Использование материалов на основе пластических масс своими истоками уходит в глубокую древность. За многие столетия до нашей эры в строительстве использовался природный битум (асфальт), копал и другие пластические материалы органического происхождения. Применение пластмасс в промышленности началось в Х в. и связано о открытием процесса вулканизации природного каучука и получением целлулоида и галалита. Широкое распространение пластические материалы получили с открытием полимеров.
В основе современной промышленности пластических масс и синтетических смол лежат открытия химиков-органиков. Русский химик А. М. Бутлеров в середине Х в. открыл основные химические реакции получения полимеров из простейших веществ. Открытие Бутлеровым нового соединения — формальдегида и изучение его главнейших свойств расширили научные исследования и технические достижения в области высокомолекулярных соединений. Исследования реакции полимеризации ненасыщенных соединений привели другого русского ученого - акад. С. В. Лебедева (конец Х - начало ХХ века) к созданию первого в мире промышленного синтетического каучука. Синтетические каучуки наряду с пластмассами являются важными материалами, без которых не может развиваться современная техника. Исключительное значение имели предложенная акад. Н. Н. Семеновым теория реакций и описание закономерности цепной реакции полимеризации. В настоящее время большое количество заводов и предприятий, оснащенных новейшим механическим оборудованием, занимается производством полимеров.
Впервые на связь между строением металлов и их свойствами обратили внимание П. П. Аносов и д. К. Чернов. Этими учеными были заложены основы современного металловедения. В настоящее время для изучения строения металлов применяются рентгеновский метод и электронный микроскоп, что в сочетании с научными данными в области атомной физики позволяет составить более глубокое представление об атомно-кристаллическом строении металлов и сплавов, о типах кристаллических решеток, полиморфизме и анизотропии, новых путях повышения механических свойств металлов.
Определенные исторические этапы развития необходимо изучить и по производству других строительных материалов —керамики, стекла, теплоизоляционных, акустических и других материалов.
В третьей теме рассматривается классификация строительных материалов. К основным группам (классам) строительных материалов относятся:
Природные каменные материалы
Каменные материалы получают из горных пород магматического, осадочного или метаморфического происхождения. Технология переработки горных пород в основном не связана с изменением состава (химического или минералогического), а направлена на придание материалу определенных размеров и формы. Этот материал используется в строительстве в виде штучных изделий - плит, брусков, крупных кусков неправильной формы (бутового камня) и в виде рыхлого материала - минерального порошка, песка, щебня и гравия.
Керамические изделия
Эта группа объединяет материалы и изделия, получаемые из глин, иногда с добавкой уплотняющих, отощающих или парообразующих веществ путем формования и обжига. Обжиг является характерной особенностью технологии производства этих материалов и приводит к изменению первоначального состава сырья (глин). Керамические материалы представлены, как правило, штучными изделиями - кирпич, черепица, трубы, санитарно-технические изделия. Но эти материалы могут быть и в рыхлом состоянии - шамот, керамзитовый гравий и др. Кроме того, они разделяются по плотности (плотные и пористые) и степени прозрачности. Строительная керамика обычно непрозрачна. В более широком понимании под керамикой (технической керамикой) подразумевают обжиговые изделия, получаемые из порошкообразного, но не обязательно глинистого сырья, например кремнезема, чистых оксидов, карбидов и т. п.
Стеклянные и другие плавленые материалы и изделия
В эту группу входит стекло, основным сырьем которого служат кварцевый песок, известняк, сода и сульфат натрия, а также отдельные добавки (дополнительные ингредиенты). Изделия получают из стекломассы, находящейся в расплавленном состоянии. Основные виды изделий - стекло оконное, стеклянные трубы, блоки, плитки, фасонные изделия, маты из стекловаты, пеностекло и др. Стекло более простого состава может оставаться в жидком или растворимом состоянии (силикат-глыба). К этой же группе материалов относятся шлаковые изделия (плиты, бруски) и каменные изделия (каменное литье).
Неорганические вяжущие вещества
Материалы этой группы являются продуктами обжига природного сырья или искусственно подобранной сырьевой смеси с последующим измельчением этих продуктов обжига, чаще всего с добавлением дополнительных веществ в порошок. В тестообразном состоянии затворенные водой или водными растворами некоторых солей минеральные вяжущие вещества способны постепенно затвердевать и переходить в камневидное состояние. При этом одни так называемые воздушные вяжущие вещества обладают способностью твердеть только на воздухе (воздушная известь, гипс и др.), другие, гидравлические продолжают твердеть и в воде (гидравлическая известь, портландцемент, глиноземистый цемент и другие цементы). Разновидностью воздушного вяжущего со специфическими свойствами является растворимое стекло (жидкий силикат), которое успешно можно применять в специальных конструкциях.
Бетоны и изделия из них
Бетонные и железобетонные изделия получают при использовании неорганических вяжущих веществ (чаще всего. портландцемента и его разновидности) в сочетании с крупным заполнителем щебнем или гравием песком и водой. После затвердевания правильно подобранной и уплотненной бетонной смеси образуется искусственный каменный материал - бетон. Бетоны классифицируются в зависимости от плотности, производственного назначения и прочностных характеристик.
В железобетоне имеется стальная арматура в виде стержней или проволоки, заложенная в тело бетона и работающая совместно с ним. В инженерных сооружениях и конструкциях железобетон может быть монолитным, сборным и сборно-монолитным. В бетоны могут вводиться для специальных целей полимерные вещества (полимерцементные бетоны), а также многие добавочные вещества - ускорители твердения, воздухововлекающие, противоморозные.
Строительные растворы
Строительные растворы разновидность цементного бетона, в котором отсутствует крупный заполнитель, например щебень (песчаный бетон). Их получают на основе неорганических вяжущих веществ и в зависимости от назначения разделяют на штукатурные, кладочные и конструктивные. Кроме того, строительные растворы различают по виду вяжущего вещества на известковые, цементные, гипсовые и смешанные (сложные).
Искусственные каменные необожженные
материалы и изделия
Материалы этой группы получают на основе неорганических вяжущих веществ, однако, вместо песка и щебня в них в качестве заполнителей используют шлак, пемзу, золу, древесные о льняные очесы и др. К основным разновидностям этой группы относятся силикатные изделия, асбестоцементные, шлаковые, гипсобетонные, гипсоволокнистые, грунтобломочные и другие изделия.
Лесные материалы
В строительстве применяют преимущественно древесину хвойных пород — сосны, ели, лиственницы, кедра, а также лиственных, особенно для изготовления столярных изделий. Из отходов древесины изготовляют древесно-стружечкые, древеско-волокнистые плиты и фанерованные изделия.
Теплоизоляционные материалы и изделия из них
Материалы этой группы предназначены для защиты помещений от потерь тепла. Наряду с железобетоном и пластмассами они являются основой для получения индустриальных сборных конструкций жилых и промышленных объектов.
В зависимости от состава теплоизоляционные материалы разделяют на органические и неорганические, а по характеру применения — для изоляции холодных и горячих поверхностей. Они могут быть рыхлыми, обмазочными и штучными. Среди этих теплоизоляционных материалов особое место занимают минеральная и стеклянная вата и изделия из нее, пористые пластические массы, перлито - и вермикулитобетоны, камышит. Некоторые теплоизоляционные материалы одновременно выполняют функции звукоизолирующих и звукопоглощающих материалов.
Акустические материалы
К ним относятся звукопоглощающие и звукоизоляционные материалы. Они могут быть минерального и органического состава и происхождения.
Органические вяжущие материалы и бетоны на их основе
К этим материалам относятся органические вяжущие вещества, состоящие из смеси высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных. Основные материалы — битумные и дегтевые, на основе которых изготовляются соответствующие эмульсии и пасты. Известны также комбинированные материалы, составленные из этих двух разновидностей органических вяжущих веществ.
Бетоны с применением дегтей и особенно битумов называют асфальтовыми бетонами (асфальтобетонами) и асфальтовыми растворами (песчаными асфальтобетонами). Применяются они как дорожно-строительные материалы, а также при устройстве полов, плоских кровель и т.п.
Битумные и дегтевые кровельные, герметизирующие и гидроизоляционные материалы
В обширной группе этих материалов имеются рулонные материалы (мягкая кровля) и гидроизоляционные жидкие, пластично-вязкие, упруго-вязкие и твердые материалы. Кроме битума и дегтя в гидроизоляции и кровле используются композиции битумно-детгевые и битумно-полимерные. Последняя группа особенно широко применяются при изготовлении герметизирующих материалов (герметиков).
Строительные материалы из пластических масс
Материалы этой группы весьма перспективны, так как их свойства (прочность, легкость и др.) предпочтительнее свойств многих других строительных материалов, в связи, с чем их выпуск ежегодно увеличивается по мере развития химической промышленности. Основой данных материалов являются смолообразующие органические вещества с высокой молекулярной массой, получаемые путем синтеза продуктов промышленности органической химии. На основе полимеров и добавочных веществ изготовляют материалы для стен, теплоизоляции, полов, гидроизоляции и др.