CC BY
143
Усов Борис Александрович, канд. технических наук, доцент кафедры
Промышленное и гражданское строительство Университета машиностроения, Ъ[email protected]
Окольникова Галина Эриковна, канд. технических наук, заведующий кафедрой Промышленное и гражданское строительство
Университета машиностроения
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рассматривается сущность понятия наукоемкого технолого-технического процесса «материаловедения» и его неотемлемая связь со свойствами строительных материалов.
Ключевые слова: строительные материалы, материаловедение.
The essence of the concept of high-tech technological and technical process « Materials « and neotemlemaya connection with the properties of building materials . Keywords: building materials, materials.
Человека окружает удивительный мир различных вещей и явлений. Всё имеющееся в нём, независимое от нас, но познаваемое через наши ощущения и действия, называется материей.
Вещества при изменении агрегатного состояния могут переходить в твёрдое (аморфное, кристаллическое или аморфно-кристаллическое), в жидкое (текучее, пастообразное) и газообразное состояние. При смешивании инертных жидких и твёрдых веществ за счёт физического взаимодействия появляются пастообразные, новые твёрдые вещества или
происходят химические превращения одних видов веществ - в другие и т.д.
Чрезвычайно важный комплекс изменений материи (её вертуально-го движения под действием физико-химических, химико-физических и механических превращений) предшествует созданию материалов и в комплексе с технологическими процессами получения, условиями эксплуатации и даже реализации - от широко известного понятия «ведение - управление, заведывание и т.п.» - возможно именовать м а т е р и а л о в е д е н и е м.
К строительным материалам относятся вещества, из которых возможно, что-либо построить (сделать) и которые являются предметами труда и потребления человеком.
Строительство - огромная мате-риалоемкая отрасль народного хозяйства, потребляющая широкую номенклатуру строительных материалов и изделий, отвечающих требованиям отечественных или зарубежных ГОСТ или ТУ [1].
Свойства веществ, принадлежащих к строительным материалам (предметам созидательно-инженерного назначения), разделяются на: эксплуатационные водо- и газопроницаемость, морозостойкость, прочность на сжатие и растяжение, кручение, твердость, истираемость и многое другое и материалообра-зующие - вид, химический состав компонентов, плотность, пористость, гигроскопичность, влажность, водо-поглощение.
Эксплуатационные показатели -внесены уже изделия или полуфабрикаты, определяющие рыночную стоимость материалов, как товара на бирже, которая может быть высокой или через кратчайший период низкой.
Гибкость производственной цепи материал ^ строитель или промышленность ^ строительное производство определяет конкурентно-спобность конкретного производите-
ля - или технологичность предприятия промышленности строительных материалов.
Все «материалообразующие» показатели возникают из синтеза физико химических характеристик компонентов и осуществления технологически динамично-направленных физико-химических процессов на создание требуемой внутренней структуры, формы и вида изделия.
В образовательном процессе -химия, физика, физическая химия, коллоидная химия, молекулярная физика и др. существуют, как самостоятельные естественные науки.
При изготовлении строительного материала явления (процессы) или предметы этих наук, динамично объединённые в совокупность стадий преобразования материи, составляют -«материалообразование», а в техническом исполнении - логическую последовательность совершения неких воздействий (или их совокупности), именуемых - «технологическими факторами».
Конкретное или отраслевое «материаловедение» для инженера технолога - это уже строго выполняемая постоянно совершенствоваемая система преобразования материи в продукт потребления человечеством -(строительный материал или изделие предмет труда), включающая в себя:
генезис естественных или искусственно полученных веществ ^ син-
тез (химико-физическое или механическое взаимодействие частиц) ^ собственно «материалообразование» (формообразование) изделия путем осуществления механо-физических воздействий (уплотнения, прессования, темп-ратурных и др.) согласно совершенной последовательно-повторяющейся системы операций -технологии.
Большинство конструкционных строительных материалов представляют собой многокомпонентные дисперсные системы с развитой поверхностью раздела между дисперсной фазой и дисперсной средой. В связи, с чем чрезвычайно важно внимание «материеобразующей» роли физической химии поверхностных явлений: адсорбции, смачивания, изучения структур молекул и кристаллов, а на их основе - нанотехнологических операций.
Механохимическими превращениями в дисперсных системах определяются закономерности структу-рообразования цементных бетонов и их влияние на их механические свойства и долговечность.
Для повышения качества и долговечности строительных материалов - важно понимание химических и фазовых превращений ещё при подготовке материалов, реологических процессов - во время укладки (растекании) и уплотнении и структурных изменений во времени - при
эксплуатационных воздействиях на изделия и конструкции [2].
Знание этих закономерностей и вопросов макротехнологических явлений позволит будущим специалистам материаловедам-технологам по строительным материалам лучше разобраться в многообразии современных отечественных и зарубежных материалов, а также в технологических процессах их получения.
На основании вышеизложенного -материаловедение может быть разделено собственно на первоначальный исходный творческий этап -«теоретическое материаловедение». Инженеру-технологу (материаловеду прикладного направления) уже первые факторы «вид, строение, вещественный состав» или в соответствии с терминологией стандартов «основные параметры» открывают путь к дальнейшему созидательному конструированию материалов.
К тому же современные достижения и результаты кристаллохимии уже на известных исходных веществах помогают установить геометрическую форму, пространственное расположение и вид химических связей атомов в кристаллах. А кристал-лофизический анализ - проследить изменение свойств формирования кристаллов или кристаллических агрегатов под влиянием внешних воздействий. При этом указанные положения или естественные природные
аналоги материалов позволяют даже априорно представить вид и строение новых материалов или, в крайнем случае, составить рабочую (дидактическую) гипотезу их получения.
Надёжным подтверждением правильности таких положений являются научно-познавательные статьи или даже рекламная информация производителей, где указываются, как правило, возможности расширения ассортимента производимых материалов.
Всё вместе уже представляет -«научно-теоретическое материаловедение» - неисчерпаемую область знаний человечества.
Правильность выбора «основных параметров» устанавливается проведением химических испытаний, именуемых «химическим материаловедением», и обязательным подтверждением их результатов при действии в имитированных технологических условиях производства или его аналогов, относящихся уже - к «физическому материаловедению», а в целом - «физико-химическим материаловедением».
От всеобъемлющего слова «ведать» (добывать, обрабатывать, делать - производить, реализовывать, то есть заведовать материальной отраслью по всем изготовительным и потребительским переделам) материаловедение по принадлежности к исходному сырью или материалу
и обработке, а также по специфике подготовки специалистов классифицируют на отрасли, а теперь ещё и ассоциации: металловедение, производство вяжущих (подразумевая -изготовление и технологическое назначение в строительном материале) или лишь при акцентировании на производство - «цементоведение», «гипсоведение», даже «известеве-дение», керамических материалов - «керамоведение», бетоноведение, для сухих строительных («штука-туроведение», «ремонтоведение»). К последним смесям, поименованным от состояния полуфабриката в тоже время «товарного, рыночного продукта» - ещё добавляются специальные классификационные признаки -от технологического воздействия или вида компонента [например, от реди-спергирования - «редиспергирован-ные фибросмеси (цемент, штукатурные)», активированные, торкретированные].
Итак, обобщая вышеприведённые представления:
«Строительное материаловедение - это система знаний о составе, строении, свойствах и применении материалов, представляющая собой наукомкий технолого-технический процесс».
При получении конкретных изделий в материаловедении наряду с процессами естествознания добавляются ещё технологические аспекты:
- геометрическое формообразование, уплотнение внутренних полостей и очень важный процесс - управляемое воздействие (внешним физическим полем или дополнительным компонентом состава) на формирование заданной внутренней структуры материала, а с позиции динамичного поддержания долговечности и создания условий «внутреннего» ухода за состоянием структуры материала успешно развивающейся: - химизацией строительных материалов обработкой поверхности компонентов (гидрофилизацией, гидрофобизаци-ей) строительной смеси органомине-ральными веществами;
- введение электролитов, ускоряющих гидратацию и твердение минеральных вяжущих;
- аморфизация поверхности кристаллов металлкварцсодержащих порошков-наполнителей при действии высокотемпературного перепада или механо-химической активации для повышения химического взаимодействия с кальцийсодержащими продуктами гидратации минеральных вяжущих и образования с водой геля кремнекислоты и всем этим усиления «структурного каркаса» при твердении и «монолитизации» свободного пространства, образующегося в формируемой структуре ещё от «раздвигающего эффекта» порошков;
- введение растворов щелочей или щелочных сульфатов, активиру-
ющих твердение вяжущих на основе шлаков (отходов чёрной или цветной металлургии) и способствующих при этом формированию «армирующего» структурного каркаса из кремнеме-таллических соединений;
- регулирование с помощью добавок степени кристаллизации жидкого стек-ла в материалах на его основе;
и, наоборот, степени аморфизации природных гидратных силикатных минералов;
- одновременным воздействием на кристаллизацию и аморфизацию серы (неорганического полимера) органическими пластификаторами (ас-фальтенами) при твердении кислотостойких бетонов;
- порообразование при обычной температуре за счёт воздухопено-вовлечения или газообразования - в виде замкнутой ячеистой структуры, либо - с капиллярной или капиллярно-ячеистой структурой за счёт газообразования или вспучивания при высокой температуре;
- редиспергирование (упрочнение) структуры твердеющего вяжущего в гетерогенных смесях металлическими, стеклянными, стеклопластико-выми порошкообразными, игольчатыми и нитеобразными фибрами (волокнами, частицами округлой, пластинчатой или вогнутой формы), в том числе обработкой редиспергато-ров присадками органоминерального происхождения;
- совершенствование при производстве крупных изделий и деталей технологических режимов формования и уплотнения гетерогенных смесей жидкой флокулизацией или воздушной аэрацией поверхности макрочастиц;
- совершенствование технологических режимов уплотнения и тепловой обработки (в том числе - высокотемпературной) изделий и деталей, формуемых, прессуемых или отливаемых из различных строительных смесей при введении добавок;
- направленная структуризация поверхности формуемых крупноразмерных железобетонных изделий и внутри них - вокруг арматуры кольматацией пор уплотняющими добавками.
Для успешного применения упомянутых технологических аспектов необходимы лабораторно-исследова-тельские и контрольные испытания, представляющие лабораторно-по-знавательный уровень материаловедения. Окончательное их принятие возможно после неотьемлемого соблюдения принципа - проверяемости, то есть - проведения производственно-технологических испытаний.
Лабораторно-познавательный уровень, выбор технологических воздействий на макрообъёмы материала для получения изделия и производственные испытания - составляют в целом «технологическое материаловедение».
Таким образом, динамика материаловедения определяет научную основу выбора вещественного состава, приёмов технологической обработки и в целом - способы получения различных строительных материалов, его сохранения во времени
«_» / и
- систематический (текущий и выходной) контроль на производстве и системные обследования в условиях эксплуатации.
Результаты теоретического поиска получения химического соединения (материала) по ориентации на физико-химические характеристики веществ (вид, состав, физические константы и др. показатели), условия их синтеза, установленные сначала по литературным источникам
«научно-теоретического материаловедения», и дополнительных «поисковых» лабораторно-познавательных экспериментов или ограниченных производственных испытаний составляют наряду с технологическими аспектами научно-техническую базу для прикладного (отраслевого) материаловедения. Где уже привлекаются другие отрасли, проектирующие и создающие техно-логическое оборудование, собственно осуществляющие применение «технического материаловедения» в отраслевой промышленности и хранящего его головные «образцы».
«Конструкционное материаловедение» в самом общем виде - это
объединение работы различных материалов и создание конструкции, включающие сначала процесс опытного её проектирования на основе имеющейся научно-технической документации, исследований и норм проектирования изделий, фрагментов конструкции и т.д. и проведения затем испытаний материаловедче-
ских свойств, а также физико-механических показателей уже опытного элемента.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Гусев Б.В. Бетоноведение - фундаментальное и прикладное. Бетон и железобетон пути развития. 5 - 9 сент. 2005., М
2. Усов Б.А. Химизация бетона. Учебн. Пособие.М,: Изд-во МГОУ, 2007.
Усов Борис Александрович, канд. технических наук, доцент кафедры Промышленное и гражданское строительство Университета машиностроения, [email protected]
Окольникова Галина Эриковна, канд. технических наук, заведующий кафедрой Промышленное и гражданское строительство Университета машиностроения
ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ БЕТОНА ПРИ ТВЕРДЕНИИ В РЕАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ
Исследована зависимость температурных деформации бетона с добавкой NaNO2 при длительном твердении в реальных условиях при знакопеременных температур.
Ключевые слова: бетон, температура, деформации, прочность, добавка, льдообразование.
The dependence of the thermal deformation of the concrete with the addition of NaNO2 after prolonged hardening in real conditions at alternating temperatures.
Keywords: concrete, temperature, strain, strength additive, ice formation.
При проведении опытов опреде- В процессе исследования темпера-
лялись относительные деформации тура бетонных образцов с небольшой
ненагруженных образцов, тверде- задержкой и несколько меньшей ам-
ющих при температуре наружного плитудой повторяла колебания тем-
воздуха. пературы наружного воздуха. При
