Тема. Введение в курс

Конспект лекций по дисциплине

«Строительное дело и материалы»

Технология конструкцион­ных материалов занимает особое место в профессиональной подготовке специалистов строительного профиля, имея в виду решающее влияние строительных материалов на технико-экономическую эффективность и безопасность строительства и эксплуатацию зданий и сооружений. Собственный вес и стои­мость строительных материалов в конструкциях составляет более 50 процентов.

Особенно актуальной оказывается роль строительных ма­териалов в связи с принятием в 2003 г. Закона «О техническом регулировании», поставившего на первое место во всех видах производственно-эксплуатационной деятельности обеспечение безопасности жизни и здоровья людей, охраны окружающей среды и имущества всех видов собственности, что находит от­ражение в разрабатываемых в соответствии с этим законом Технических регламентах, в виде обязательных требований к продукции, процессам производства, работам и услугам, пра­вилам эксплуатации, перевозки и хранения.

Все остальные нормативные документы, разрабатываемые в соответствии с указанным законом, - национальные и межго­сударственные стандарты, стандарты предприятий и общест­венных организаций, региональные нормы, имеют рекоменда­тельный и добровольный к применению характер, за исключе­нием случаев, когда они касаются вопросов безопасности, а также включены в договоры заказчика.

Применительно к строительным материалам концепция безопасности означает обеспечение служебных функциональ­ных свойств, экологической чистоты, пожаробезопасности и безвредности материалов в течение всего их жизненного цик­ла. Сам по себе материал не является исполнителем роли, при­надлежащей конечной строительной продукции, сделанной из этого материала (ограждающие и несущие конструкции, покрытия и др.), как не выполняют этой роли приготовленная бе­тонная смесь, изготовленный цемент или кирпич. Упор поэто­му следует делать не исключительно на сам материал, а скорее на области его применения и выявление некоторой зоны, в ко­торой происходит взаимоналожение свойств материала и ко­нечной продукции. Это подчеркивает главенствующую роль конечной строительной продукции, ее функционального на­значения и условий эксплуатации при изучении, выборе и раз­работке материалов для ее изготовления, обеспечивающая гомеостат материалов и продукции в течение срока их службы.

В учебном плане подготовки специалистов строительного профиля дисциплина «Материаловедение. Технология конст­рукционных материалов» является первой инженерной дисци­плиной, создающей необходимую базу для изучения специаль­ных дисциплин — строительных конструкций, технологии строительного производства, экономики, управления и органи­зации строительства, городского хозяйства и строительства, архитектуры и др.

Поэтому роль и значение материалов рассматриваются в неразрывной связи с их работой и поведением в изделиях и конструкциях зданий и сооружений за длительный период экс­плуатации в реальных условиях.

Строительные материалы по роду сырья, общности технологического процесса их изго­товления, функциональному назначению и областям примене­ния, т.е. по принципу того, что в той или иной степени объеди­няет строительные материалы.

С учетом развития частного предпринимательства, созда­ния малых предприятий в учебнике представлены местные строительные материалы, которые могут быть эффективно применены при малоэтажном строительстве жилья, городских и сельских предприятий, фермерских хозяйств.

Рассматриваются некоторые экологические аспекты произ­водства и применения строительных материалов.

Строительные материалы и изделия составляют материальную основу строительства. Ни одно здание и сооружение нельзя пра­вильно спроектировать, построить и эксплуатировать без наличия соответствующих материалов и всестороннего знания их свойств и безопасности. В этом заключается конструктивная и жизнеобеспечи­вающая роль строительных материалов.

Промышленность строительных материалов является ресурсо-энергоемкой отраслью. Ежегодно в стране перерабатывается более миллиарда тонн различных веществ. Грузовой железнодорожный транспорт примерно на четверть загружен перевозкой строительных материалов, речной - более чем наполовину. Стоимость строитель­ных материалов зависит от затрат на их перевозку. При транспорти­ровании материалов на большие расстояния, учитывая размеры Рос­сии, стоимость может возрасти в несколько раз. Для снижения стои­мости строительства следует использовать материалы, производи­мые вблизи строящегося объекта. Целесообразно и промышленность строительных материалов организовывать как можно ближе к сырь­евой базе. Тем самым максимально используются местные строи­тельные материалы. Стоимость строительных материалов определя­ется различными факторами, главными из которых являются рента­бельность и конкурентоспособность. К ним относятся качество и долговечность изделий, теплоэнергетические затраты на производ­ство, возможность утилизации отходов, экологические аспекты, ко­торые в конечном итоге сказываются на экономике производства, региона, страны в целом. Пренебрежение этими факторами может со временем обернуться значительными расходами на ремонты, рекон­струкцию, восстановление окружающей среды и т.п.

Решение назревших проблем оптимизации всех аспектов жиз­ненного цикла строительных материалов и изделий находит отраже­ние в «Технических регламентах», национальных стандартах и стан­дартах организаций, разрабатываемых, как указывалось выше, в со­ответствии с Законом «О техническом регулировании».

Концептуально закрепляя в этих документах требование обеспе­чения безопасности жизни и здоровья людей, окружающей среды и имущества при любых видах производственно-строительной дея­тельности, закон предоставляет большую самостоятельность произ­водителям строительной продукции в выборе и разработке материа­лов и изделий, технологических и технических решений, лишь бы они не нарушали требований безопасности. С этих позиций все нормативные документы, кроме «Технических регламентов», носят ре­комендательный, добровольный характер.

Россия активно идет по пути интеграции с европейской эконо­микой. Предстоит пересмотр и разработка новых стандартов на базе международных стандартов, в первую очередь стандартов Европей­ского комитета по стандартизации (CEN) и Международной органи­зации по стандартизации (ISO). По этому поводу имеется официаль­ное соглашение между CEN и «Ростехрегулированием».

Показательна эволюция развития производства строительных материалов в России.

Уже в глубокой древности наши предки умели изготавливать глиняный кирпич, воздушную и гидравлическую известь, широко использовали древесину и природный камень.

В царствование Ивана Грозного для систематизации накопивше­гося за столетия строительного опыта был создан «Приказ каменных дел», который руководил государственным производством строи­тельных материалов и строительством главным образом крепостных сооружений.

В последующие годы это производство развивалось медленными темпами, и только при Петре I в связи с закладкой новых городов и крепостей производство строительных материалов резко увеличи­лось.

Отмена крепостного права и начало развития капитализма в Рос­сии послужили мощным толчком для промышленности и роста про­изводства строительных материалов. Со второй половины XIX в. стали строиться заводы для производства портландцемента, механи­зированные печи для обжига известняка, заводы для выпуска кирпи­ча, облицовочной плитки, начинает применяться железобетон.

В начале XX в. 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 3 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 сократилось, многие цементные заводы и другие предприятия были разрушены.

С середины 20-х годов развернулась реконструкция старых и постройка новых заводов строительных материалов. В 30-е 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, повсеместно строятся промыш­ленные предприятия, ведется строительство жилых и общественных зданий.

Война с Германией 1941-1945 гг. привела к опустошительному разрушению западной части страны, после чего начался долгий вос­становительный период. Задача стояла не в создании архитектурных шедевров, а в строительстве самого необходимого и в сжатые сроки.

Начиная с 50-х годов в стране постоянно увеличивается выпуск строительных материалов. К 80-м годам по производству цемента, металла, сборного железобетона, асбоцемента, листового стекла мы намного опережали другие страны. Однако существовавшая эконо­мическая 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-культурные 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 произволства строительных материалов и получивших международное при­знание.

Природные каменные материалы. Целенаправленная разведка каменных материалов и испытание их началось в России с 70-х го­дов XIX века в связи со строительством железных дорог и мостов. Исследования свойств материалов велись под руководством Н.А Бе-лелюбского (1845-1922) в Петербургском институте путей сообще­ния и Н.К. Лахтина (1861-1935) в Москве.

Благодаря исследованиям Д.С. Белянкина (1876-1953), В.А. Об­ручева (1863-1956), А.Е. Ферсмана (1883-1945), Ф.Ю. Левинсон-Лессинга (1861-1939) удалось выявить огромные запасы природных каменных 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 в России является профессор Военно-инженерной академии А.Р. Шуляченко (1841— 1903), которого называют «отцом русского цементного производст­ва». Вначале в России применялись иностранные цементы, но благо­даря научным и практическим изысканиям А.Р. Шуляченко, 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. Будникова (1885-1968), А.В. Волженского (1899-1993), П.И. Боженова (1904-1999).

Бетоны. Выдающийся научный вклад в технологию бетона внес профессор Военно-инженерной академии И.Г. Малюга (1853-1933). Результаты его исследований дали возможность получить зависи­мость прочности бетона от содержания воды, уплотнения бетонной смеси при укладке, крупности песка, щебня и гравия.

Обширные исследования бетонов были проведены Н.М. Беляе­вым (1890-1944), И.П. Александровым (1888-1953). С 30-х годов XX века предложены новые способы расчета тяжелых бетонов Б.Г. Скрамтаевым (1905-1966) и легких бетонов Н.А. Поповым (1899-1964).

Железобетоны. Большая заслуга в развитии железобетона при­надлежит Н.А. Белелюбскому, под руководством которого были проведены первые в России испытания железобетонных конструк­ций и возведен ряд сооружений. В начале XX 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), П.Л. Пастернак (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 приме­нив микроскоп для изучения строения стали, Д.К. Чернов (1839-1921) научно объяснил изменения структуры металлов при их нагреве и охлаждении, указал способы управления этими процессами. Н.С. Курнаков (1860-1941) и А.А. Байков 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 исследования русских ученых-химиков. Огромное значение для развития синтеза полимеров сыграли исследования A.M. Бутлерова (1828-1886) — создателя теорий 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 (1850-1911) 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), внесшего большой вклад в теорию и практику полимеризации этиленовых соединений, пользующихся большим распространением в промышленности пла­стмасс.

Большой вклад в подготовку квалифицированных специалистов для индустриального производства строительных материалов и из­делий внесли отечественные ученые В.В. Эвальд, В.А. Кинд, Б.Г. Скрамтаев, Н.А. Попов, В.А. Воробьев, И.Я. Слободяник, А.Е. Шейкин, М.И. Хигерович, А.Г. Комар, Г.И. Горчаков, Ю.М. Баженов, Д.П. Айрапетов, И.А. Рыбьев и др., создавшие учеб­ники по строительным материалам, широко использующиеся в учеб­ном процессе во всех строительных вузах бывшего СССР и нынеш­ней России.

Эти учебники написаны преподавателями кафедр строительных материалов, роль которых в становлении инженерного и научного потенциала России в области строительства чрезвычайно велика. Первая кафедра строительных материалов была образована в Санкт-Петербурге в 1900 г. в Институте гражданских инженеров императо­ра Николая I на базе механической лаборатории и испытательного центра. Основателем ее был Виктор Владимирович Эвальд (1860-1935), он же является и автором первого учебника по строительным материалам.

Периодически задаются вопросы о будущем строительных мате­риалов. 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, с применением современных ин­формационных технологий, новых рецептур компонентов и техноло­гических приемов, реализующих конструктивные процессы на нано-уровне, что придаст материалам более высокое функциональное ка­чество, 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 энергетических ресурсов России.

Дата добавления: 2014-01-04