5 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Знание строительных материалов

Г л а в а 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Основные этапы развития строительного материаловедения

Строительные материалы, изделия и конструкции — это материальная основа строительства. Затраты на них достигают 50 % общей стоимости строительно-монтажных работ. Следовательно, грамотное и экономное расходование материалов позволяет существенно сократить стоимость строительства в целом.

Для того чтобы правильно использовать разнообразные строительные материалы, надо знать их свойства и назначение. Изучением свойств материалов занимается наука — материаловедение. Материаловедение строительное — наука о строительных материалах, их составе, свойствах, внутреннем строении технологиях изготовления и областях применения, долговечности и надежности конструкций зданий и сооружений. Материаловедение относится к числу основополагающих строительных наук, поскольку без знания свойств строительных материалов невозможно проектировать, строить, реконструировать и эксплуатировать объекты. Эта наука является многоотраслевой, так как посвящена изучению и систематизации строительных материалов, вырабатываемых в соответствующих отраслях промышленности в полной номенклатуре.

Материаловедение может быть сведено к трем основным взаимодействующим составляющим. Во-первых, в материаловедение входят эмпирические знания в виде новых и ранее полученных данных на производстве, в институтах в ходе экспериментальных и опытно-промышленных исследований, наблюдений за работой материалов в конструкциях зданий и сооружений при эксплуатации.

Во-вторых, материаловедение — это область теоретических знаний. Известно, что теория призвана объяснять факты, наблюдаемые в производственных и лабораторных исследованиях; в эмпирическом материале она открывает действие закономерностей, сводит их в единую систему, что приводит к многим другим обобщениям и гипотезам, к созданию теории, наличие которой переводит систему знаний в подлинную науку.

В-третьих, материаловедение как неотъемлемый компонент всякой науки содержит ее мировоззренческие основы.

С развитием науки о строительных материалах изменились представления о прогрессивных и передовых технологиях их производства на уровне мировых достижений, закономерностях изменения свойств материалов, долговечности при критическом уровне деструкции, экологии окружающей среды и материалов как непременного критерия прогрессивной технологии, максимальном использовании техногенного сырья при минимальном расходе природного и др.

Развитие материаловедения происходит при тесном взаимодействии практики и теории: производственные технологии дают новые факты, а теоретические — принимают их, обогащая на их основе научные знания новыми обобщениями, используемыми, в свою очередь, в развитии производства.

Целенаправленное использование материалов для возведения построек различного функционального назначения известно человечеству с древнейших времен. На начальных этапах цивилизации применяли такие материалы, которые не требовали значительных усилий и энергетических затрат для придания им заданной формы: древесину и природные камни, необожженную глину.

Исходным моментом для становления науки о материалах явилось получение керамики путем сознательного изменения структуры глины при ее нагревании и обжиге. Со временем чрезмерную пористость изделий научились уменьшать глазурованием.

С течением времени человечество познало самородные, а затем и рудные металлы, крепость и жесткость которых были известны уже в VIII тыс. до н. э. Холоднокованая самородная медь была вытеснена медью, выплавленной из руд, которые встречались в природе чаще и в больших количествах. В дальнейшем к меди стали добавлять другие металлы, и таким образом в III тыс. до н. э. люди научились изготовлять и использовать бронзу как сплав меди с оловом, а также обрабатывать благородные металлы, уже широко известные к тому времени.

Получение новых керамических и металлических материалов и изделий было обусловлено определенным прогрессом производства. Возрастала необходимость в более глубоком понимании свойств материалов, особенно прочности, ковкости и других качественных характеристик, а также способов их возможного изменения.

Однако подлинных научных знаний о составе и свойствах материалов не было. Теория строилась в основном на догадках, интуиции, хотя были и удивительные решения, например в Ш в. до н. э. люди уже умели придавать строительным растворам гидравлические свойства, т. е. способность к твердению в водной среде с помощью природных добавок.

Источниками информации были личные контакты между мастерами и передача ими опыта, впоследствии получившие организующее начало в цеховых объединениях, естественная миграция и насильственное переселение специалистов-мастеров завоевателями из порабощенных стран. Письменная информация в области производства материалов и изделий в течение многих столетий отсутствовала, ибо мастера и ремесленники были неграмотны, а владевшая письменностью знать была бесконечно далека от непосредственного производства

В средние века, когда процветала алхимия, Парацельс (1493-1541) заменяет четыре элемента Аристотеля (земля, вода, воздух и огонь) тремя своими — солью, серой и ртутью, что можно расценить как интуитивное предсказание роли межатомных связей в формировании свойств веществ. К этому же периоду относится и учение Декарта (1596-1650) о том, что природа представляет собой непрерывную совокупность материальных частиц, что движение материального мира вечно и сводится к перемещению мельчайших частиц — корпускул (атомов). Перемещение атомов составляло основу корпускулярной теории строения вещества, что было значительным достижением в области познания составов, внутренних взаимодействий и свойств веществ.

Большой вклад в развитие науки о материалах внесли великие русские ученые М. В. Ломоносов (1711-1765) и Д. И. Менделеев (1834-1907). М. В. Ломоносов заложил основы передовой русской философии и науки, особенно в области химии, физики и геологии. Он явился основоположником курса физической химии и химической атомистики, обосновывающей атомно-молекулярное строение вещества. Д. И. Менделеев открыл важнейшую закономерность природы — периодический закон, в соответствии с которым свойства элементов находятся в зависимости от величины их атомной массы.

Для первого этапа становления и развития строительного материаловедения характерно сравнительно ограниченное количество разновидностей материалов и опытных данных по их качественным характеристикам. Его можно характеризовать как становление науки о материалах вообще, о составе веществ, внутренних взаимодействиях мельчайших частиц и их свойствах.

Развитие строительной техники и технологии способствовало совершенствованию качества материалов, расширению их номенклатуры, порождало новые архитектурные формы. С открытием таких вяжущих, как строительный гипс и воздушная известь, появилась возможность изготовлять материалы конгломератного типа, т. е. путем соединения вяжущего с сыпучими компонентами — песком и гравием. Получаемые таким образом бетоны и строительные растворы были известны уже в эпоху Древнего Рима и цивилизации индейцев майя. Однако применение этих бетонов ограничивалось недостаточной водостойкостью гипса и извести.

Второй этап в развитии строительных материалов начался с изобретения во второй половине XIX в. гидравлического вяжущего — портландцемента — и закончился в первой половине XX в. Появилась возможность изготовлять водостойкие бетоны и строительные растворы, что существенно расширило технические возможности строительства. Важнейшим показателем этого этапа явилось массовое производство различных строительных материалов и изделий, непосредственно связанное с интенсификацией строительства промышленных и жилых зданий, общим прогрессом промышленных отраслей, электрификацией и т. д. Характерным является также конкретное изучение составов и качества производимых материалов, изыскание наилучших видов сырья и способов переработки, методов оценки свойств строительных материалов со стандартизацией необходимых критериев совершенствования практики изготовления продукции на всех стадиях технологии.

В номенклатуре материалов, кроме применявшихся на первом этапе камня, меди, бронзы, железа и стали, керамики, стекла и отдельных вяжущих, начался массовый выпуск портландцемента, появились новые цементы; сформировалась специальная наука о бетонах — бетоноведение. Были предложены новые разновидности искусственных заполнителей для легких бетонов -керамические, шлаковые и др.

В конце XIX в. формируется технология изготовления железобетона и получает развитие наука о железобетоне. В это же время в строительстве внедряется предварительно напряженный железобетон. Массовое производство преднапряженных конструкций началось несколько позже, а в нашей стране — на третьем этапе развития строительного материаловедения. К этому периоду относится внедрение и сборного железобетона. Развивались научные концепции производства многих других строительных материалов. Уровень познания поднялся так, что в цементной, полимерной, стекольной и некоторых других отраслях разрыв во времени между окончанием научной разработки и внедрением ее в производство становился весьма малым, т. е. наука превращалась в непосредственную производительную силу. В то же время в других областях раскрытие теоретических принципов и общих закономерностей сдерживалось необходимостью быстрейшего решения проблемы интенсификации производства строительных материалов и изделий для удовлетворения нужд строительства.

Третий этап охватывает период со второй половины XX в. до настоящего времени. Он характеризуется, во-первых, процессом дальнейшего расширения производства строительных материалов и углублением знаний соответствующих им специализированных наук и, во-вторых, интеграцией научных знаний о строительных материалах и изделиях в их сложной совокупности. Расширение производства материалов вызывалось по-прежнему необходимостью восстановления жилищного и промышленного фонда после Второй мировой войны. Строительство было переведено на индустриальные способы, в частности путем заводского изготовления изделий из железобетона, конвейеризации производства бетона и железобетона. Индустриализация строительного производства привела к расширению номенклатуры и совершенствованию способов производства штучных теплоизоляционных, гидроизоляционных и герметизирующих материалов, в особенности материалов на полимерной основе или с их применением.

Керамическое производство стало высокомеханизированной и автоматизированной отраслью в промышленности строительных материалов. Во второй половине XX в. годовая производительность одной технологической линии составляла на заводах до 30 млн шт. стандартного кирпича. Были внедрены поточно-конвейерные линии с годовой производительностью до 1 млн м2 облицовочных керамических плиток и до 800 тыс. м2 плиток для полов.

Читать еще:  Стройматериалы для ремонта дома

Наше время характеризуется бурным развитием промышленности строительных материалов. Наряду с традиционными возрастает применение новых материалов. Механические способы переработки сырья все более вытесняются физико-химическими методами, при которых свойства строительных материалов формируются скрытой энергией вещества. Это позволяет сократить непроизводительные затраты труда, топлива и электроэнергии.

Современный этап характеризуется быстрым развитием производства и дальнейшей дифференциацией наук в различных отраслях промышленности строительных материалов. Науки обогащаются новыми практическими данными и переводят их в теоретические категории, раскрываются новые специфические закономерности технологических процессов, что оказывает помощь производству. Производство и наука обогащают друг друга, что особенно характерно для стадии современного развития строительного материаловедения. В результате появляются стыковые, пограничные области знаний о строительных материалах, например полимерцементных, силикатополимерных, шлакоке-рамических и др.

Для современного периода характерным является создание материалов с наперед задаваемыми свойствами на основе достижений физики твердого тела. Изучив природу межатомной связи твердого тела, строение элементов его пространственной решетки с учетом всех видов его дефектности, удается не только управлять его химическими, физическими и механическими свойствами, но и прогнозировать потенциальные оптимальные характеристики, заложенные в любом веществе его химической природой и структурными особенностями строения.

Для обеспечения потребностей населения в жилье в Республике Беларусь реализуется программа жилищного строительства, под которую требуется соответствующая материально-техническая база. В этой связи увеличивается выпуск цемента, кирпича, стеновых блоков, линолеума и других материалов. Особое внимание обращается на монолитное и монолитно-каркасное домостроение. В связи с интенсивным развитием индивидуального строительства взят курс на увеличение выпуска газосиликатных блоков как наиболее экономичного стенового материала.

В строительстве и отделке зданий широкое применение находят сухие смеси, защитно-отделочные и клеевые композиции, эффективные полимерные, металлополимерные, керамические и стеклянные материалы.

ВВЕДЕНИЕ В СТРОИТЕЛЬНОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Три этапа развития науки о строительных материалах

Современное строительное материаловедение — прикладная наука, базирующаяся на положениях фундаментальных наук: химии, физики, реологии, математики и др. Ее роль в строительном производстве огромна. Без постоянно развивающихся знаний о материалах и изделиях из них невозможно спроектировать, построить и эксплуатировать любой качественный и долговечный инженерный объект (здание, дорогу, мост и т.п.).

Строительное материаловедение изучает огромный спектр различных природных и искусственных материалов, вырабатываемых в соответствующих специфических отраслях промышленности. Тем не менее, строительное материаловедение объединяет все многообразие материалов в единую систему с общими научными принципами, методами и закономерностями. Такой системный подход позволяет прогнозировать появление новых, пока еще не открытых материалов с оставлением «вакантных» мест в соответствующих их классификациях (подобно тому, как это происходит с Периодической системой Д.И. Менделеева).

История развития науки о строительных материалах уходит в далекое прошлое. Профессор И.А. Рыбьев выделяет три основных, не одинаковых по продолжительности этапа развития науки о строительных материалах, между которыми нет четких разделительных границ [1] . Главным критерием для их выделения во времени является состояние производства, поскольну его совершенствование во многом определялось потребностями общества в материалах.

Первый этап (до 1-й пол. XIX в.) является наиболее длительным по времени. Исходной точкой отсчета начала развития науки о материалах признан момент получения керамики путем осознанного изменения структуры глины при ее обжиге. Это подтверждено результатами археологических раскопок. Вначале свойства изделий улучшали правильным подбором глины, а затем — их обжигом на открытом огне в специальных примитивных печах. Однако первым этапом в этой технологии стали попытки использования глины как вяжущего воздушного твердения. Это объясняется тем, что глина очень проста в применении и не требует помола, а нуждается лишь в разминании и увлажнении. Для предотвращения усадки и растрескивания глины отощались песком, а для увеличения прочности в глиняное тесто (раствор) добавляли траву, рубленую солому, шерсть животных (это был первый опыт упрочнения изделий путем армирования).

Значительно позднее человечество начало широко использовать металлы, прочность и жесткость которых были известны еще в 8-м тыс. до н.э. Вначале была открыта холоднокованая самородная медь. Позже она была заменена медью, выплавляемой из руд, которые встречались в недрах земли чаще и в значительно больших объемах. В дальнейшем к меди стали добавлять другие металлы и примерно в 3-м тыс. до н.э. люди научились получать и использовать сплав меди с оловом — бронзу (бронзовый век). К этому же периоду относится время, когда люди научились обрабатывать благородные металлы (серебро, золото).

С течением времени объемы использования металлов возрастали и человечество вступило в железный век, поскольку железные руды оказались гораздо доступнее медных. Таким образом, в 1-м тыс. до н.э. в производстве орудий и инструментов стало преобладать железо.

Сознательное создание все более сложных керамических и металлических изделий было обусловлено потребностями развивающегося мореплавания, ирригации, строительства различных зданий и сооружений, укрепления дорог.

Крупный вклад в развитие науки о материалах внесли выдающиеся русские ученые М.В. Ломоносов и Д.И. Менделеев.

М.В. Ломоносов (1711 —1765) заложил основы науки в области химии и физики. Им был открыт закон сохранения материи и движения, разработаны важнейшие положения в области физической химии. Он написал первую книгу на русском языке по металлургии, получил составы цветных стекол и изготовил из них мозаичные панно. Вклад Ломоносова в различные отрасли знания неоценим и его роль в развитии материаловедения огромна.

Д.И. Менделеев (1834—1907) открыл важнейший закон природы — периодический закон, в соответствии с которым свойства химических элементов находятся «в периодической зависимости от величины их атомных весов». Менделеев получил важные результаты в исследовании растворов, опубликовал книгу «Основы химии», в которой описал атомно-молекулярное строение вещества. Ему также принадлежит первый труд по основам стекольного производства.

В качестве некоторого итога становления и развития науки о строительных материалах на первом этапе можно отметить сравнительно ограниченное количество разновидностей изучавшихся материалов и данных об их свойствах.

Однако несмотря на слабое развитие точных наук, великие ученые и философы прошлых столетий на основе интуиции, логики, гипотез и теорий сумели дать достаточно полное представление о структуре материалов, установить общие зависимости их свойств (в основном механических) от состава. Например, Р. Гук еще в 1665 г. выявил типичную кристаллическую структуру железа.

Второй этап (2-я пол. XIX в. — 1-я пол. XX в) характеризуется созданием новых материалов и их массовым производством. Это было вызвано бурным развитием промышленности, строительством многочисленных инженерных сооружений. Кроме того, развитию науки о материалах способствовали новые открытия в области исследования их составов, структуры и оценки свойств. Ярким примером является открытие в 1912 г. явления дифракции рентгеновских лучей, что позволило создать фундаментальный физический метод изучения структуры различных материалов. Достижения в физике, химии, минералогии и других науках явились фундаментом для дальнейшего развития строительного материаловедения.

Второй этап развития науки о материалах существенно отличается от первого. Действительно, если на первом этапе устанавливались лишь общие связи между атомно-молекулярным составом веществ и их свойствами, то на втором этапе главным стало всестороннее изучение конкретных материалов, создаваемых для возводимых строительных объектов, и обеспечение их высокого качества.

Наблюдается также начало четкой дифференциации исследований применительно к запросам отдельных производств материалов. На этом этапе каждая отрасль производства получала от науки максимум информации о необходимом для нее сырье, способах его переработки, объективных методах оценки свойств готовой продукции, ее стандартизации и путях дальнейшего улучшения качества.

Развитие наук о Земле: геологии и геохимии (академики В.А. Обручев, А.Е. Ферсман, В.И. Вернадский и др.) — способствовало выявлению новых месторождений полезных ископаемых. Было установлено, что на долю девяти химических элементов приходится 98 % земной коры, причем половину из этого количества составляет кислород и более одной четверти — кремний. Было также определено, что большая часть элементов образует в земной коре различные химические соединения — кристаллические и аморфные минералы. Эти данные о минеральном сырье интенсивно использовались для его переработки в заводских условиях с получением минеральных вяжущих веществ, керамики, стекла и других промышленно выпускаемых строительных материалов.

Особенно подробно были изучены глины. Труды В.И. Вернадского, Н.А. Земятченского и других исследователей по глинам способствовали созданию промышленно развитой отрасли производства керамики и керамического строительного кирпича. Исследования в этом направлении внесли неоценимый вклад в создание керамических огнеупоров, что было крайне необходимым для развития металлургии.

Следует особо отметить успехи в производстве вяжущих веществ (строительного гипса и гидравлической извести) в России в XVIII в. В начале XIX в. Е.Г. Челиевым было открыто новое вяжущее, получившее в дальнейшем название портландцемент. Особенно большой вклад в развитие цементной промышленности в России внес Н.А. Белелюбский и его специализированная лаборатория.

Читать еще:  Ремонт ванны под ключ стоимость с материалами

Массовый выпуск цементов способствовал производству бетонов и появлению науки о бетонах — бетоноведения. Большой объем исследований в этом направлении выполнили Н.М. Беляев, Б.Г. Скрамтаев и др. Это позволило создать расчет состава плотного бетона.

Одновременно формировалась технология изготовления железобетона и наука о железобетоне. Открыл явление упрочнения бетона с помощью железной арматуры парижский садовник Ж. Монье в 1867 г.

В 1881 г. профессор Н.А. Белелюбский провел успешные испытания различных конструкций из железобетона.

Следующим большим шагом в развитии железобетона явилось внедрение в начале XX в. предварительно напряженной арматуры.

Продолжались также научные исследования и совершенствовались технологии многих других строительных материалов безобжигового типа (асфальтобетон, полимерные материалы, ситаллы и др.).

В целом науку о строительных материалах на втором этапе можно рассматривать как сложную совокупность знаний о конкретном материале на базе фундаментальных наук — физики и химии.

На втором этапе были изданы монографии, посвященные отдельным материалам, а также учебники по строительным материалам. Так, например, в 1896 г. В.В. Эвальдом был написан учебник, выдержавший 14 переизданий: «Строительные материалы, их изготовление, свойства и испытания». Далее были подготовлены известные учебники В.А. Кинда и С.Д. Окорокова (1934), Б.Г. Скрамтаева, Н.А. Попова (1950) и др.

Общепризнанно, что учебно-методическая литература в различные периоды сыграла огромную роль в систематизации знаний о научных основах производства различных материалов, а также обучении кадров инженеров-строителей и технологов.

Третий этап развития науки о строительных материалах охватывает современный период, начавшийся со 2-й половины XX в.

Для него характерны следующие особенности:

  • 1) дальнейшее расширение объема производства традиционных и появление новых материалов; при этом наблюдается возросший уровень теоретических исследований применительно к конкретному виду материалов;
  • 2) интеграция научных знаний о строительных материалах (например, физико-химическая механика дисперсных материалов, «отцом» которой стал академик П.А. Ребиндер).

Эти два сложных процесса взаимосвязаны и обогащают друг друга. Они оказывают существенное влияние на эффективное решение проблем повышения качества и снижения стоимости материалов, изделий и конструкций на их основе.

Импульсом, стимулирующим указанные процессы, явились последствия Второй мировой войны, потребовавшие огромного объема работ по восстановлению разрушенных городов, промышленных зданий и транспортных коммуникаций во многих странах мира.

Строительство интенсивно переводилось на индустриальные способы, благодаря внедрению крупноразмерных изделий и конструкций из сборного железобетона.

Это, в свою очередь, потребовало реконструкции и расширения производства цемента и увеличения его ассортимента. Было разработано около 30 видов цемента, включая быстротвердеющие, высокомарочные расширяющиеся и безусадочные. Развитие металлургии способствовало созданию и выпуску в больших объемах шлакопортландцемента. Стала перспективной организация производства шлако-щелочных вяжущих веществ, характеризуемых высокой прочностью.

Большие успехи были достигнуты в стекольной промышленности: разработаны стеклохолст, стеклосетки, стеклопластики, стеклорубероид, ситаллы. Вместо металлической арматуры в бетонах стали использовать стеклополимерные стержни и сетки.

Совершенствовалось производство полимеров. В основе достижений в этой области материаловедения лежат открытия выдающихся ученых-химиков: труды А.М. Бутлерова (середина XIX в.) в области химических реакций получения органических полимеров; С.В. Лебедева (конец XIX — начало XX в.), исследовавшего процесс полимеризации ненасыщенных соединений и являющегося одним из создателей производства синтетического каучука; Н.Н. Семенова, разработавшего теорию цепных реакций и описавшего закономерности таких реакций при полимеризации. Большие заслуги в создании новых видов пластмасс принадлежат К. А. Андрианову, А.А. Берлину, В.А. Каргину и др.

В области строительного материаловедения значительный вклад внесли труды И.А. Рыбьева, Н.В. Горелышева (дорожный асфальтобетон), В.И. Соломатова (композиционные материалы), И.Н. Ахвердова (цементобетоны) и многих других.

На современном этапе наука о материалах представляет собой систему обобщенных взглядов и характеризуется коренным пересмотром критериев прогрессивных технологий с выходом их на оптимальные значения. При этом четко прослеживается действие законов развития материи в системах структура — состав — свойства с научной конкретизацией категории «оптимальная структура материала».

Философская направленность развития строительного материаловедения выражается в том, что в ней действуют две тенденции: 1) идет дальнейшая дифференциация научных знаний о материалах; 2) происходит одновременный синтез научных знаний о них.

Обе тенденции «подпитываются» применением новых видов сырья, вяжущих веществ, заполнителей, добавок и технологий, использующих известные физические эффекты (ультразвук, электрогидравлический эффект, трибоактивация и др.). В совокупности обе указанные тенденции обогащают друг друга и вскрывают новые закономерности (например, «закон створа» И.А. Рыбьева) или кардинально улучшают технологию получения традиционных материалов (например, активация компонентов асфальтобетона на основе известных физических эффектов) [2] .

Таковы краткие теоретические и экспериментальные аспекты исторического развития строительного материаловедения как непрерывного движения. Суть этого динамического процесса состоит в постоянном совершенствовании и переходе от старого к новому, от простого к сложному, от низкого к более развитому уровню производительных сил общества.

Нужны ли знания по строительным материалам строителям с высшим профессиональным образованием?

В строительных вузах наблюдается систематическое уменьшение объема преподавания курса «Строительные материалы» в непрерывно оптимизируемых государственных образовательных стандартах, программах и учебных планах подготовки бакалавров и магистров по направлению 08.03.01 «Строительство». И это не позволяет убежденно положительно ответить на вопрос – считают ли составители этих программ и учебных планов, что строителям с высшим образованием нужны знания по строительным материалам.

Учебные программы по подготовке инженеров-строителей 30-х и 40-х годов прошлого века включали преподавание курса «Строительные материалы» в течение 2-х лет по 8 часов в неделю.

В 1991-ом году один из сотрудников фирмы «Эппле» рассказывал, что и в 90-х годах прошлого века в Мюнхенском политехническом университете он изучал курс «Строительные материалы» в течение 2-х лет в таком же объеме, обучаясь по специальности «Промышленное и гражданское строительство». Наверное, это правильно, ведь стоимость зданий и сооружений на 60 процентов и более состоит из стоимости строительных материалов.

А что в наших современных учебных планах, в частности, в примерном учебном плане подготовки бакалавров по направлению 270800.62 «Строительство», утвержденном Президиумом Совета Учебно-методического объединения вузов РФ по образованию в строительстве в 2013 году?

Приведем примеры распределения объема преподавания только отдельных дисциплин, в часах: иностранный язык – 324, математика – 432, физика – 216, механика – 396, инженерные системы зданий и сооружений – 324, сопротивление материалов и строительная механика – 432, а строительные материалы – 144 .

При этом надо иметь в виду, что изучение математики, иностранного языка, истории и физики ведется в течение 5-6 лет в общеобразовательной школе. Что имеем в итоге? Подавляющее, а точнее абсолютное большинство выпускников вузов, работающих на производстве, не владеют иностранным языком, не используют в своей трудовой деятельности результаты углубленного изучения математики, физики и механики. На этом фоне составители государственных образовательных стандартов и учебных планов по подготовке строителей с высшим образованием, очевидно, считают необязательными знания и по строительным материалам.

Из этих 144 часов, предусмотренных для курса «Строительные материалы» по большинству профилей подготовки вузов часто урезаются с выделением на лекции 16-18 часов и столько же или меньше на лабораторные и практические занятия. В одном из вузов проектом учебного плана предусмотрено для всех профилей подготовки бакалавров 8 часов на лабораторные работы. Но ведь надо студентов научить своими руками определить общие свойства материалов, марки цемента и строительного гипса, сорта извести, свойства битумов, марку кирпича и раствора, марку и класс бетона, свойства лакокрасочных материалов. Может быть строителям с высшим образованием этого не нужно уметь и знать?

Ни в одном учебном плане по всем профилям подготовки не рассматриваются вопросы свойств долговечности, коррозионной, температурной стойкости материалов конструкции зданий и сооружений. При значительных объемах часов дисциплин по выбору студентов в вузах практически не включаются дисциплины, связанные с углубленным изучением на сегодня очень широкой номенклатуры строительных материалов и их эксплуатационных свойств.

Для большинства профилей подготовки, кроме технологов, не предусматриваются дисциплины по строительному материаловедению, посвященные: природным каменным материалам, материалам на основе минеральных расплавов, вяжущим, бетоноведению, минеральным и химическим добавкам в бетоны и растворы, сухим строительным смесям, гидроизоляционным, теплоизоляционным и акустическим материалам, материалам для химической защиты изделий и конструкций, стеновым и отделочным материалам.

Представляются, что для того, чтобы получить профессиональное образование не лишним было бы введение дисциплин для профилей: промышленное и гражданское строительство – бетоноведение, химические минеральные добавки в бетоны и растворы, гидроизоляционные и теплоизоляционные материалы, химическая защита строительных изделий и конструкций; гидротехнические строительство – бетоны для ГТС, гидроизоляционные материалы; городское строительство, и техническая эксплуатация объектов ЖКХ — гидроизоляционные и теплоизоляционные материалы, материалы для химической и огневой защиты городских зданий и сооружений и объектов жилищно-коммунального хозяйства; теплогазоснабжение и вентиляция, водоснабжение и водоотведение – теплоизоляционные и гидроизоляционные материалы, материалы для химической защиты систем отопления, газоснабжения, водоснабжения, водоотведения и вентиляции; автомобильные дороги, аэродромы – бетоноведение, химические и минеральные добавки в асфальтовые и цементные бетоны; экспертиза и управление недвижимостью, проектирование зданий и сооружений – номенклатура, свойства и долговечность строительных материалов; производство и применение строительных материалов, изделий и конструкций – стойкость строительных материалов при воздействии различных строительных материалов.

Читать еще:  Светильник своими руками из подручных материалов фото

Разумеется, что могут быть предложены и другие дисциплины из области строительного материаловедения.

Пренебрежение уровнем знаний по строительному материаловедению у строителей с высшим образованием привело к тому, что в отдельных вузах перестали существовать самостоятельные кафедры «Строительные материалы». В определенной мере это ведет к деградации высшего строительного образования. И это наблюдается даже при подготовке отдельных, скорее как исключительно редких специалистов высшей квалификации кандидатов и докторов наук строительных специальностей.

Например, соискатель, представивший кандидатскую диссертацию по специальности «Строительные материалы и изделия», не смог удовлетворительно ответить на вопросы: «Что является сырьем для производства цемента?», «Сколько весит один метр кубической древесины?», «Какова плотность стали?». Доктор наук по одной из строительных специальностей возмущенно задавал вопрос: «Почему Вы в цемент вводите молотый кирпич, ведь это же глина?». Не мешало бы знать, что керамика это уже не глина. Молотый кирпич добавляли к извести строители еще до нашей эры с целью повышения прочности и водостойкости материалов на ее основе.

В порядке выполнения требований государственных стандартов в части унификации знаний всех профилей подготовки специалистов по направлению 08.03.01 «Строительство» вводится в учебные планы все более расширяющийся перечень однотипных дисциплин. Например: для технологов наравне с другим и необходимым явилось изучение дисциплины «Механика грунтов», включенный в их учебный план. Разве это не является абсурдным.

Можно было бы понять, если бы для них была введена дисциплина «Грунтоведение» с изучением химического, минерального и гранулометрического состава грунтов и примесей солей и оксидов металлов в них с тем, чтобы изучать коррозионную и биологическую стойкость в них различных материалов.

За последние годы сменилось несколько поколений государственных образовательных стандартов, разработанных Минобрнауки РФ. Вузы не успевают перерабатывать учебные планы и программы дисциплин, выполняя постоянно меняющуюся их требования. Последний зарегистрирован в Минюсте России 7-го апреля 2015 года. Но это не последний. Недавно по программе центрального телевидения обсуждались планы разработки государственных образовательных стандартов на основе учета требований работодателей. Каких работодателей? Ну, конечно, руководства созданного во второй половине 2015 года Минстроя РФ.

Но профессионализм этого руководства признается чрезвычайно низким в Открытом письме Президенту РФ В.В.Путину «Ассоциации Инженерные изыскания в строительстве», опубликованном 17-го июня сего года в газетах «Известия» и «КоммерсантЪ». Тогда может быть учесть рекомендации руководства региональных министерств архитектуры, строительства и ЖКХ. Но известно, что не так давно один из региональных министров заявил, что на третий год он начал отличать керамический кирпич от силикатного. И он даже не обязан этого знать, так как достаточно, если это знает один из его заместителей.

В Германии на упомянутой уже фирме, ее руководитель с сожалением говорил, что его сын наследует его фирму, может стать его хозяином, но по законам ФРГ он не имеет право руководить фирмой, так как не имеет базового образования. Так обеспечивается защита деятельности даже частных предприятий от непрофессиональных руководителей на государственном уровне. Конечно большинство наших руководителей государственного и частного управления строительной отраслью, предприятиями и организациями являются настоящими профессионалами и их рекомендации по формированию государственных образовательных стандартов и учебных планов, безусловно, необходимо учесть.

Но наиболее правильным при разработке государственных образовательных стандартов и учебных планов по профилям подготовки строителей с высшим образованием был бы учесть при этом рекомендации и работников вузов и членов Российской академии архитектуры и строительных наук, и соответствующих учебных планов вузов других технически развитых стран. Но сделать это целесообразно с обсуждением подобных рекомендаций в центральной печати. В связи с этим целесообразно организация в печати широкой дискуссии по формированию государственных образовательных стандартов, учебных планов и программ дисциплин по подготовке строителей с высшим строительным образованием.

Строительные материалы. Строение и свойства.

Знание строения строительного материала необходимо для понимания его свойств и в конечном итоге для решения практического вопроса, где и как применить материал, чтобы получить наибольший технико-экономический эффект.

Строение материала изучают на трех уровнях: 1) макроструктура материала – строение, видимое невооруженным глазом; 2) микроструктура материала – строение видимое в оптический микроскоп; 3) внутреннее строение веществ, составляющих материал, на молекулярно-ионном уровне, изучаемом методами рентгено-структурного анализа, электронной микроскопии и т.п.

Макроструктура твердотелых строительных материалов делится на следующие типы: конгломератная, ячеистая, мелкопористая, волокнистая, слоистая, рыхлозернистая (порошкообразная).

Искусственные конгломераты – это обширная группа, объединяющая бетоны различного вида, ряд керамических и других материалов.

Ячеистая структура характеризуется наличием макропор, свойственных газо– и пенобетонам, ячеистым пластмассам.

Мелкопористая структура свойственна, например, керамическим материалам, поризованным способами высокого водозатворения и введением выгорающих добавок.

Волокнистая структура присуща древесине, стеклопластикам, изделиям из минеральной ваты и др. Ее особенностью является резкое различие прочности, теплопроводности и других свойств вдоль и поперек волокон.

Слоистая структура отчетливо выражена у рулонных, чистовых, плитных материалов, в частности у пластмасс со слоистым наполнителем (бумопласта, текстолита и др.).

Рыхлозернистые материалы – это заполнители для бетона, зернистые и порошкообразные материалы для матичной теплоизоляции, засыпок и др.

Микроструктура веществ, составляющих материал, может быть кристаллическая и аморфная. Кристаллические и аморфные формы нередко являются лишь различными состояниями одного и того же вещества. Примером служит кристаллический кварц и различные аморфные формы кремнезёма. Кристаллическая форма всегда более устойчива. Чтобы вызвать химическое взаимодействие между кварцевым песком и известью, в технологии силикатного кирпича используют автоклавную обработку отформованного сырцового материала насыщенным водяным паром с температурой не менее 175 °C и давления 0,8 Мпа. Между тем трепел (аморфная форма диоксида кремния) вместе с известью после затворения водой образует гидросиликат кальция при нормальной температуре 15-25 °C. Аморфная форма вещества может перейти в более устойчивую кристаллическую форму.

Практическое значение для природных и искусственных материалов имеет явление полиморфизма – когда одно и то же вещество способно существовать в разнообразных кристаллических формах, называемых модификациями. Наблюдаются, например, полиморфные превращения кварца, сопровождающегося изменением объема.

Особенностью кристаллического вещества является определенная температура плавления (при постоянном давлении) и определенная геометрическая форма кристаллов каждой его модификации.

Свойства монокристаллов неодинаковы в разных направлениях. Это механическая прочность, теплопроводность, скорость растворения, электропроводность и др. Явление анизотропии является следствием особенностей внутреннего строения кристаллов.

В строительстве применяют поликристаллические каменные материалы, в которых разные кристаллы ориентированы беспорядочно. Подобные материалы рассматриваются как изотропные по своим строительно-техническим свойствам. Исключение составляют слоистые каменные материалы (гнейсы, сланцы и др.).

Внутреннее строение веществ, составляющих материал, определяет механическую прочность, твердость тугоплавкость и другие важные свойства материала.

Кристаллические вещества, входящие в состав строительного материала, различают по характеру связи между частицами, образующими пространственную кристаллическую решетку. Она может быть образована: нейтральными атомами; ионами; целыми молекулами.

Ковалентная связь, образуется обычно электронной парой в кристаллах простых веществ (алмаз, графит) и в кристаллах некоторых соединений из двух элементов (кварц, карборунд, другие карбиды, нитриды). Такие материалы выделяются очень высокой механической прочностью и твердостью, они весьма тугоплавки.

Ионные связи образуются в кристаллах тех материалов, в которых связь имеет преобладающе ионных характер. Распространенные строительные материалы этого типа гипс и ангидрид имеют невысокую прочность и твердость, не водостойки.

В сложных кристаллах, часто встречающихся в строительных материалах (кальцит, полевые шпаты), осуществляются и ковалентная и ионная связи. У полевых шпатов сочетаются относительно высокие показатели прочности и твердости, хотя и уступающие кристаллам алмаза с чисто ковалентной связью.

Молекулярные кристаллические решетки и соответствующие им молекулярные связи образуются преимущественно в кристаллах тех веществ, в молекулах которых связи являются ковалентными. Кристалл этих веществ построен их целых молекул, которые удерживаются друг около друга сравнительно слабыми ван-дер-ваальсовыми силами межмолекулярного притяжения (как в кристаллах льда). При нагревании связи между молекулами легко разрушаются, поэтому вещества с молекулярными решетками обладают низкими температурами плавления.

Силикаты, занимающие особое место в строительных материалах, имеют сложную структуру, обусловившую их особенности. Так, волокнистые материалы (асбест) состоят из параллельных силикатных цепей, связанных между собой положительными ионами, расположенными между цепями. Ионные силы слабее ковалентных связей внутри каждой цепи, поэтому механические воздействия, недостаточные для разрыва цепей, разделяют такой материал на волокна. Пластинчатые минералы (слюда, каолинит) состоят из силикатных групп, связанных в плоские сетки.

Авторы: редакционная статья ТехСтройЭкспертизы

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector