Заключительная. 
Строительное материаловедение

В заключительной главе обобщены наиболее принципиальные и значимые положения строительного материаловедения, которые пока почти отсутствуют в учебной литературе, но призваны влиять на уровень мировоззрения специалистов (или будущих специалистов) в этой отрасли. Следует отметить, что все выделяемые в резюме положения публиковались автором и ранее в периодической печати и разного рода научных сборниках.

Современное строительное материаловедение как фундаментальная наука прикладного характера состоит из двух частей — практической и теоретической. Практика в этой науке, подобно большинству наук, всегда имела приоритетное значение и под общим названием «Строительные материалы» или «Строительные материалы и изделия» она многократно на высоком научном уровне [50] излагалась, в основном, в учебниках и учебных пособиях. Теория, призванная систематизировать и обобщать практические данные в объективных закономерностях, в своем историческом развитии непреклонно следовала за практикой, иногда временно опережая ее, но, тем не менее, непрерывно находясь с ней в теснейшей взаимосвязи. Как показано в этом учебном пособии, теснейшая взаимосвязь практики и теории служит спонтанным фактором саморазвития науки и формирования мировоззрения о строительном материаловедении как фундаментальной науке прикладного характера.

Становление строительного материаловедения относится к древнейшему периоду и связано с началом использования обжига глины и глинистых изделий с целью придания им твердого и водостойкого состояния. Исторический путь этой фундаментальной науки насчитывает три этапа, весьма неравных по своей продолжительности. Они описаны в первой главе книги, но ввиду принципиальной значимости, как всякой истории, изложены еще и в отдельной брошюре [12]. Исторический процесс составляет важнейший элемент изучения этой фундаментальной науки.

Многочисленные природные и искусственные строительные материалы в этой науке объединены с помощью единой классификации. В ней каждый материал и все вместе проходят постадийное во времени формирование. Кроме традиционных, в нее внесены пока отсутствующие в номенклатуре. Открытие новых или модифицированных материалов с разработкой соответствующих технологий сопровождается заполнением в классификации свободных мест (клеток), что является закономерным процессом с исключением из него элементов случайного изобретательства. Вследствие такого закономерного процесса классификация имеет динамичный характер. Каждый новый, вносимый в нее материал остается не только сходным с предыдущими в ней, но при оптимальной структуре и подобным им. Наиболее ярко выраженной разновидностью материалов представлены искусственные строительные конгломераты (ИСК). Им посвящена в строительном материаловедении специальная теория из четырех взаимно связанных частей, достаточно подробно изложенных ранее [39] и в настоящей книге.

Важнейшим положением является оптимизация структур в строительном материаловедении, многократно использованная и полностью апробированная в практике (на производстве). Она обеспечена общим научно обоснованным методом проектирования и корректирования составов ИСК с использованием в нем экспериментально-математических и компьютерных прог рамм (например, типа Excel, а ранее — программ на языках Бейсик или Фортран). Об этом подробно изложено в настоящем учебном пособии и в ранее изданных [42, 45].

В строительном материаловедении сформулирована и доказана теорема о подобии материалов оптимальной структуры: геометрическом, физическом и технологическом. Предложен индикатор подобия И. А. Рыбьева, который при его значении, равном единице, констатирует наличие у материалов оптимальной структуры и, как следствие, их подобие между собой [19, 30, 41].

Предложена общая теория отвердевания матричного вещества в ИСК, ранее опубликованная в [19, 38]. На фоне большого скопления специфических, частных теорий твердения различных — неорганических и органических — вяжущих веществ общая теория отвердевания в строительном материаловедении весьма уместна и целесообразна. Она с термодинамических позиций ориентирует практику на технологические процессы, фиксирующие минимумы энтропии и комплекс наилучших качественных показателей при оптимальных структурах и, следовательно, являющихся экстремальными. Важно, чтобы показатели качества готовых изделий находились не только на уровне заданных (проектных), но и чтобы последние становились экстремумами, обеспечивая действие закона створа.

Изложено первое в истории отечественного материаловедения научное открытие — закон створа, — подтвержденное дипломом Международной ассоциации авторов научных открытий: «Закономерность соответствия физических свойств и структуры твердого и твердообразного (упруговязкопластичного) материала» (регистрационный № АНО-2/58 от 01.11.98). Суть его заключается в том, что «комплекс экстремальных значений главных физических свойств твердого и твердообразного (упруговязкопластичного) материала соответствует их оптимальной структуре, характеризующейся равномерным расположением дискретных частиц и непрерывностью пространственной сетки связующего при минимальных толщинах его распределения…» [26, 33]. Изложена также сущность двух других общих законов, открытых автором, — закон конгруэнции и закон прочности оптимальных структур. Как и закон створа, они внесли существенное углубление объективных знаний в этой науке, способствовали обеспечению эффективных решений технологических задач в практике [27, 34].

С учетом общих и объективных законов, упомянутых выше, выведены общая (3.3) и еще более полная — обобщенная (3.10) формулы прочности ИСК оптимальной структуры, все члены в которых имеют строгий физический смысл [19]. Общая формула увязана с формулой прочности Гриффитса и выражена в виде зависимости (3.7). В ней упрочняющие факторы (в числителе) и разупрочняющис (в знаменателе) ориентируют на конкретные практические мероприятия, благоприятствующие достижению высшего качества готовой продукции как первого критерия прогрессивных технологий (см. 6.3.1). Примечательно, что в общей формуле прочности для любых видов напряжений впервые содержатся практически все структурные элементы и отражено влияние главных технологических параметров, влияющих в той или иной мерс на числовые значения прочности — количество и качество вяжущего вещества, его расчетная прочностная характеристика, количество и качество заполняющей части в ИСК, пористость, интенсивность уплотнения, температура, скорость деформирования и др. Формулы лежат в основе программ, используемых при проектировании оптимальных составов ИСК и оптимальной структуры [28, 42, 45]. Побочным следствием из общей формулы прочности и закона конгруэнции является взаимосвязь между активностью вяжущего матричного вещества и его количеством в ИСК оптимальной структуры (3.13).

Раскрыта сущность и разработана комплексная смысловая и количественная критериальная характеристика прогрессивных технологий в строительном материаловедении с учетом уровня мировых достижений в данной конкретной отрасли [35, 36]. Отмечено, что принятая в настоящее время оценка прогрессивности и эффективности производства, научных разработок, проектных решений и т. п. по одному-двум показателям (обычно по качеству или по себестоимости продукции) являются безусловно недостаточными, поскольку при их удовлетворительном уровне все остальные могут оказаться неудовлетворительными или пониженными по сравнению с существующими достижениями в данной отрасли производства.

Разработаны типичные оптимизирующие факторы, используемые для совершенствования технологий до уровня прогрессивных по всему комплексу критериальных значений. Являясь в системе типичными, факторы пригодны для практических технологий различной направленности [32J. но в каждой из них они принимают ярко выраженное конкретное содержание реализуемых мероприятий.

Показаны три временных элемента, слагающих долговечность ИСК оптимальной структуры. Решаемая задача заключается во всемерном увеличении каждого временного элемента, причем особое внимание уделяется комплексу опера тивных мероприятий по торможению деструкции ИСК в конструкциях за счет, например, ингибирующих добавок, вводимых в технологический период, или своевременных обработок, применяемых в эксплуатационный период [19, 36, 37].

В Российской архитектурно-строительной энциклопедии отмечено: теория ИСК «служит важнейшим теоретическим компонентом» [23]. В частности, по своему содержанию и построению она составляет эффективную методологическую основу научно-технических исследований новых и модифицированных строительных материалов с применением в них различных сырьевых веществ и технологий. Первая часть этой теории, именуемая теоретической технологией, исходит из закономерностей, на которые опираются переделы производства. Во второй части сосредоточены законы оптимальных структур, в третьей — проблемы долговечности и надежности готовой продукции. Четвертая часть устанавливает научную достоверность исследований и полученных результатов при тщательном техническом контроле на производстве. Как методологическая основа, теория ИСК была многократно использована при разработке эффективных материалов и изделий на неорганических и органических, в том числе полимерных, вяжущих веществах по безобжиговой и обжиговой технологиям [37]. Среди наиболее значимых — легкие бетоны с применением в них вакулита, шарообразного керамзита; арболиты обычные и прессованные на основе портландцемента и высокопрочного гипса и с применением обогащенного древесного заполнителя; изоляционно-отделочные древесно-минеральные плиты повышенной прочности; керамзито-золобетон поризованный на основе нового цементно-зольного вяжущего вещества; цементный бетон прессованный для тоннелестроения; расширение сырьевой базы из гипсового камня пониженного качества, включая его третий сорт, для производства высокопрочного гипса альфа-модификации; новые абразивные круги для механической обработки (шлифования) прочных горных пород (типа гранитов) на основе магнезиально-перлитовых и шлакощелочных вяжущих веществ; рулонный кровельный эластостеклобит наплавляемого типа; полиуретановый герметик; дренирующий асфальтовый бетон для быстропросыхающих дорожных покрытий, архитектурно-выразительные отделочные крупногабаритные керамические плиты тина «Чак-Чак» и многие другие. В основе обеспечения их качества лежит принцип оптимизации структуры, достигаемой с помощью общего и единого методов проектирования их составов.

Изложена сущность синсргообработки на примере синергобстопирования. Проф. А. С. Арбеньев разработал специальное оборудование, которое позволило одновременно использовать при совмещении компонентов бетонной смеси несколько видов энергии. Последующее постепенное остывание отформованного изделия благоприятствует протеканию процессов структурообразования с минимумом технологической пористости и повышенным качеством готовой продукции.

Синсргообработка получила несколько иное направление, но также с положительным эфектом, в работах других авторов (К.В. Чаус, Л.Н. Попов) — см. Рыбьев И. А. Основы строительного материаловедения — в лекционном изложении. Изд. ACT, 2004.

Подробнее, чем обычно, изложено в этой книге о пресной воде, как природном минерале и важнейшем компоненте в матрицах ИСК, а также о способах ее активирования и всемерной экономии.

Детально рассмотрены в ней нестандартные способы оценки активности цемента и других неорганических вяжущих веществ в характерных формулах прочности и деформируемости.

Использована общая теория отвердевания при изложении технологии изготовления строительных конструкций из различных бетонов.

Определены новые формулы прочности цементных бетонов, полностью отражающие факторы их внутреннего строения, качества компонентов и их взаимосвязи и разработаны типовые критерии прогрессивных технологий.

Изложены сведения о современных разновидностях сухих растворных смесей.

Впервые приведен метод оценки удобообрабатываемости асфальтобетонных смесей вместо используемой в настоящее время визуальной оценки.

Развита теория и производственная технолог ия арболитов, описаны способы их вибропрсссования.

Процесс дальнейшего расширения и модернизации строительного материаловедения, как фундаментальной науки прикладного характера, продолжается с соответствующим совершенствованием мировоззренческих основ современной строительной индустрии.