Строительные материалы

Развитие производства строительных материалов

Многообразные строительные материалы и изделия с их разнообразным вещественным (химическим) составом и с различными структурами изготовляются на предприятиях разных отраслей, но в наибольшей мере — в промышленности строительных материалов как крупной отрасли социалистической индустрии.

Применение строительных материалов в прошлом

Применение и получение строительных материалов было известно в самой глубокой древности, поскольку они играли непосредственную роль в обустройстве быта и развитии культуры. Именно поэтому античные греки в истории человечества выделяли золотой, серебряный, бронзовый и железный века. Материалы применялись по мере надобности без особого их изучения, так как было изобилие хорошо зарекомендовавших себя природных строительных материалов — горных пород, глины с простым превращением ее в камень при обжиге, природного цемента, металлов и их сплавов.

На территории нашей страны в древние, а затем и в средние века строились крупные и монументальные здания и сооружения в Армении, Грузии, Азербайджане, Средней Азии, на Украине с применением камня, керамического кирпича, простых и сложных строительных растворов, многоцветных глазурованных плиток, древесины, черепицы и другой строительной керамики, кровельного железа. Более глубокое изучение строительных материалов началось позже. Особенно быстро материаловедение развивалось с тех пор, когда была установлена возможность влиять на свойства (качество) строительного материала путем изменения его внутреннего строения (структуры). Керамика принадлежит к первому неорганическому строительному материалу, который был получен путем обжига глины, легко изменяющей форму в сыром состоянии. Этот период относится к глубокой древности, и, естественно, тогда еще не имелось для перевода глины в камень научной основы.

Кирпичные заводы в Москве, Петербурге были впервые созданы в XVII—XVIII вв., после чего относительно быстро развивается керамическое производство. Для благоустройства городских улиц и площадей широко применяются каменные природные материалы, а также используются отечественные асфальтовые и другие строительные материалы. Однако в дореволюционной России производство строительных материалов находилось на невысоком уровне. Многие строительные материалы, например цемент, гранит, мрамор, пуццолану, лакокрасочные и другие материалы, привозили из-за рубежа, несмотря на наличие своей богатой сырьевой базы.

Строительные материалы и наука

Научные основы горного дела, металлургии и других производств были заложены в трудах М. В. Ломоносова (1711—1765), а основы «стеклянного производства» — Д. И. Менделеева (1834—1907). Развитию отечественной науки и технологии строительных материалов способствовали труды Н. А. Белелюбского (1864—1922) по испытанию и изучению природных каменных материалов, А. Р. Шуляченко (1841—1903) в области вяжущих веществ, Е. Г. Челиева — первооткрывателя мертеля (в будущем названного портландцементом) и описавшего его в своей книге в 1825 года. А. Р. Шуляченко, Н. А. Белелюбский и И. Г. Малюга разработали первые в нашей стране технические условия на отечественный портландцемент. Крупные изыскания и исследования были выполнены Н. Н. Ляминым и С. И. Дружининым по открытию крымских месторождений пуццоланы как активной (гидравлической) добавки к вяжущим веществам.

Заметным импульсом развития науки о строительных материалах явилась физико-химическая механика, разработанная академиком П. А. Ребиндером и его научной школой. Эта пограничная отрасль науки решает в основном задачи получения тел с высокими механическими, особенно прочностными, свойствами, определения наилучших условий механической обработки — дробления и тонкого измельчения (диспергирования), резания и давления, обеспечения физико-химическими и механическими приемами наилучшей обрабатываемости твердых тел с учетом воздействия окружающей среды. Наука о строительных материалах на современном этапе своего развития включает не только сумму расширяющихся знаний о каждом материале, но и комплекс общих положений, принципов, законов, понятий о материалах как в конкретной, так и абстрактно-логической формах. Этому развитию существенно способствовала теория искусственных строительных конгломератов, разработанная И.А.Рыбьевым и его научной школой. Оказалось, что при определенных условиях все материалы подчиняются общим законам, их свойства взаимосвязаны, структуры подобны между собой. Случайные открытия новых строительных материалов сменились научно обоснованным проектированием материалов с заранее заданными свойствами, заполняя собой вакантные места в общей классификации строительных материалов — природных и искусственных.

Классификация строительных материалов

Огромное количество наименований строительных материалов, составляющих сейчас широкую их номенклатуру, стремятся представить в виде системных классификаций из более или менее сходных по каким-либо признакам групп.

Классификационные признаки строительных материалов

В качестве классификационных признаков строительных материалов выбирают производственное назначение строительных материалов, вид исходного сырья, основной показатель качества, например их масса, прочность, и другие. В настоящее время в классификации учитывают также и функциональное назначение, например, теплоизоляционные материалы, акустические материалы и другие в дополнение к делению на группы по признаку сырья — керамические, полимерные, металлические и т. п. Одна часть материалов, объединенных в группы, относится к природным, а другая их часть — к искусственным.

Каждой группе материалов или отдельным их представителям в промышленности соответствуют определенные отрасли, например цементной промышленности, стекольной промышленности и т. п., а планомерное развитие этих отраслей обеспечивает выполнение планов строительства объектов.

Природные строительные материалы

Природные, или естественные, строительные материалы и изделия получают непосредственно из недр земли или путем переработки лесных массивов в «деловой лес». Этим строительным материалам придают определенную форму и рациональные размеры, но не изменяют их внутреннего строения, состава (например, химического). Чаще других из природных используются лесные (древесные) и каменные материалы и изделия. Кроме них в готовом виде или при простой обработке можно получить битум и асфальт, озокерит, казеин, кир, некоторые продукты растительного происхождения, например, солому, камыш, костру, торф, лузгу и др., или животного мира, например, шерсть, коллаген, боннскую кровь и др. Все эти природные продукты в сравнительно небольших количествах тоже используют в строительстве, хотя главными остаются лесные и природные каменные строительные материалы и изделия.

Искусственные строительные материалы

Искусственные строительные материалы и изделия производят в основном из природных сырьевых материалов, реже — из побочных продуктов промышленности, сельского хозяйства или сырья, получаемого искусственным путем. Вырабатываемые строительные материалы отличаются от исходного природного сырья как по строению, так и по химическому составу, что связано с коренной переработкой сырья в заводских условиях с привлечением для этой цели специального оборудования и энергетических затрат. В заводской переработке участвует органическое (дерево, нефть, газ и др.) и неорганическое (минералы, камень, руды, шлаки и др.) сырье, что позволяет получать многообразный ассортимент материалов, употребляемых в строительстве. Между отдельными видами материалов имеются большие различия в составах, внутреннем строении и качестве, но они и взаимосвязаны как элементы единой материальной системы.

И хотя еще немного имеется известных общих закономерностей, выражающих связь между качественно разнородными и отличными по происхождению строительными материалами или между явлениями и процессами при образовании их структур, но и того, что уже известно, достаточно для объединения практически всех материалов в одну систему.

Строительные материалы в строительстве

В строительстве гораздо большим многообразием отличаются материалы искусственные, что относится к важному достижению человечества. Но и природные материалы продолжают находить широкое применение в своем «первозданном» виде с приданием им необходимых внешних форм и размеров.