CC BY
125
УДК 624 (083.95)
Д. Л. Рахманкулов А. И. Габитов 2, Р. Р. Абдрахимов А. М. Гайсин 2, А. А. Габитов 1
Из истории развития контроля качества материалов и технологий
1 Научно-исследовательский институт малотоннажных химических продуктов и реактивов 450029, г. Уфа, ул. Ульяновых, 75; тел/факс (347) 243-17-12 2 Уфимский государственный нефтяной технический университет 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел/факс (347) 228-22-00
Рассмотрены некоторые исторические аспекты развития контроля качества материалов в строительстве.
Ключевые слова: контроль качества материалов, строительство
Наука о материалах имеет глубочайшую историю развития. Многие исследователи считают, что исходным моментом для становления строительного материаловедения явилось получение керамики путем сознательного изменения структуры глины при ее нагревании и обжиге: качество изделий улучшали вначале подбором глин, затем с помощью изменения режима нагревания и обжига на открытом огне, а
позже — в специальных примитивных печах
1, 2
С течением значительного времени человечество познало самородные, а затем и рудные металлы, крепость и жесткость которых были известны уже с 8-го тысячелетия 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, так что в 3-м тысячелетии до н. э. научились изготовлять и использовать бронзу как сплав меди с оловом, а также обрабатывать благородные металлы, уже широко известные к тому времени. Масштабы использования металлов возрастали, и человечество вступило из бронзового века в железный, поскольку железные руды оказались доступнее медных. В 1-м тысячелетии до н. э. преобладало железо, которое научились соединять с углеродом при кузнечной обработке в присутствии древесного угля. Пока точно не установлено, когда началось применение термической обработки стали, но все же известно, что в IX и VIII вв. до н. э. жители Луристана (территория западного Ирана) использовали ее в быту и технике 3 4.
Сознательное создание новых строительных материалов и изделий (керамика, металл) было обусловлено определенным прогрессом производства. В связи с этим возрастала необ-
ходимость в более глубоком понимании свойств материалов, особенно прочности, ковкости и других качественных характеристик, а также способов возможного их изменения. Первыми и наиболее правдоподобными суждениями о сущности качества материалов и о слагающих частицах вещества были суждения древнегреческих философов Демокрита (около 460—370 до н. э.) 5 и Эпикура (341—270 до н. э.) 6. Примерно к тому же времени относится и философия древнегреческого ученого Аристотеля, который установил 18 качеств у материалов: плавкость — неплавкость, вязкость — хрупкость, горючесть — негорючесть и т. п. Три известных состояния вещества (твердое, жидкое и газообразное) и отношение их к энергии выражалось Аристотелем четырьмя элементами: землей, водой, воздухом и огнем 7-9. Витрувий в своих «Десяти книгах об архитектуре» считал необходимым подкрепить собственные абсолютно рациональные соображения о долговечности камня и дерева теорией Аристотеля 10.
Для древнего периода науки весьма характерна нерасчлененность ее по отдельным видам строительных материалов. В значительной мере в ней прослеживается общая взаимосвязь между качеством материалов и их атомистическим составом, хотя, естественно, до подлинных научных химических знаний о составе и свойствах было еще весьма далеко. Теория строилась в основном на догадках и интуиции, хотя были и удивительные решения, например в III в. до н. э. уже умели придавать строительным растворам гидравлические свойства, т. е. способность к их твердению в водной среде с помощью природных добавок 11.
Большинство ученых эпохи Возрождения считали существенным продемонстрировать совпадение своих идей с натурфилософией Аристотеля о четырех основных элементах. Тем не менее, Парацельс заменяет четыре элемента Аристотеля тремя своими — солью, серой и ртутью, что можно расценить как интуитивное предсказание роли межатомных
Дата поступления 23.11.06
Башкирский химический журнал. 2006. Том 13. Жо№5
связей в формировании свойств веществ 12' 13.
К этому 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 — атомов. Перемещение корпускул (атомов) составляло основу корпускулярной теории строения вещества, что было значительным достижением в области познания составов, внутренних взаимодействий и свойств веществ. Исследования, связанные с изучением внутреннего строения (структуры) материалов, развивались медленнее, хотя у философов античного периода были и теории, и некоторые опытные данные 14. Среди наиболее выдающихся работ следует назвать публикацию Реомюра (1683—1757 гг.) о структуре (в современной терминологии — о микроструктуре) железа и ее изменениях15. Опыты завершились получением нового материала — ковкого чугуна. В первых книгах по материаловедению Бирингуччо (1480—1539 гг.)11' 16 и Агриколы (1494—1555 гг.) 17 суммировались эмпирические сведения о сущности операций, выполняемых в литейном и кузнечном производствах, о плавлении руд и характере металлургического производства.
Следует отметить, что к периоду средневековья относится также учреждение в Москве в 1584 г. «Каменного приказа» о камне, кирпиче и извести в связи с применением их в строительстве, который сыграл положительную роль в развитии науки о материалах 18.
Дальнейший период развития строительного материаловедения связан с именами гениальных русских ученых — М. В. Ломоносовым и Д. И. Менделеевым 19.
М. В. Ломоносов заложил основы передовой русской философии и науки, особенно в области химии, физики, геологии. Он явился основоположником курса физической химии и химической атомистики, обосновывающей атомно-молекулярное строение вещества. В 1752 г. им было написано «Введение в истинную физическую химию». Касаясь распространенной в тот период корпускулярной теории, М. В. Ломоносов отмечал, что корпускулы — это мельчайшие частицы, ввел представление о молекулах и их отличии от атомов, а относительно еще более распространенного тогда учения о флогистоне, выделяющемся, якобы, при прокаливании металлов и горении веществ, то он не только отверг такое учение о таинственном «веществе огня», но и дал научное объяснение химическим явлениям, про-
текающим при таких воздействиях огня. Кроме того, М. В. Ломоносов впервые написал книгу на русском языке по металлургии, разработал составы цветных стекол и способ изготовления мозаичных панно из них, высказал
20
гипотезу о происхождении янтаря и др. 20.
Д. И. Менделеев открыл важнейшую закономерность природы — периодический закон, в соответствии с которым свойства элементов находятся в периодической зависимости от величины их атомной массы. Он опубликовал книгу «Основы химии»; в ней описано, в частности, атомно-молекулярное строение вещества. Д. И. Менделееву принадлежит и публикация по основам стекольного производства 21' 22. Законом от 11 октября 1835 г. для хранения эталонов и поверки по ним эталонных мер учреждается Депо образцовых мер и весов. В ноябре 1892 г. хранителем образцовых мер и весов назначается Д. И. Менделеев. В 1893 г. он преобразовал Депо в Главную палату мер и весов. С этого времени ведет свое начало русская метрологическая наука. При Д. И. Менделееве Главная палата мер и весов постепенно превращается в передовой научно-исследовательский институт измерений.
Для начального этапа становления и развития строительного материаловедения, который начался с глубокой древности и продолжался до начала второй половины XIX в., характерно сравнительно ограниченное количество разновидностей материалов и опытных данных по их качественным характеристикам. Однако великие ученые и философы тех времен с помощью интуиции и логики, гипотез и теорий, сумели дать достаточно полное представление о составе веществ, внутренних взаимодействиях мельчайших частиц и свойствах. Здесь примечателен пример русского зодчего В. И. Баженова, являвшегося автором проекта Кремлевского дверца в Москве и занимавшегося проблемами поиска местного строитель-
23
ного материала, в том числе и кирпича .
В мае 1769 г. Баженов обнаружил «довольное число глины под Воробьевыми горами, коя весьма угодна для делания кирпича к будущему в Кремле зданию». Однако мнение Баженова не разделяли владельцы местных кирпичных заводов, которые утверждали, что эта глина вследствие неоднородности по содержанию песка малопригодна для изготовления кирпича; они ссылались на то, что кирпич на их заводах получался плохого качества. Защищая свою точку зрения, Баженов 15 июля 1769 г. писал о своем видении причины появления трещин на кирпиче:
«от нерадения глина лопается». Развивая дальше мысль о том, что основой хорошего качества кирпича должна быть тщательная переработка глины, Баженов писал: «когда часть глины жидкой найдется между двумя сухими, то натурально рассудить можно, если воздух нагретой встретится с сырым кирпичей, то сухая часть сожмется скорей, а жирные с ней ежатся не поспеют, потому что в оных сторонних частях еще влажности много и принужденно трескаться должна, также разумеется по сухой части между жирными». Чтобы избежать появления трещин на кирпичах в том случае, когда глина «почти чистая не бывает равная, а слоями и может слой сух, другой жирен», автор докладной записки рекомендовал «для того ее мять и уравнивать, при окончании мятья смотреть прилежней, не будет ли она иметь жиру или сухости; ежели жирна, то непременно... сыпать в тое пропорцию песку, если суха, то примешивать к ней жирной». Глину, по мнению Баженова, следовало «заготовлять и в гряды класть раздельно жирную и тощую и затем вымораживать». Указывая на высокое качество кирпича XVII в., Баженов отмечал, что оно было достигнуто путем тщательной переработки глины 24.
Несколько позже с привлечением новых знаний в физике и открытий в химии и физической химии (последняя свое поступательное развитие начала с работ М. В. Ломоносова) были установлены некоторые общие зависимости свойств веществ, особенно механических, от их состава. Менее изученной оставалась зависимость свойств от структуры, хотя еще в 1665 г. английский ученый Роберт Гук выявил у металлов типичную кристаллическую структуру 25 26, т. е. за 200 лет до открытия микроструктуры стали под микроскопом английским ученым Генри Сорби 27.
Лишь со второй половины XIX в, характерной развитием массового производства различных строительных материалов и изделий, непосредственно связанного с общим прогрессом промышленных отраслей, электрификацией, введением новых гидротехнических сооружений и т. п., необходимым критерием совершенствования практики изготовления продукции на всех стадиях технологии стало конкретное изучение составов и качества производимых материалов, изыскание наилучших видов сырья и технологических способов его переработки, методов оценки свойств строительных материалов и их стандартизация. Таким образом, строительное материаловедение совершило новый, качественный виток в своем развитии.
Литература
1. Нехорошев А. В. и др. Ресурсосберегающие технологии керамики, силикатов и бетонов.-М.: Стройиздат, 1991.- 488 с.
2. N. Davey. A History of Building Materials.-London.: Phoenix House, 1961.- 260 p.
3. Венецкий С. И. В мире металлов.- М.: Металлургия, 1988.
4. Беккерт Манфред. Железо: Факты и легенды.-М.: Металлургия, 1988.- 239с.
5. Лурье С. Я. Демокрит. Тексты. Перевод. Исследования.- Л.: Наука, 1972.
6. Материалисты древней Греции. Собрание текстов Гераклита, Демокрита и Эпикура. Под ред. М. А. Дынника.- М.: Госполитиздат, 1955.
7. Зубов В. П. Развитие атомистических представлений до начала XlX в.- M.: Наука, 1965.- 371 с.
8. Зубов В. П. Аристотель.- М.: Наука, 1963.231 с.
9. Аристотель. Сочинения в четырех томах. Серия Философское наследие.- М.: Мысль, 1976 г., 78 г., 81 г., 84 г.- 550 с., 687 с., 613 с, 830 с.
10. Витрувий. Десять книг об архитектуре.- М.: изд-во учебн. и науч. лит-ры, 2003.- 320 с.
11. Коуэн Г. Д. Мастера строительного искусства.-М.: Стройиздат, 1982.-240 с.
12. Майер П. Парацельс - врач и провидец. Размышления о Теофрасте фон Гогенгейме.- М.: Алетейя, 2003.- 558 с.
13. Парацельс. О нимфах, сильфах, пигмеях, саламандрах и о прочих духах.- М.: Эксмо, 2005.400 с.
14. Асмус В. Ф. Декарт.- М. : Гос. изд-во полит. лит., 1956.- 369 с.
15. Лункевич В. В. От Гераклита до Дарвина. Очерки по истории биологии: в 2-х тт.- 2 изд., т. 2.- М.: Учпедгиз, 1960.- 546 с.
16. Казаков Б. И. Превращение элементов.- М.:, Знание, 1977.
17. Агрикола Г. О горном деле и металлургии в двенадцати книгах.- М.: Недра, 1986.- 294 с.
18. Черняк Я. Н. Очерки по истории кирпичного производства в России. - М.: Стройиздат, 1957.
19. Соловьев Ю. И. Очерки по истории физической химии.- М.: Наука, 1964.
20. Капица П. Л. // Успехи физических наук.-1965- Т. 87.- Вып. 1.
21. Менделеев Д. И. Основы химии, т. 1.- М.: Гос. науч.-техн. изд-во хим. лит., 1947.- 359 с.
22. Менделеев Д. И. Основы химии, т. 2.- М.: Гос. науч.-техн. изд-во хим. лит., 1947.- 291 с.
23. Разгонов С. Василий Иванович Баженов.- М.: Искусство, 1985.- 168 с.
24. ЦГИАЛ, фонд Академии художеств, 1770, дело 26, бумаги Баженова Каржавина. Краткое рассуждение о Кремлевском строении.
25. История механики с древнейших времен до конца XVIII века.- М.: Наука. 1971.- 298 с.
26. Райков Т. К. Роберт Гук и его трактат об экспериментальном методе.- В кн.: Научное наследство.- М. Л.: Изд-во АН СССР, 1948, т. 1.
27. Левинсон-Лессинг Ф. Ю. Введение в историю петрографии.- Л., 1936.
