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

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 эконо- чическая 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 при- менив 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 тепло- и 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.

Страницы: 1, 2, 3, 4