Вопрос 2.

В становлении и совершенствовании строительного материаловедения можно выделить три основных этапа, не равных по своей продолжительности. Возникновение науки и каждый этап ее развития были вызваны производством, которое отражало возрастающую потребность в материалах у общества.

Первый этап наиболее продолжителен. Началом развития науки о материалах явилось получение керамики сознательным изменением структуры глины при ее нагревании и обжиге. Обжиг глиняных изделий стали проводить около 7 тыс. лет назад. Для уменьшения пористости керамику стали покрывать глазурью около 5 тыс. лет назад.

Выплавление металлов из руды и обработка самородных металлов начались одновременно с изготовлением глиняной посуды. Первые изделия из свинца и меди были найдены в поселениях, находившихся 8 - 9 тыс. лет назад на территории нынешней Турции. В дальнейшем к меди для придания ей твердости стали добавлять другие металлы, например олово; сплав меди с оловом называется бронзой. Получение бронзы 5 тыс. лет назад открыло новую эпоху в развитии человечества - бронзовый век.

Около 3 тыс. лет назад человечество из бронзового века вступило в железный, так как железные руды были более доступными. Железо научились выплавлять вначале в неглубоких земляных ямах (горнах), затем в домницах (круглых шахтных печах). Доменная печь является и сейчас основным агрегатом для производства чугуна - высокоуглеродистого железа.

Сознательное создание новых керамических и металлических материалов и изделий было обусловлено определенным прогрессом производства. Возникла необходимость в изучении свойств материалов, особенно прочности, ковкости и других характеристик, и в создании способов их возможного изменения.

Первые теоретические представления о материалах исторически связаны с развитием философии, а затем физики. Наблюдая за строением и свойствами камней, керамики, бронзы и стали, древнегреческие философы Демокрит (около 470 г. до н.э.) и Эпикур (341 -270 г. до н.э.) высказали верные суждения об атомном их строении. Примерно к тому же периоду относится философия и древнегреческого мыслителя Аристотеля (384 - 322 г. до н.э.). Он установил наличие 18 качеств и их противоположностей: плавкость-неплавкость, вязкость-хрупкость, горючесть-негорючесть, а также выразил агрегативные состояния вещества через четыре элемента: землю, воду, воздух, огонь.

Таким образом, для первого этапа становления и развития строительного материаловедения, который начался с глубокой древности и продолжался до начала второй половины XIX в., характерно небольшое количество разновидностей изучаемых материалов и опытных данных по их качественным характеристикам. Однако великие ученые и философы тех времен интуитивно, с помощью логики, гипотез и теорий, а несколько позже с привлечением новых знаний в физике и открытий в химии и физической химии сумели дать достаточно полное представление о составе вещества, внутренних взаимодействиях мельчайших частиц и свойствах

Второй этап развития строительного материаловедения начался со второй половины XIX в. и закончился в первой половине XX в. Он характеризуется массовым производством различных строительных материалов и изделий, созданием новых материалов и их выпуском, что связано с общим прогрессом промышленности, строительством промышленных и жилых зданий, электрификацией, созданием новых гидротехнических сооружений и т.п. Характерным для этого периода является конкретное изучение составов и качества выпускаемых материалов, использование наилучших видов сырья и технологических способов его переработки, различных методов испытания свойств материалов.

Достижения материаловедения в нашей стране связаны с именами основателей крупных научных школ Ф. Ю.Левинсона-Лессинга, Е.С.Фёдорова, В.А.Обручева, А. Ё.Ферсмана, Н.А. Белялюбского и других ученых, занимавшихся исследованием материалов и разведкой месторождений природных каменных материалов. Строительное материаловедение этого периода использует данные петрографии, геохимии, минералогии для характеристики минерального сырья, которым располагает промышленность. Это сырье после механической переработки может применяться в виде готовой продукции - изделий из природного камня, либо подвергаться химической переработке с получением вяжущих веществ - гипса, извести, а также керамики и стекла.

В этот же период начался промышленный выпуск портландцемента, предложенного русским инженером С. Г. Челиевым в начале XIX в. были пущены заводы в г. Гродзец, Коломна (Шурово), Подольске, Новороссийске. В начале XX в. в России насчитывалось 60 цементных заводов производительностью 1,5 млн т цемента в год. Благодаря работам таких русских ученых, как А. Р. Шуляченко, И. Г. Малюга, П. П. Будникова, А. В. Волженского, были созданы новые цементы и другие вяжущие вещества, разработаны методы расчета минералогического состава клинкера, изучены процессы твердения вяжущих веществ, разработаны первые технические условия на цемент. В результате выпуска различных вяжущих веществ развивается технология производства бетонов и появляется наука о бетонах - бетоноведение. В 1845 г. российский ученый И. Г. Малюга сформулировал закон водоцементного отношения. В это же время французский ученый Фере предложил формулу прочности бетона, затем были предложены формулы прочности бетона Абрамсом, Н.М.Белявым, И.Боломеем и Б. Г.Скрамтаевым, которые использовались для расчета состава бетона.

В конце XIX в. разрабатывается технология изготовления железобетона и развивается наука о нем. Открытие железобетона принадлежит французским ученым Ж. Ламбо, Куанье, а также Ж. Монье, получившему ряд патентов на его изобретение (1850-1870). Большая заслуга в развитии науки о железобетоне в России принадлежит Н.А. Белялюбскому, Н.К.Лахтину, И.Г.Малюге, Н.А.Житкевичу, С. И.Дружинину, А. Ф.Лолейту, Н. М.Абрамову, А. В. Кузнецову и другим ученым.

К завершению условно выделяемого второго этапа развития строительного материаловедения уровень познания и применения достигнутых знаний на практике стал очень высоким. Строительное материаловедение на втором этапе развития представляет собой совокупность знаний о каждом материале и группах исходных материалов на уровне соответствующих им наук.

Третий этап развития строительного материаловедения охватывает современный период, начавшийся во второй половине XX в. Он характеризуется, во-первых, ростом объема производства традиционных и появлением новых строительных материалов, углублением специализированных наук об этих материалах и, во-вторых, интеграцией научных знаний о строительных материалах в их сложной совокупности. Увеличение объема производства строительных материалов связано с необходимостью восстановления разрушенных городов и сел, зданий и сооружений после Второй мировой войны. Строительство было переведено на индустриальные методы с помощью внедрения сборных железобетонных конструкций и изделий.

На третьем этапе помимо широкого развития практики развивалась и теория путем систематизации теоретических знаний о материалах в их сложной совокупности и взаимосвязи. Было установлено, что природные и искусственные материалы, обладающие оптимальной структурой, имеют общие закономерности в свойствах, общие научные принципы в технологии различных материалов, общие методы оптимизации их структуры, обобщенные критерии прогрессивных технологий.

На третьем этапе развития строительного материаловедения возникла и стала широко развиваться теория искусственных строительных конгломератов, разработанная И.А. Рыбьевым и его научной школой. В ней отражены: сущность теоретической технологии; общие закономерности формирования оптимальных структур, при которых материалы становятся подобными между собой благодаря наличию экстремальных значений свойств, зависящих от структуры; общие и притом объективные (т.е. встречающиеся у древесины и горных пород) закономерности изменения свойств (закон створа, закон конгруэнции, закон прочности) в математических выражениях; теория долговечности материалов; теория методов научного исследования и технического контроля качества и т. п.

На этом этапе развивается и третий компонент строительного материаловедения - мировоззренческие основы науки. Они выражаются как в научно-абстрактных законах фундаментальной науки - строительного материаловедения, так и в специфических тенденциях ее развития: в углублении дифференцированных знаний о каждом строительном материале и интегрировании научных знаний о материалах в их сложном единстве. Благодаря единству этих тенденций происходит развитие строительного материаловедения с разработкой и доказательством новых гипотез и общих объективных закономерностей.