Краткое обобщение о строительных материалах

При изучении настоящего курса студентам представилась возможность в достаточной мере познакомиться практически со всеми основными строительными материалами, объединенными в различные группы и подгруппы и с классификациями их по различным признакам. Ознакомиться с широкой номенклатурой материалов, изделий и конструкций применяемых при возведении строительных объектов. Среди строительных материалов - природные и искусственные, безобжиговые и обжиговые, неорганические и органические, тяжелые и легкие, эффективные и обычные. Все они отличаются друг от друга по исходному сырью, составу, технологии их изготовления, свойствам, внутреннему строению, функциональному назначению, области применении. В каждом материале имеется большая потребность, что вызывает необходимость в увеличении количества их производства. Понятно, что промышленность строительных материалов должна выпускать свою продукцию опережающими темпами по сравнению с темпами строительства, чтобы избежать дефицита в материалах. Вместе с тем, чем больше у общества потребность в строительных материалах, тем интенсивнее должна развиваться и наука о материалах. Уместно вспомнить замечание К. Маркса, что если у общества появляется техническая потребность, то она продвигает науку больше, чем десяток университетов. Следует отметить, что вторая половина Х I Х и первая половина ХХ столетия характеризуются интенсивным обогащением знаний о каждом материале, об особенностях его производства и применения. Каждая отрасль производства материалов в этот период получает от науки максимум информации о необходимом сырье, способах его переработки, различных технологиях и механическом оборудовании, о наиболее совершенных методах оценки качества готовой продукции, ее стандартизации и улучшения.

Вместе с тем становило все более очевидным, что наука о материалах не может развиваться только путем суммирования знаний о каждом материале, так как сила всякой науки в ее обобщениях, которых почти не было в науке о строительных материалах. Поэтому проводились глубокие и всесторонние исследования по изучению возможных обобщений в этой отрасли науки, и они были получены и стали известными со второй половины ХХ в. Современный этап развития науки о строительных материалах, возможно, охарактеризовать, во-первых, как процесс дальнейшего углубления выделившихся дифференцированных наук о материалах и, во-вторых, как интеграцию научных знаний о материалах Понятно, что эти два сложных процесса взаимосвязаны и влияют друг на друга Имеются основании полагать, что наука о материалах в ее современном состоянии развития двух указанных процессов перейдет в следующий ХХI век. На базе обобщении знаний о материалах смогут развиваться и отдельные дифференцированные науки, и различные отрасли производства строительных материалов.

В настоящее время убедительно показано, что строительные материалы не только отличаются друг от друга, но не в меньшей мере сходны между собой. Больше того, при определенном наборе структурных параметров, а иногда и при одном главном (ключевом) структурном параметре, если все другие остаются относительно стабильными, материалы оказываются подобными друг другу, прежде всего физически и геометрически. Такой «набор» структурных параметров соответствует так называемой оптимальной структуре, которая отвечает определенным обязательным требованиям.

Изучая свойства материалов при оптимальных структурах, автору представилось возможным в первую очередь, в отношении природных материалов - природного камня и минералов, а также древесины, установить ранее неизвестные закономерности, имеющие объективный характер и получившие наименование законов оптимальных структур [6].

Одной из важнейших закономерностей обнаруженных в свойствах природных материалов при оптимальной структуре, является, так называемый, закон створа. Его сущность заключается в том, что оптимальной структуре всегда соответствует комплекс экстремумов свойств, достаточно чувствительных к изменениям структуры материала, т. е. их превалирующему количеству. Практически это означает, что, используя закон створа, можно так организовать технологию производства искусственных строительных материалов, чтобы из принятых исходных материалов получать готовый продукт (искусственный строительный конгломерат) оптимальной структуры, что обеспечивает получение комплекса экстремумов его свойств. Это означает, что материал, используемый для строительных, целей, обладает не только заданными показателями качества, но, что гораздо важнее, эти показатели одновременно являются экстремальным применительно к принятым условиям технологии, эксплуатации и др.

Другой важной закономерностью является закон конгруэнции, или обязательного соответствия свойств при оптимальной структуре. Согласно этого закона следует, что между свойствами вяжущего вещества и конгломерата или между свойствами различных конгломератов полученных на основе вяжущего вещества, существует обязательное соответствие. В природе такая закономерность обнаружена на ряде горных пород – известняках, кварцитах и др. В искусственных строительных материалах типа бетонов, т. е. в конгломератах, такая закономерно приносит большую практическую пользу.

Третий закон - закон прочности оптимальных структур (в краткой записи) получил распространение и на некоторые другие свойства материалов, что позволило расширить его область применения.

Эти и другие закономерности позволяли проектировать оптимальные составы различных материалов общим методом с получением заданных и притом экстремальных показателей свойств.

Закономерности послужили исходной позицией при разработке общей теории материалов, названной теорией искусственных строительных конгломератов, чаще именуемых как композитные материалы (композиты). На основе ее была разработана единая классификация природных и искусственных материалов, каждый представитель, в которой подчиняется общей теории, общим закономерностям изменения свойств при оптимальных структурах. Последнее позволяет научно обоснованно заполнять в классификации вакантные места, ожидающие открытия новых материалов, закономерности о которых известны.

Теория искусственных строительных конгломератов как важная часть науки о строительных материалах на современном этапе ее развития, позволила прийти и ко многим другим обобщениям, имеющим принципиальное значение для теории и практики: общие научные принципы всякой технологии получения строительных материалов, общие требования к оптимальным структурам и к подобию соответствующих материалов, общие взаимосвязи между различными свойствами материалов, общая теория отвердевания вяжущих веществ при формировании микро- и макроструктур, общие принципы долговечности материалов в эксплуатационных условиях и т. п. Очевидно, что по мере дальнейшего развития науки о строительных материалах обобщающая ее часть будет непрерывно расширяться по всем ее компонентам. В свое время Эйнштейн замечательно сказал, что, наука не является и никогда не будет являться законченной книгой.

Роль науки с ее обобщениями при глубоком познании дифференцированных технологий и материалов возрастает в ХХI в. по мере того, как сырье, оборудование и источники энергии как главные элементы технологии будут претерпевать неизбежные существенные изменения, И тогда особенно остро станет ощущаться потребность в мобилизации всех известных (или еще нераскрытых) объективных закономерностей в материаловедении и в фундаментальных науках.

Литература

Основная

1 Горчаков Г.И. Строительные материалы. - М.: Высшая школа, 1981.- 472 с.

2 Попов Л.Н. Лабораторный практикум по предмету "Строительные материалы и детали".- М .: Стройиздат. 1988. -.222 с.

Дополнительная

3 Воробьев В.А. Лабораторный практикум по общему курсу строительных материалов. - М.: Высшая школа, 1978. – 248 с.

4 Горчаков Г.И. и др. Строительные материалы. - М.: Стройиздат. 1982.- 352 с.

5 Полухин М.И. и др. Технология металлов и сварка. - М.: Высшая школа, 1977. - 362 с.

6 Рыбьев К. А. Строительные материалы на основе вяжущих веществ.- М.: 1978. – 309 с.

7 Рыбьев И.А. Строительные материалы. Методические указания и контрольные задания. - М.: Высшая школа,1986. – 61 с.

8 Домокеев А.Г. Строительные материалы - М., Высшая школа, 1982. – 495 с.