247

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Белгородский государственный технологический университет

им. В.Г. Шухова

А.Д. Толстой, р.В. Лесовик материаловедение

Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов РФ по образованию в области строительства в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлению 270100 «Строительство».

Москва

Издательство Ассоциации строительных вузов

Белгород

Издательство БГТУ им. В.Г. Шухова

2009

УДК 620.22(075)

ББК 30.3

Т 52

Рецензенты:

П.Г. Комохов, академик РААСН, доктор технических

наук, профессор кафедры «Строительные материалы

и технологии» ПГУПС (ЛИИЖТ), г. Санкт-Петербург,

А.Н. Хархардин, доктор технических наук, профессор

кафедры «Строительное материаловедение, изделия

и конструкции» БГТУ им. В.Г. Шухова, г. Белгород

Толстой, А.Д.

Т 52 Материаловедение: учеб. пособие / А.Д. Толстой, Р.В. Лесовик.

– М.: Изд-во АСВ; Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова,

2009. – 238 с.

ISBN 978-5-93093-653-7

Учебное пособие содержит лекционный материал и практические рекомендации по изучению фазового состава, структуры и свойств материалов различного происхождения, в том числе строительных. Предназначено для студентов очной и заочной формы обучения специальностей 270106, 270109, 270114, 280102, изучающих дисциплину «Материаловедение».

УДК 620.22(075)

ББК 30.3

ISBN 978-5-93093-653-7 © Издательство АСВ, 2009

© Белгородский государственный

технологический университет

(БГТУ) им. В.Г. Шухова, 2009

Введение

Значение материаловедения в жизни человека трудно переоценить. На протяжении всей истории своего развития, поколение за поколением, человечество сначала очень медленно, а затем все быстрее наращивало свой технологический опыт в создании новых более эффективных материалов. С доисторических времен, наряду с жизненно важной необходимостью удовлетворять потребность в пище и одежде, человек должен был искать и совершенствовать приспособления для расширения своих возможностей, усиления защиты от опасностей и непогоды. Достичь эти цели возможно, изучая и познавая окружающий мир, все многообразие материалов.

Например, для сооружения зданий необходимы строительные материалы, выбор которых в настоящее время необычайно широк. Наряду с традиционными, промышленность предлагает новые материалы с эффективными строительно-техническими и технологическими свойствами, которые представляют собой составы веществ, ранее не совмещаемых. Речь идет, в первую очередь, о композиционных материалах, используемых для отделочных работ, в ограждающих конструкциях, в декоративных, изоляционных целях.

Производство материалов всегда было сопряжено с большими энерго- и трудозатратами, особенно в отдаленные века, когда применялся исключительно ручной малопроизводительный труд. Однако постепенно процессы производства материалов как средства обеспечения важных процессов человеческого общества совершенствовались, обеспечивая рост общественных потребностей. Ведь производство и потребление неразрывно связаны между собой диалектическим законом: невозможно потребление без производства, а производство имеет конечной целью потребление. В соответствии с этим развитие технологической науки неразрывно связано с общим техническим прогрессом способом производства материальных благ. А технический прогресс в области материального производства связан с прогрессом прикладных, точных и естественных наук. Прикладная технологическая наука родилась и в последующем постоянно обогащалась результатами общетеоретических исследований, проводимых учеными в области физики, химии, математики, естествознания.

Не менее важным источником для развития строительно-технической науки является многовековой опыт человечества в области разработки и производства строительных материалов, потребность в которых определялась, прежде всего, типом построек, которые преобладали в конкретный период. Новые типы зданий требовали применения новых строительных материалов и конструкций. Например, для магазинов, банков, выставочных залов, необходимо максимальное освещение, что требовало большего остекления, и наоборот, в подвальных помещениях требуются коррозионностойкие материалы в несущих конструкциях.

Говоря о технологической науке вообще, нельзя не упомянуть о ее месте среди других видов человеческой деятельности: процесс изготовления продукции вызван необходимостью, в отличие от искусства или образования. То есть, эта сфера деятельности человека является базисом, обеспечивающим существование других форм жизнедеятельности человека. Любая отрасль науки развивается по закону «асимптоты»: сначала происходит бурное нарастание процесса познания, а затем его затухание с переходом к последующему качественному скачку.

Люди, развивающие технологическую науку, как и науку вообще, руководствуются двуединой целью: во-первых, решением задач производственного характера, являющихся естественной и научной основой, а во-вторых, решением задач, связанных с совершенствованием технологии производства. Первая группа задач определяется техническими потребностями производства, уровнем науки, техники и, в конечном счете, ограничивается законами природы. Вторая группа задач определяется уровнем развития общества. Совершенствуя технологию производства, люди могут руководствоваться самыми различными социальными, экономическими, эстетическими, психологическими, политическими и другими целями. Одни стремятся развивать технологию исходя из страсти к изобретательству, другие руководствуются мотивами честолюбия, третьи стремятся облегчить свой труд, четвертые – улучшить свое материальное положение, пятые – установить господство над другими и т.д.

Термин «технология» происходит от греческих слов «техно» – искусство или мастерство и «логос» – знание, т.е. «знающий мастерство». В начале это было индивидуальным искусством в области приемов, методов, рецептов, передаваемых от поколения к поколению, часто в пределах одного рода или семьи. Для того чтобы проследить зарождение стро-ительной технологической науки, необходимо рассмотреть основные эта-пы совершенствования строительного дела в целом, которое осуществлялось на всех стадиях возникновения и развития человеческого общества.

Развитие технологий производства материалов вскрывает связь между технологией и наукой и показывает, как под влиянием практических потребностей формируются научные положения и как затем наука создает необходимые условия для интенсивного развития технологии производства того или иного материала. Пользуясь периодизацией общественного строя по общественно-экономическим формациям, различающимся способом производства материальных благ, можно условно охарактеризовать технологические этапы производства материалов следующим образом:

а) первобытно-общинный строй – постепенное накопление производственного опыта; простейшие природные орудия труда и материалы; приспособление природных объектов и создание примитивных сооружений для жилья (пещеры, ямы, лесные завалы);

б) рабовладельческий способ производства – накопление производственного опыта и первые попытки его обобщения; элементарные приспособления при массовом использовании физической силы; природные материалы, полученные механической обработкой (распиливанием, окапыванием, шлифованием) горных пород и древесины; первые обжиговые материалы (кирпич и известь); создание монументальных и культовых зданий и сооружений, чаще всего символизирующих власть и богатство; простейшие постройки массового потребления;

в) феодальный способ производства – обобщение производственного опыта; появление первых теоретических трудов; простейшие классические механизмы, приводимые в действие человеком, животными или силами природы; все более усложняющиеся технологические приемы и схемы производства;

г) капиталистический способ производства – объединение науки с практикой производства; превращение науки в непосредственную производительную силу общества; вытеснение ручных процессов механизированными; улучшение условий труда и отдыха человека; автоматические компьютеризованные линии по производству материалов.

Таким образом, развитие технологии показывает, как развитие производства, техники и науки способствует формированию законов мышления и научных методов исследования. Именно промышленность и технология производства товарной продукции постоянно разрушают застаревшие представления и уклады, двигают общественную жизнь по пути прогресса и созидания.

В небольшом пособии невозможно осветить все аспекты современного материаловедения, поэтому остановимся на основных вопросах строительного и общего материаловедения.

Основные направления работ в области строительного материаловедения заключаются в решении следующих задач:

– снижение трудоемкости и стоимости производства;

– уменьшение веса зданий и сооружений;

– сокращение энергетических затрат на производство строительных материалов, возведение и эксплуатацию зданий и сооружений;

– повышение эффективности и качества строительных материалов;

– снижение расхода вяжущих веществ.

В тоже время, создание эффективных материалов, в составе которых максимально использовались бы отходы различных производств, является важной задачей с экологической точки зрения.