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

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.

Значение строительных материалов для народного хозяйства видно из того, что расходы на них составляют около 50% стоимости строительства (без стоимости оборудования). Для удешевления строительства чрезвычайно важно дальнейшее снижение стоимости строительных материалов и экономия их.

Более решительное внедрение новых прогрессивных стеновых материалов; увеличение производства шлакобетонных и крупных бетонных блоков; значительное увеличение выпуска новых высококачественных отделочных и облицовочных строительных материалов, деталей и конструкций заводского изготовления из керамики, гипса, бетона и железобетона, способствующих дальнейшей индустриализации строительства, снижающих его стоимость и улучшающих архитектурно строительные и эксплуатационные качества зданий и сооружений.

В начале ХХI века задаются вопросом о будущих строительных материалах. Бурное развитие науки и техники затрудняет прогнозирование: еще четыре десятилетия назад не было широкого применения полимерных строительных материалов, а о современных «истинных» композитах было известно только узкому кругу специалистов. Тем не менее можно предположить, что основными строительными материалами также будут металл, бетон и железобетон, керамика, стекло, древесина, полимеры. Строительные материалы будут создаваться на той же сырьевой основе, но с применением новых рецептур компонентов и технологических приемов, что даст более высокое эксплуатационное качество и соответственно долговечность и надежность. Будет максимальное использование отходов различных производств, отработавших изделий, местного и домашнего мусора. Строительные материалы будут выбираться по экологическим критериям, а их производство будет основываться на безотходных технологиях.

Уже сейчас имеется обилие фирменных названий отделочных, изоляционных и других материалов, которые в принципе отличаются только составом и технологией. Этот поток новых материалов будет увеличиваться, а их эксплуатационные свойства совершенствоваться с учетом суровых климатических условий и экономии энергетических ресурсов России. [3]

Строительными  материалами называют разнообразные по составу, структуре, форме, техническим свойствам, исходному сырью и технологии производства вещества, применяемые в жилищно-гражданском, промышленном, сельском, гидротехническом, дорожном и специальных видах строительства.

Строительными изделиями называют отдельные элементы, изготовленные из строительных материалов (например, железо- бетонная панель, состоящая из цемента, песка, щебня и воды, армированная стержнями, сетками, каркасам кирпичный блок, сложенный из кирпича на цементном растворе и др.).

Простейшими строительными материалами, которые начал применять человек, были глина, древесина, тростник, листья, шкуры животных, лед, снег, а также легко добываемые валуны, мягкие камни и др. В горных районах человек пользовался естественными или искусственно выдолбленными в мягких породах пещерами, на болотистых и заливаемых водой местах сооружались жилища на столбах, деревьях и т. д.

Многие строительные материалы, применяемые в настоящее время, известны давно., Например, кирпич-сырец и кирпич обожженный известны в строительстве более 12 тыс. лет. Сооружения из бетона на известковом растворе применялись еще в глубокой древности.

В Южном Туркестане (возле ст. Каахка) при раскопке по селения, возникшего более б тыс. лет тому назад, найдены изделия из керамики, камня, меди.

Для сооружения города Махенджодаро в Индии, построенного 5 тыс. лет тому назад, применялись тесаные камни, гидравлические растворы.

Монументальные памятники, такие как гробницы египетских пирамида Хеопса и другие, сооружены за 2— 4 тыс. лет до я. э. из крупных каменных элементов, плоских

балочных перекрытий, в отдельных конструкциях применены деревянные связи. Внутренняя и наружная отделки осуществлялись

в то время декоративными металлами, изразцами, живописью.

За 2—З тыс. лет до н. э. на территории Украины уже применяли керамику (трипольская культура).

В Индии в г. Дели в 4 в. установлена кованая колонна из чистого железа.

Древнеримские сооружения (грандиозные театры, триумфальные арки, акведуки и др.) возведены из бетонов. Отделку их выполняли из керамики, стекла, гипса. Бетонные своды построек, давностью более 2 тыс. лет, сохранились и поныне.

Одним из величайших сооружений в Риме конца 1 в. до н. э. является Колизей, вмещавший до 50 тыс, зрителей. Он выстроен из бетона, кирпича, природных камней.

В 1—5 вв. до н. э. и позднее в Армении, Грузии, Азербайджане построены выдающиеся сооружения из местных каменных строительных материалов (пещерный город Уплис-Цихе, мавзолей в Нахичевани и др.).

При постройке Великой китайской стены (213 г. до н. э.) были применены бетон на известковом вяжущем, кирпич, камни. В сооружениях Древнего Китая для наклонных кровель использовали солому, бамбук, глиняную черепицу. Для отделки применяли кирпич, глазурованную керамику, фарфор.

Храмы Посейдона и Парфенон в Греции построены в 5 в. до н. э. из мрамора, туфа и искусственных материалов — кирпича, глазурованной керамики, позолоченного металла; для кровли применяли черепицу.

В 6 в. до н. э. в Вавилоне для постройки дорог использовали битум.

Во время раскопок на территории древнего города Ольвии найдены различные строительные художественные керамические изделия, относящиеся к 6 в. до н. э.

В 5—6 вв. и позже у народов Средней Азии при строительстве монументальных сооружений широко применяли декоративную облицовку из цветного кирпича, многоцветных глазурованных плиток.

Исторические памятники Киевской Руси — Софийский со бор, заложенный князем Ярославом Мудрым в начале 6 в. ,Золотые ворота (6 в.) — одни из первых каменных сооружений на Руси, возведенные из кирпича и камня на растворе.

Техника производства кирпича ‘была известна на Руси до Х столетия н. э. Например, стены Десятинной церкви в Киеве были сложены из обожженного кирпича (плинф) размером 340х270х40 мм. Кирпичи такого же размера встречаются в кладке Преображенского собора в Чернигове, Софийского собора и Золотых ворот в Киеве. Древние полы Софийского собора выполнены из шестигранных цветных керамических плиток Изображения на стенах расписаны фресками (окраска по свежей штукатурке земляными красками), набраны стеклянными смальтами. На территории Десятинной церкви при раскопках найдены мастерские 6 в. В них обнаружены сырье, стеклянная глазурь, стеклянная смальта и тигли (в которых плавили смальту).

В конце ХI в. в Переяславе-Хмельницком были построены из кирпича и камня церкви Михаила и Андрея, а также собор Софии в Новгороде и др.

Высокохудожественные образцы древней керамики найдены в Белгороде, Владимире на Клязьме, Новгороде и других древ них городах Руси.

В середине 7 в. в Москве, Киеве, Пскове, Новгороде и других городах Древней Руси русскими зодчими были созданы выдающиеся инженерные сооружения из древесины. Большой деревянный наплавной мост через р. Днепр в Киеве был по строен в 1115 г.

В 1156 г. князь Юрий Долгорукий воздвиг в Москве укрепления из древесины. В 1367 г. князь Дмитрий Донской выстроил каменные стены вокруг столицы. Во второй половине ХУ в. были выстроены из кирпича в Москве знаменитый Успенский собор, дворец в Угличе и другие архитектурные памятники, новые кирпичные стены и башни Кремля, сохранившиеся до настоящего времени. В 16 в. на Руси было построено большое количество крепостей, различных военных укреплений. В строительстве сооружений этого типа кирпич являлся основным строительным материалом. В 1508 г. вокруг Кремля был устроен глубокий ров, откосы которого облицованы кирпичом и камнем. В конце 15 и начале 16 вв. в общем ансамбле Кремля были возведены новые соборы, Грановитая палата и другие здания.

Крупным достижением русской строительной техники того времени является сооружение каменной колокольни Ивана Великого высотой более 80 м.

В середине 16 в. русскими зодчими Бармой и Посником для сооружения храма Василия Блаженного в Москве были широко использованы обыкновенный и цветной кирпичи, природный камень, черепица, кровельное железо, плоские железо-кирпичные перекрытия.

В тот период уже была известна техника склеивания древесины.

В 16 в. при Иване Грозном столица России Москва значительно расширилась — Китай-город, где находился торговый посад, был обнесен кирпичной стеной.

В 16—17 вв. при строительстве Успенской церкви Киево-Печерской лавры была широко применена декоративная керамика. В ХУII—ХУI1i вв. появляются большие казенные кирпичные заводы в Москве, а затем и в Петербурге.

В 18 начале 19 вв. из среды русского народа выдвинулись замечательные русские зодчие: Баженов, Казаков, Захаров, Воронихин, Ухтомский, Старов и др.

Строительство этого периода знаменуется широким применением в Москве, Петербурге, Киеве и других городах мраморов, гранитов, керамических и стеклянных облицовок и других материалов.

В 18 в. в России известно применение асфальтовых материалов.

После изгнания в 1812 г. наполеоновских войск в России начало быстро развиваться в районе Москвы (Гжель), на Украине и на востоке страны керамическое производство.

Для многочисленных уникальных сооружений, построенных в 17 и начале 19 вв. (Адмиралтейство и Казанский собор в Ленинграде, Большой театр в Москве, Андреевская церковь в Киеве и многие другие), применены высококачественные природные и искусственные материалы. Богатство скульптур Адмиралтейства, гранитная Александрийская колонна в Ленин граде высотой 25,5 м весом 500 т, монументальная колоннада Казанского собора из гранитных колонн весом каждая более 100 т, необычная красота внутренней отделки русскими само цветами, техника и искусство применения природных и искусственных материалов при сооружении многих зданий свидетель- ствуют о высоком качестве отечественных строительных мате риалов и мастерстве русских зодчих.

Научные основы технологии строительных материалов, теплотехники, горного дела и металлургии в России создал русский ученый М. В. Ломоносов. Идеи Ломоносова были использованы при постройке первых крупнейших в мире доменных печей.

Д. И. Менделеев — создатель периодической системы элементов — издал в 1859 г. труд «Стеклянное производство», который способствовал развитию и совершенствованию стекло делания в России. Массовое применение стекла в строительстве началось с 17 в.

Техническому прогрессу в области производства и приме нения вяжущих материалов способствовало изобретение портландцемента.

В 1824 г. англичанин Аспдин из г. Портланд получил па тент на изготовление вяжущего с гидравлическими свойствами путем обжига глиноизвестняковых смесей до спекания с последующим размолом их в порошок. Такое вяжущее было названо «портландцементом». Однако способ изготовления гидравлического вяжущего был известен в России в начале 19 в. Русский военный техник Егор Челиев в 1825 г. издал в Москве книгу «Полное наставление как приготовлять дешевый и лучший мертель или цемент». В этом труде Е. Челиев обобщил накопленный русскими строителями опыт по получению и приме нению гидравлических вяжущих в России.

В 1853 г. при Петербургском институте инженеров путей сообщения проф. Н. Я. Белелюбским была организована первая в России лаборатория по испытанию материалов.

В последующие годы технология изготовления строительных материалов как в России, так и за рубежом, благодаря развитию смежных отраслей науки и техники, развивается и совершенствуется.

В нашей стране наука о строительных материалах получила большое развитие после Великой Октябрьской социалистической революции и особенно после Великой Отечественной войны.

В послевоенный период, наряду с промышленным строительством, ведется огромное жилищное и культурно-бытовое строительство. За последние годы более 120 млн. человек переселились в новые благоустроенные квартиры.

Главной задачей в области развития промышленности строительных материалов является широкое использование местно го сырья и развитие производства эффективных элементов, обеспечивающих высокую степень сборности, уменьшение веса конструкций, повышение качества, снижение стоимости строительства.

Характеризуя общее направление в технологии изготовления строительных изделий следует отметить, что для создания современных конструкций, отвечающих условиям сборности и полной индустриальности, нужны тонкие несущие конструкции — каркасы, оболочки и легкие материалы, выполняющие роль утеплителей.

Прочные каркасы могут быть выполнены из армированных бетонов, из специальных сталей и алюминиевых сплавов, стеклопластиков, клееной древесины и др. Легкий материал (утеплитель) создают искусственным введением в массу материала воздуха в виде мелких, равномерно распределенных ячеек или прослоек, волокнообразованием, гофрированием и другими способами. Являясь хорошим теплоизолятором, воздух значительно улучшает теплофизические, а, следовательно, и технико-экономические показатели изделия.

В последнее время создано много весьма эффективных пористых искусственных строительных материалов и изделий: крупнопористые бетоны, пеностекло, пеносиликаты, керамзит, термозит, вспученный перлит, поропласты, пеноалюминий, фибролит, стекловолокно, минеральная вата и др.

При современной технологии объемный выход строительного материала нередко во много раз превышает объем затраченного сырья. Так, из одной объемной единицы перлитового камня получают 6—10 объемов вспученного перлитового песка, из единицы объема слюдяного материала — вермикулита — 10—15 объемных единиц вспученного вермикулита, из 1 м камня — базальта — 50—80 м базальтовой ваты и т. д.

Следует отметить одну важную особенность развития промышленности строительных материалов. Полной механизации и автоматизации производства поддаются изделия, изготовляемые из пластичных, рыхлых, расплавленных, текучих масс, а также из пленочных материалов. Поэтому современная технология производства строительных материалов в основном направлена на превращение даже таких, казалось бы, готовых материалов, как природные камни, древесина и другие в бес форменную массу, из которой различными путями можно изготовлять на автоматизированных линиях законченные крупноразмерные элементы любого структурного вида—плотные, ячеистые, волокнистые с последующей комплектацией из них крупногабаритных изделий.

Наряду с производством давно известных материалов (из вести, гипса, портландцемента, обыкновенного кирпича и др.) значительно увеличивается производство высокопрочных 11 быстротвердеющих цементов, вяжущих для специальных строи тельных работ, для декоративной отделки зданий, пустотелого кирпича, легких заполнителей, различных теплоизоляционных материалов.

Широкое развитие находит производство различных пленочных защитных и декоративных материалов из древесины (микрошпон), стекла (пленочное стекло, стеклошпон), синтетических смол (смоляные пленки), металла (фольга), бумаги, дуб- лированной пленкой, и изготовление на их основе индустриальных материалов различного назначения (бакелизированная фанера, стеклопластики, слоистые пластики, гофрированный кар тон и др.).

Особое внимание уделяется развитию производства материалов из минеральных расплавов, автоклавных бетонов, а также материалов специального назначения — антикоррозионных и герметизирующих, антисептиков, антипиренов и других химических средств.

Широко применяются современные способы улавливания пыли на цементных, гипсовых и других заводах, извлечения полезных составляющих газов и сопутствующих пород. Промышленные отходы (шлаки, золы, опилки, изношенная резина и др.) занимают должное место в номенклатуре сырья для производства строительных материалов. Намного повысился удельный вес синтетических материалов, металлов и сплавов с но- выми свойствами.

В создании многих групп материалов особая роль принадлежит утеплительным материалам, тонколистовой нержавеющей стали, тонкому листу из алюминиевых сплавов, клеям, клеящим мастикам, эмульсиям, техническим тканям.

Развитие новых областей техники и создание объектов специального назначения вызвало потребность в новых технологических процессах и новых материалах.

Для создания современных материалов применяют новые индустриальные методы: тонкое и сверхтонкое измельчение в мельницах и ультразвуком, высокое физическое давление, прокат, обработку паром при высоком давлении, полимеризадию, клеяние, электронную технологию, применение поверхностно активных веществ и активных смазок, пленочные покрытия напылением, гидро- и газорезание, штампование взрывом, массовый выброс породы взрывом, применение искусственных алмазов для обработки твердых тел, обработку лучом Лазера и :многие другие. Так, ультразвуковым способом можно получать :экономичные по расходу цемента бетонные смеси, красочные составы с малым расходом олифы, сваривать металлы, разрезать камни, дробить породу. Под высоким давлением изготовляют бетоны, по прочности равные прочности чугуна. В элек- трическом поле эффективно производят окрашивание, улавливание пыли, измельчение, термообработку.

На смену обычным конструкциям пришли крупноразмерные плоские и пространственные элементы, блоки, комнаты и целые квартиры, надувные конструкции из воздухонепроницаемых тканей, водонаполненные кровли, элементы из стекла, материалы из плавленых горных пород и шлаков, конструкции из алюминия, древесных пластиков, стеклопластиков, пластических масс, плосксворачивающиеся стальные и пленочные трубы и др. Для новых конструкций потребовались новые решения горизонтального и вертикального транспорта. На вооружение строителей для транспортирования материалов и изделий вступили в строй мощные цементовозы, панелевозы, вертолеты.

Для широкого развития промышленности строительных материалов  в СССР есть неисчерпаемые сырьевые и топливные- ресурсы. Советский Союз обладает богатейшими месторождениями редких по красоте каменных строительных материалов.

Большую ценность для строительства представляют легко поддающиеся распиловке горные породы—туфы Армении ракушечники Черноморья, Крыма, Молдавии, опоки Приднестровья и др. Эти материалы сочетают конструктивные и архитектурные качества и могут применяться в виде крупных элементов.

По запасам древесины наша страна занимает первое место в мире, обладая более чем одной третью мировых лесных ресурсов.

Промышленность пластических масс обеспечена неисчерпаемыми источниками сырья — нефтью, газом. Так, из 1 млрд. м природного газа можно получить более 500 тыс. т различных химических продуктов, из которых на долю пластических масс приходится около 100 тыс. т.

Огромные запасы рудных и нерудных сырьевых материалов. (железных руд, боксита, асбеста, нефелинов, диатомита, слюды, обычных и огнеупорных глин, каолина, магнезита, мергелей,. известняка, гипса и др.) открывают широкие возможности для. развития производства современных индустриальных строительных материалов.

Большая роль будет принадлежать химическим материалам в производстве строительных материалов и в строительстве Развитие строительной индустрии немыслимо сейчас без глубокого понимания процессов образования материала, без умения управлять этими процессами, без умения создать необходимые условия взаимосвязи со средой в период эксплуатации конструкции.

Управлением химической природой изделия, выбором соответствующих для него компонентов, комплектацией конструкции регулированием среды службы, созданием защитных слоев на поверхности можно в значительных пределах улучшить свойства материалов и намного повысить их долговечность.

При этом особая роль принадлежит различным химическим добавкам в малых дозах. Малые дозы поверхностно активных веществ содействуют измельчению цементов, замедляют ИЛИ ускоряют процессы схватывания я твердения, повышают заданные плотность, пористость, формовочную способность, делают материал гидрофобным или гидрофильным, стойким к влияниям различных  агрессивных сред.

Наукой открыты возможности направленного создания свойств материалов и управления процессами их структурообразования. Так, из природного газа и нефти получают твердые, эластичные, газонаполненные, жидкие, волокнистые строительные материалы. Из каменных пород, из шлака, пользуясь методами современной науки, изготовляют плотные, ячеистые, волокнистые материалы.

В настоящее время в стране успешно работают сотни научно-исследовательских организаций по изучению новых проблем в строительстве, тысячи заводских и строительных лабораторий, сотни проектных институтов. Разработаны новые методы исследования сырья и материалов — рентгенография, термоанализ, электрономикроскопия, ультразвуковая дефектоскопия, резонансный и другие способы, позволяющие контролировать качество материалов без их разрушения. В Советском Союзе созданы уникальные технологические процессы производства строительных изделий, например, вибропрокат панелей на стане Н. Я. Козлова, изготовление крупногабаритных изделий из силикатных бетонов, автоматизированные установки для сварки металла и др.

Большое внимание уделяется вопросам надежности материалов, бездефектности, экономической эффективности.

В целях повышения качества и художественно-эстетических достоинств строительных материалов Государственный комитет по промышленности строительных материалов ввел с 1 января 1966 г. положение об эталонах на строительные материалы и изделия. Эталоны определяют внешний вид материала, свойства, соответствующие ГОСТам, МРТУ и другим нормативным документам. утверждающимся сроком на 5 лет. Промышленные предприятия должны выпускать продукцию, соответствующую эталонам. Отступления могут быть только в сторону повышения качества. Техническое управление Комитета контролирует не реже 2 раз в год выпуск продукции предприятиями, соответствующей эталонам.

                                             Список  литературы.

1.  «Строительные материалы» (Г.И.Горчаков, Ю.М. Баженов.) Строиздат 1986г.

2.  «Строительное материаловедение» (И. А. Рыбьев). Высшая школа 2002г

3.  «Строительные материалы»  (В.Г.Микульский,  Г .И. Горчаков, В.В. Козлов,       В.Н.Куприянов и др.). АВС 2002г.

.