Матеріалознавство називають науку, що вивчає зв'язок складу, будови і властивостей матеріалів, а також закономірності їх зміни при фізико-хімічних, хімічних механічних та інших впливах. Всякий матеріал в конструкціях будівель і споруд сприймає ті чи інші навантаження і піддається дії навколишнього середовища.
У Росії виробництво будівельних матеріалів виникло в далекому минулому. Уже в далекій давнині наші предки вміли виготовляти глиняний цегла, повітряну і гідравлічну з звістку, широко використовували деревини і природний камінь.
Будівельні матеріали є основою нашого величезне го будівництва - промислового, житлового, гідротехнічного, транспортного, се і ін. До числа найважливіших будівельних матеріалів відносяться: метал, лісові матеріали, цемент, бетон, цегла, камінь, шифер (асбестоцементний), черепиця, рулонні покрівельні та гідроізоляційні матеріали, теплоізоляційні, скло та ін.
Наші вчені, інженери і новатори виробництва успішно борються за подальший розвиток будівельних матеріалів, усвідомлюючи, що розширення виробництва і підвищення якості всіх основних будівельних матеріалів, особливості металу, цегли, цементу та бетону, є од ним з важливих умов для матёріального забезпечення побудови комуністичного суспільства.
Величезний внесок у розвиток сучасного будівництва внесли і казанські вчені. В.І.Купріянов. доктор технічних наук, професор, член-кореспондент Російської академії архітектури і будівельних наук, завідувач кафедри архітектури, ректор Казанської державної архітектурно-будівельної академій; закінчив КІБІ в 1963р. факультет Будівельно-технологічний, потім в КІБІ, аспірант ВНІІСМа, науковий напрямок: плівкові-тканинні матеріали для будівельних конструкцій. Р.З. Рахімов. доктор технічних наук, професор, заслужений діяч науки і техніки, лауреат державної премії Татарстану, член-кореспондент Російської академії архітектури і будівельних наук, завідувач кафедрою Будівельних матеріалів КГАСУ; закінчив КІБІ в 1961р .; ф-т Будівельно-технологічний; працював в будівельній індустрії, потім в КІСІ; наукові праці з розвитку мінерально-виробничих комплексів будівельних матеріалів Поволжя.
2. Історичні етапи розвитку будівельного матеріалознавства.
Наука про матеріали має найглибшу історію розвитку. Джерелом її служать перші справжні пізнання матеріалів в давнину.
Умовно можна виділити три основних за своєю тривалістю не дорівнює етапу в її історії. Виникнення науки і кожен етап її розвитку завжди були обумовлені виробництвом, практикою. У свою чергу, розвиток виробництва було наслідком зростаючих потреб в матеріалах у суспільства.
Перший етап охоплює найбільш тривалий період. При необхідності в ньому можна виділити більш дробові підперіоди, на приклад найдавніші і давні часи, середні та пізні століття. Є достатньо підстав стверджувати, що вихідним моментом для становлення науки про матеріали стало отримання кераміки шляхом свідомого зміни структури глини при її нагріванні і випалюванні.
Дослідження розкопок показують, що предки покращували якість виробів спочатку підбором глин, потім за допомогою зміни режиму нагрівання і випалу на відкритому вогні, а пізніше - в примітивних спеціальних печах. Згодом надмірну пористість виробів навчилися зменшувати глазуруванням
З плином значного часу людство пізнало само- рідні, а потім і рудні метали, фортеця і жорсткість яких були відомі вже з 8-го тисячоліття до н.е. Холоднокованая самородна мідь була витіснена міддю, виплавленої з руд, які зустрічалися в природі частіше і в більших кількостях. Надалі до міді стали додавати інші метали, так що в З-му тисячолітті до н.е. навчилися виготовляти і використовувати бронзу як сплав міді з оловом, а також обробляти благородні метали, вже широко відомі на той час. Масштаби використання металів зростали, і людство вступило з бронзового століття в залізний, оскільки залізні РУДИ виявилися доступнішими мідних. У 1-му тисячолітті до н.е. переважало залізо, яке навчилися поєднувати з вуглецем при ковальської обробки в присутності деревного вугілля. Поки точно не встановлено, коли почалося застосування термічної обробки стали, але все ж відомо, що в 9 і 8 ст. до н.е. жителі Луристана (територія західного Ірану) використовували її в побуті і техніці.
Свідоме створення нових керамічних і металевих матеріалів і виробів було обумовлено певним прогресом виробництва. Зростала необхідність в більш глибокому розумінні властивостей матеріалів, особливо міцності, ковкості та інших якісних характеристик, а також способів можливої зміни їх. До цього часу розвинулися мореплавання, іригація, споруда пірамід, храмів, зміцнення ґрунтових доріг і т.д. Поповнилися новими відомостями і фактами теоретичні уявлення про матеріали.
Першими і найбільш правдоподібними судженнями про сутність якості матеріалів і про що складають частинках речовини були судження давньогрецьких філософів Демокрита (близько 460 або 470 до н.е.) і Епікура (34 1-270 до н.е.). Їх вчені про атомізму віз ніклі під впливом спостережень за станом і властивостями при рідних каменів, кераміки, бронзи і сталі. Приблизно до того ж часу відноситься і філософія давньогрецького вченого Аристотеля, який встановив 18 якостей у матеріалів: плавкість-ні плавкість, в'язкість-крихкість, горючість-негорючість і т.п. Три відомих стану речовини (тверде, рідке і газоподібне) і відношення їх до енергії виражалося Аристотелем чотирма елементами: землею, водою, повітрям і вогнем, що з позицій фізики було певним досягненням. Римський філософ Тіт Лукрецій Кар (99--55 до н.е.) в дидактичній поемі «Про природу речей» викладав свої судження про природу властивостей матеріалів: «. що, нарешті, представляється нам затвердів і щільним, то складатися з на чал гачкуватих має неодмінно, зчеплених між собою на подобу гілок сплетених. У цьому розряді речей, займаючи в ньому перше місце, будуть алмази стояти, що ударів зовсім не бояться, та далі - твердий камінь і заліза могутнього фортеця, так само як стійка мідь, що дзвенить при ударах в засуви. »
Для стародавнього періоду науки вельми характерна нерозчленованість її за окремими видами будівельних матеріалів. Значною мірою в ній простежується загальна взаємозв'язок між якістю. матеріалів і їх атомістичним складом, хоча, природно, до справжніх наукових хімічних знань про склад і властивості було ще досить далеко. Теорія будувалася в основному на здогадах, інтуїціях, хоча були і дивовижні рішення, наприклад в 3 ст. до н.е. вже вміли надавати будівельних розчинів гідравлічні властивості, тобто здатність до їх твердненню у водному середовищі за допомогою природних добавок. Цим же фахівці займаються досі.
До першого періоду відноситься і середньовіччя з характерною для нього алхімією. Саме в цей період Парацельс замінює чотири елементи Аристотеля трьома своїми - сіллю, сірої і ртуттю, що можна розцінити як інтуїтивне передбачення ролі міжатомних зв'язків у формуванні властивостей речовин. До цього періоду відноситься і вчення Декарта (1596-1650) про те, що природа являє собою безперервну сукупність матеріальних частинок, що рух матеріального світу вічно і зводиться до переміщення найдрібніших частинок - атомів. Переміщення атомів або, як їх тоді називали, корпускул, становило основу нової теорії будови речовини, що було значним досягненням в області пізнання складів, внутрішніх взаємодій і властивостей речовин. Дослідження, пов'язані з вивченням внутрішньої будови (структури) матеріалів, розвивалися повільніше, хоча у філософів античного періоду, як зазначалося вище, були і теорії, і деякі досвідчені дані. Серед наіболеё видатних робіт слід назвати публікацію Реомюра (1683-1757) про структуру (в сучасній термінології - про мікроструктурі) заліза і її зміни. Досліди завершилися отриманням нового матеріалу - ковкого чавуну. У перших книгах з матеріалознавства Бірінгуччо (1480-1539) і Агріколи (1494-1555) підсумовувалися емпіричні відомості про сутність операцій, які виконуються в ливарному і ковальському виробництвах, про плавленні руд і характер металургійного виробництва. Слід зазначити, що до періоду середньовіччя відноситься також установа в Москві в 1584 р «Кам'яного наказу» про камені, цеглі та вапна в зв'язку із застосуванням їх в будівництві, який зіграв позитивну роль.
Великий внесок у розвиток науки про матеріали було внесено геніальними російськими вченими М.В. Ломоносовим і Д.І. Менделєєвим.
М.В. Ломоносов (1711-1765) заклав основи передової російської філософії і науки, особливо в галузі хімії, фізики, геології. Він став основоположником курсу фізичної хімії та хімічної атомістики, що обгрунтовує атомно-молекулярну будову речовини. У 1752 р їм було написано «Введення в справжню фізичну хімію». Торкаючись поширеною в той період нової теорії, М.В. Ломоносов зазначав, що корпускули - це найдрібніші частинки, ввів уявлення про молекулах і їх відмінності від атомів, а щодо ще більш поширеного тоді вчення про флогістон, що виділяється, нібито, при прожаренні метал лов і горінні речовин, то він не тільки відкинув таке вчення про таємничому «речовині вогню», а й дав наукове пояснення хімічних явищ, що протікають при таких впливах вогню. Крім того, МВ. Ломоносов вперше написав книгу російською мовою по металургії, розробив склади кольорових стекол і спосіб виготовлення мозаїчних панно з них, висловив гіпотезу про походження бурштину та ін.
Для першого етапу становлення і розвитку будівельного матеріалознавства, який, як зазначалося, почався з глибокої давнини і тривав до початку другої половини ХІХ ст. характерно порівняно обмежена кількість різновидів матеріалів і досвідчених даних по їх якісним характеристикам. Однак великі вчені і філософи тих часів за допомогою інтуїції і логіки, гіпотез і теорій, а дещо пізніше - з залученням нових знань у фізиці і відкриттів в хімії та фізичної хімії (остання своє поступальний розвиток початку з робіт М. В. Ломоносова) зуміли дати досить повне уявлення про склад речовин, внутрішніх взаємодіях найдрібніших частинок і властивості. Були встановлені деякі загальні залежності властивостей речовин, особливо механічних, від їх складу. Менш вивченою залишалася залежність властивостей від структури, хоча yoще в 1665 р англійський учений Роберт Гук виявив у металів типову кристалічну структуру, тобто за 200 років до відкриття мікроструктури стали під мікроскопом англійським вченим Генрі Сорби.