло в далеком прошлом. Уже в глубокой древности наши предки умели изготавливать глиняный кирпич, воздушную и гидравлическую из весть, широко использовали древесины и природный камень.

В царствовании Ивана Грозного для систематизации накопившегося за столетия т опыта. был создан «Приказ каменных дел', который руководил государственным производством строительных материалов и строительством. главным образом, крепостных сооружений.

В последующие годы это производство развивалось не быстрыми темпами и только подъем наблюдается при Петре 1, который в связи с закладкой новых городов и крепостей поощрял производство строительных материалов.

Отмена крепостного права и начало развития капитализма в Рос сии послужили мощным толчком для роста промышленности и в том числе производства строительных материалов. Со второй поло вины ХIХ в. стали строиться заводы портландцемента, механизированные печи для обжига известняка, заводы для выпуска кирпича, облицовочной плитки, начинает применяться железобетон.

В начале ХХ века Россия становится не только богатой аграрной, но и довольно мощной индустриальной державой. Построены крупные металлургические и машиностроительные предприятия, шахты, железные дороги, порты, мосты и т. п.

Нарастает жилищный бум, только в Москве к 1913 г. ежегодно строилось до З тыс. 5−7 этажных кирпичных, так называемых доходных домов, что требовало весьма развитой строительной базы. Однако эволюционное развитие страны было на подъеме остановлено первой мировой войной, затем революциями и гражданской войной.

Производство строительных материалов резко снизилось, многие цементные заводы и другие предприятия были разрушены.

с середины 20-х годов развернулась реконструкция старых и постройка новых заводов строительных материалов. В 30-ые годы были созданы новые материалы — пустотелый и высокопрочный кирпич, шлаковые цементы, цементы с активными минеральными добавками, легкие бетоны, сборные железобетонные конструкции и пр. Потребность в материалах растет, так как повсеместно строятся промышленные предприятия.

Война с Германией 1941;1945 гг. привела к опустошительному разрушению западной части страны, после чего длится долгий восстановительный период. Задача стоит не в создании архитектурных шедевров, а в строительстве самого необходимого и в сжатые сроки.

Начиная с 50-годов, в стране постоянно увеличивается выпуск строительных материалов. К 8 годам по производству цемента, металла, сборного железобетона, асбоцемента, листового стекла мы намного опередили другие страны. Однако существовавшая эконочическая и политическая система жесткого государственного монополизма стала тормозом и в строительной индустрии.

Большинство предприятий строительной индустрии пока еще не может конкурировать на мировом рынке с зарубежными фирмами в силу изношенности оборудования, устаревшей технологии, низкой культуры производства и качества продукции. Многие современные технологии, оборудование и материалы приходится закупать за границей. Лучшие здания стали возводить с помощью зарубежных фирм вплоть до привлечения иностранных рабочих. Отечественные архитекторы, выигрывая престижные международные конкурсы, приглашаются в другие страны, так как у нас нет возможности реализовать их проекты. Строительный комплекс требует значительной модернизации и вовлечения в общемировую интеграцию.

Тем не менее за прошедшие десятилетия построены новые города, возведены уникальные объекты такие, как гидротехнические сооружения, промышленные предприятия, атомные электростанции, научные, учебные и общественно центры. В последние годы строительный комплекс, в целом, не теряет своих темпов развития. Все это потребовало усилий нашей научно-инженерной общественности. Отечественная наука играла и играет важную роль в развитии строительных материалов. Созданные нашими учеными технологии производства цемента, металла, бетона, керамики, теплоизоляционных материалов, заводского домостроения используют многие страны.

Ниже кратко изложены сведения о достижениях российских ученых, заложивших научные основы в ведущих отраслях производства строительных материалов и получивших международное признание.

Природные каменные материалы. Целенаправленная разведка каменных материалов и испытание их началось в России с 70-х годов прошлого столетия в связи со строительством железных дорог и мостов. Исследования свойств материалов велись под руководством И.А.

Беледюбского (1845−1922) в Петербургском: ком путейском институте и Н. К. Лахтина (1861−1935) в Москве.

Благодаря исследованиям Д. СБелянкина (1876−1953), В. А. Обручева (1863−1956), А. Е. Ферсмана (1 883- 1945), Ф.Ю.Левинсон-Лессин га (1 861−1939) удалось выявить огромные запасы природных камен НЫХ материалов во многих районах страны для удовлетворения нужд строительства и полностью прекратить ввоз гранитов и мрамора из-за границы.

Вяжущие материалы. Основоположником теории и практики промышленного производства портландцемента является профессор Военно-инженерной академии А. Р. Шуляченко (1841−1903), которого называют «отцом русского цементного производства». Вначале в Рос сии применялись иностранные цементы, но благодаря научным и практическим изысканиям А. Р. Шулзгченко отечественные цементы, достигшие высокого качества, вытеснили иностранные цементы. Разработанная им теория твердения гидравлической извести и цементов не потеряла актуальности в своей основе и до настоящего времени. Дальнейшее развитие этой теории принадлежит А. А. Байкову (1870- 1946), В. А. Кинду (1883−1938), В. Н. Юнгу (1882−1956), П. А. Ребиндеру (1898−1972). Новым видам вяжущих материалов и изделиям из них посвящены работы П. П. Буднякова (1885−1968), А. В. Волженского (1899−1993), П. И. Боженова (1904;1999).

Бетоны. Выдающийся вклад в научную технологию бетона внес профессор Военно-инженерной академии И. Г. Малюга (1853−1933). Результаты его исследований дали зависимость прочности бетона от содержания воды, трамбования при укладке бетонной смеси, крупности песка, щебня и гравия.

Обширные исследования бетонов были проведены Н. М. Беляевым (1890−1944), И. П. Александровым (1888−1953). С 30-х годов предложены новые способы расчета тяжелых бетонов Б. Г. Скрамтаевым (1905;1966) и легких бетонов Н. А. Поповым (1899−1964).

Железобетон. Большая заслуга в развитии железобетона принадлежит Н. А. Белелюбскому (1845−1922), под руководством которого были проведены первые в России испытания железобетонных конструкций и возведен ряд сооружений. В начале этого столетия железобетонные конструкции проектировали и строили С. И. Дружинин (1872−1935), А. Ф. Лолейт (1868−1933) и др.

Современную школу расчета и проектирования железобетонных конструкций создали А. А. Гвоздев (1897−1986), ПЛ. Щетернак (1885−1963), В. И. Мурашев (1904;1959), Н. В. Никитин (1907;1973) (автор Останкинской телевизионной башни в Москве) и др.

Металлы. Возникновение науки о металлах было обусловлено потребностями техники. П. П. Аносов (1799−1851) разработал технологию выплавки высококачественной стали, установил зависимость свойств металлов от их кристаллического строения. Впервые применив микроскоп для изучения строения стали, Д. К. Чернов (1839- 1921) научно объяснил нагрев и охлаждение металлов, указал способы управления этими процессами. Н. С. Курнакор (1860−194 1) и А. А. Байков (1 870−1946) разработали современную теорию образования сплавов и методы их физико-химических исследований.

Создателями металлических конструкций и сооружений являются В Г Шухов (1853 1939) Н С Стрелецкий (1885 1967), Л. Д. Проскуряков (1858 — 1926).

Пластмассы. Промышленность полимерных материалов опирается на открытии русских химиков. Огромное значение для развития синтеза сыграли исследования АМ Бутлерова (1828 1886) творца теории строения органических веществ. Им осуществлен синтез изобутилена для производства полиизобутилена применяемого в качестве каучуков, а также открыты основные полимерные формы формальдегида, являющегося основой многих пластмасс. Важное значение имели исследования М. Г. Кучерова (1850−19 11) и А. Е. Фаворского (1860 1945) выяснивших механизм изомерных превращений непредельных соединений, В. В. Солонина (1862−1934), впервые осуществившего реакцию сополимеризации, и С. В Лебедева (1874- 1934), много давшего для теории и практики полимеризации этиле новых соединений, пользующихся большим распространением в промышленности пластмасс.

3. Краткие сведения из истории развития производства строительных материалов.

Виды строительных материалов и их технология изменялись в связи с развитием производительных сил и сменой производственных отношений в человеческом обществе.

Простейшие материалы и примитивная технология заменялись более совершенными, ручное изготовление строительных материалов сменялось машинным. Расширялся и видоизменялся ассортимент строительных материалов. Но некоторые виды материалов (например, кирпич, известь, лес, стекло и др.) применяются на протяжении многих эпох.

Для первобытных построек применялись простейшие материалы: глина, лоза, тростник, дерево и природный камень.

При постройке крупных сооружений в рабовладельческом обществе (крепостей, дворцов, храмов, военных дорог и мостов) широко использовались горные породы; их обрабатывали в виде камней и плит правильной формы (Урарту, Хорезм и др.). В тех районах, где природного камня было мало, употребляли высушенный (необожженный) кирпич из глины или речного ила. Для облицовки стен, сложенных из необожженного кирпича-сырца, позднее стали применять обожженные изделия из глины (кирпич и облицовочные плиты). Обжиг глиняных изделий, придающий им прочность и водонепроницаемость, применялся в глубокой древности; это одно из крупнейших изобретений человека. Вначале этот способ применялся для изготовления посуды формовали с помощью каркаса, сплетенного из лозы, а затем, после появления формовочного круга, и без каркаса, а после этого обжигали).

Уже в 7−6 веках до нашей эры получила распространение в качестве материала для кровель глиняная обожженная черепица, а в дальнейшем—терракота (облицовочные плиты) и кирпич—для стен. Вообще же керамические изделия известны не менее 12 тысяч лет.

Для скрепления камней при возведении построек были необходимы вяжущие вещества. Первыми вяжущими веществами, появившимися в древности, были: глина, гипс, известь, а также асфальт. Все они, кроме асфальта, способны твердеть только на воздухе.

Затем для строительства фундаментов, водопроводов, портов и других гидротехнических сооружений, потребовались вяжущие вещества, способные твердеть в воде. Таким простейшим вяжущим применявшимся еще в древности на юге и в центре нашей страны, была смесь извести с толченым (молотым) слабообожженным кирпичом (так называемой цемянкой), а в древнеримском строительстве—кроме того, смесь извести с вулканическим пеплом (пуццоланой).

Вяжущие вещества применялись в древнем строительстве не только для каменной кладки, но и для получения простейшего бетона. Из других строительных материалов в рабовладельческом обществе были известны стекло и краски.

В средние века раздробленность феодальных владений и удорожание рабочей силы заставляли отказываться от использования природного камня, на обработку которого затрачивалось много труда, и применять более дешевые и прогрессивные материалы, большое распространение получило производство кирпича и черепицы.

Развитие капитализма вызвало широкое промышленно железнодорожное и военное строительство материалы высокой прочности — появились строительные и броневые стали, был изобретен в 70-х годах ХIХ века железобетон.

Изобретению железобетона предшествовало создание ряда вяжущих веществ (гидравлическая известь, романцемент), твердеющих в воде и обладающих более высокой прочностью ста рое вяжущее известь.

В начале ХIХ века в России был изобретен и изготовлен цемент хорошего качества.

Начиная с 60-х годов ХIХ века, после усовершенствования технологии и повышения прочности цемента, он становится основным вяжущими для изготовления бетона и железобетона.

В конце ХIХ и в начале ХХ веков получило развитие производство искусственных каменных материалов (силикатного кирпича, асбестоцемента, шлакобетона и др.), а также различных теплои гидроизоляционных материалов.

Грандиозное строительство, развернувшееся в нашей стране после Великой Октябрьской социалистической революции, потребовало реконструкции старых и постройки новых заводов строительных материалов. В годы пятилеток были введены в строй сотни заводов строительных материалов, оснащенных новейшим, высокопроизводительным оборудованием. Созданы и применяются в строительстве новые, более экономичные мате риалы (пустотелый кирпич, шлаковые цементы, цементы с активными добавками, легкие бетоны и др.), значительно расширено производство местных материалов, не требующих дальних перевозок и удешевляющих строительство. Производство строительных материалов в СССР по сравнению с дореволюционной Россией возросло во много раз. Так, в 1952 г. было произведено по сравнению с 1913 г. стали в 8,3 раза больше, цемента в 9, раз и т. д.

Для индустриального и скоростного строительства начали широко применять готовые строительные детали (железобетонные, металлические, деревянные, гипсовые, крупные шлакобетонные блоки), получаемые со специальных заводов. В связи с этим коренным образом меняется характер строительства: здания или сооружения целиком или частично возводятся из готовых деталей путем их сборки кранами. Это намного повышает производительность труда, удешевляет строительство и ускоряет его темпы. Создана новая отрасль промышленности—фабрично-заводское производство сборных жилых домов и стандартных деталей из дерева, гипса, асбестоцемента и других материалов; развернуто производство новых теплоизоляционных материалов—минеральной ваты и древесноволокнистых плит.

ГБ последние годы получило развитие производство новых видов цемента, пустотелой облицовочной керамики, крупных пане лей для перекрытий и стен зданий, а также других высококачественных и эффективных строительных деталей и изделий.

. В стандартах устанавливаются форма, размеры, сорта. технические условия, правила приемки, методы испытания, а иногда и области применения данного материала.

.

4. Достижения отечественной науки, техники и промышленности.

В результате глубокого изучения истории развитий отечественной науки и техники восстановлен приоритет нашей страны в ряде областей, в том числе и в технологии строительных материалов, остававшийся ранее неизвестным или намеренно замалчивавшийся.

Наши ученые и новаторы производства в области строительных материалов продолжают и развивают работы первого русского химика и технолога—великого ученого М. В. Ломоносова, а также знаменитого русского ученого в области химии и химической технологии Д. И. Менделеева, обогащают науку и технику новыми замечательными достижениям

4.1. Природные каменные материалы.

Широкие разведки каменных строительных материалов и испытание их в России начались с 70-х годов ХIХ века, главным образом в связи с постройкой железных и шоссейных дорог, продолжением строительства Петербурга и других центров. Ведущая роль в исследовании каменных и других материалов принадлежала механической лаборатории, организованной в 1853 г. в Петербурге при Институте инженеров путей сообщения. Это была первая в России лаборатория по испытанию строительных материалов. Ее деятельность приобрела особый размах с 1875 г., когда лабораторию возглавил проф. Н. А. Белелюбский.

Наряду со многими другими ценными работами Н. А. Белелюбского большое значение имели его работы по исследованию морозостойкости каменных материалов. В 1886 г на международной конференции по испытанию материалов был принят его метод испытания морозостойкости, по которому насыщенные водой образцы камней подвергаются многократному попеременному замораживанию и оттаиванию. Этот метод применяется и сейчас во всем мире.

В дальнейшем каменные материалы в России исследовали проф. И. Г. Малюга в Военно-инженерной академии в Петербурге, проф. Н. К. Лахтин в лаборатории Училища живописи, ваяния и зодчества в Москве (теперь лаборатория Московского архитектурного института) и др. Но все же в царской России знание природных богатств страны было крайне недостаточным. В силу этого считалось, например, что в стране нет хороших гранитов, и они зачастую ввозились из-за границы (из Швеции). Мрамор ввозили из Италии.

Только при советской власти разведки полезных ископаемых и исследования каменных материалов получили должное развитие. Благодаря работам Академии наук СССР, трудам академиков Д. С. Белянкина, Ф. Ю. Левинсон-Лессинга, В. А. Обручева, А. Е. Ферсмана и других ученых, а также работам дорожноисследовательских и строительных институтов теперь хорошо известны и используются наши богатейшие месторождения каменных материалов (гранитов, мраморов, известняков и др.). Из отечественных каменных материалов построен мавзолей Ленина и Сталина, ими украшены станции Московского метрополитена, из них возведены многие выдающиеся сооружения последних пятилеток. С самого начала установления советской власти наша страна полностью избавилась от импорта каменных материалов, а добыча и применение отечественных каменных материалов все время расширяются.

Широко применяются в нашем строительстве новые каменные (легкие и малотеплопроводные) материалы — туф, пемза и ракушечник. Хотя ценность этих материалов была известна еще в древности строителям Закавказья и они частично применялись, но полностью изучить свойства указанных материалов и внедрить их в строительство удалось только советским ученым и инженерам. В СССР в настоящее время имеются крупнейшие в мире механизированные разработки артикского туфа, пемзы и известняка-ракушечника. Широко внедряются камнерезные машины для массового изготовления стеновых и облицовочных камней, созданные лауреатом Сталинской премии А. М. Столяровым и др.

4.2. Искусственные каменные материалы (керамические и силикатные).

По производству основного искусственного стенового строи тельного материала — кирпича — Советский Союз уже перед началом Великой Отечественной войны занимал первое место в мире (в 1940 г. в СССР было произведено 7 млрд. кирпичей, а в США — только 5 млрд.). В настоящее время первое место в мире по производству кирпича прочно закреплено за Советским Союзом Весь длинный путь технического развития кирпично-черепичной промышленности, от ручной формовка и сушки на полянках или под навесом до современного, полностью. механизированного производства, потребовавший за рубежом около столетия, пройден в СССР за 30 лет. Это стало возможным благодаря индустриализации страны и широкому развитию научных исследований.

Отечественными учеными были подробно. изучены глины на шей страны (труды акад. В. И. Вернадского, проф. П. А. Земятченского и др.). Это способствовало созданию сырьевой базы:

для производства кирпича и керамики.

Для роста кирпичной промышленности большое значение имело создание ленточных и других прессов отёчественной конструкции. Это обеспечило массовую механизацию формовки кирпича-сырца.

В последние годы кирпичная промышленность получила отечественные мощные вакуумпрессы, а также высокопроизводительные прессы системы лауреата Сталинской премии т. Мелия и др. для производства кирпича и пустотелой керамики способом полусухого прессования.

Исследования советских ученых и работы наших инженеров позволили перейти к круглогодовому производству кирпича на основе искусственной сушки сырца в специальных сушильных установках. За последние годы на советских кирпичных заводах построено большое количество таких сушилок. Тем самым решен важнейший вопрос о круглогодовом выпуске кирпича на крупных заводах.

Благодаря достижениям мастеров кирпичного производства— лауреатов Сталинской премии ‚гг. Дуванова, Мазова, Мукосова Картавцева и других значительно ускорен срок сушки кирпича сырца и его обжига в печах непрерывного действия.

Промышленность выпускает теперь большое количество эффективного пустотелого и дырчатого кирпича, крупных керамических камней и облицовочных изделий, особенно необходимых для строительства высотных и многоэтажных зданий.

Более дешевый силикатный кирпич (из извести и песка) вы пускается в СССР также в большем количестве, чем в л другой стране мира.

Важнейшие работы об искусственных каменных (силикатных) материалах принадлежат советским ученым: проф. Н. Н. Смиркову (изучение петрографии силикатного кирпича) и проф. А В Волженскому (теория гидротермической обработки строительных материалов в автоклавах). Если к тому же отметить ценные практические руководства по производству кирпича, т будет справедливым утверждать, что в теории и практике данной области Советский Союз стоит на первом месте в мире.