Мар 102011
 

И.Н. Легалов —

Вице-президент НП «НТО стройиндустрии Санкт-Петербург»

лауреат премии Правительства РФ,

д.и.н., Заслуженный строитель Латвии

 

Е.И. Тарасевич –

Заведующий кафедрой СПГПУ

кт.н., д.э.н., профессор

 

Н.А. Джаши –

ст. н.с. СПГУПС,

кандидат технических наук

 

Академик А.А. Байков – один из основоположников

теории твердения вяжущих веществ

Александр Александрович Байков –  химик и металлург, в течение почти сорока лет профессор Санкт-Петербургского(Ленинградского) политехнического института, составляет славу отечественной науки. Труд ученого отмечен множеством самых почетных званий и наград его времени.

 

В любой области, где только А.А. Байкову приходилось работать, ему всегда удавалась найти что-либо новое, оригинальное, интересное, никем ранее не замеченное, не указанное, не высказанное.

/И.П. Бардин/

Металлурги считают его патриархом металлургии, металловеды – создателем отечественной металлографии, цементники – одним из основоположников теории твердения вяжущих веществ, керамисты –основоположником теории обжига огнеупоров. А первой, главной его любовью была химия в т.ч. и химия силикатов. В последствии А.А. Байков (рис.1) писал: «Мои научные исследования касаются, главным образом, цементов и металлов. Мое внимание привлекали преимущественно технические проблемы, но к разрешению их я подходил научным путем, пользуясь научными методами и применяя научные законы для решения практических вопросов». Байков Александр Александрович родился в 1870 году в Курской губернии, местечке Фатеж.

Учился Александр в Курской гимназии и которую окончил с хорошим аттестатом, но с характеристикой вольнодумца. После долгих хлопот Александр Байков поступил в Петербургский    Университет. Еще будучи учеником гимназии, Александр, увлекался естествознанием, особенно, химией. У него было своя домашняя лаборатория, где он производил бесчисленное количество опытов. Ожидалось, что он поступит на естественный факультет, университета, но … он поступил на физико-математический. Это было первое удивление родных и знакомых. Но будущий ученый решил, что ему теперь по необходимости придется заниматься математикой и физикой, химические же предметы он сможет факультативно пройти на естественном «разряде». (факультете)

В 1893 году  Александр Александрович заканчивает Петербургский университет и совершает поступок, который вызвал второе удивление. Дело в том, согласно традиции и моды того времени, оканчивавшие ВУЗ в России, ехали на стажировку в Германию. Александр Байков поехал во Францию, в лабораторию французского физико-химика Анри Ле-Шателье. Школа Ле-Шателье во многом определила его научные интересы. В этой школе, Александр Александрович, вместе с сотрудниками Лаборатории участвует в работе по изучению химических процессов протекающих в металлургии, а с другой стороны участвует в решении вопросов возникающих при твердении вяжущих веществ. Его учитель, Ле-Шателье,  это время, в течении 10 лет изучает свойства с способы приготовления цементных растворов, бетонов, что накладывает отпечаток на работу лаборатории. |1|

По окончанию стажировки во Франции, Александр Байков уже в Петербурге сближается со многими учеными  — цеменщиками.

С 1895 года он работает в Механической лаборатории Петербургского института инженеров путей сообщения. |1,8|

Вначале, он работает на химическом отделении Механической лаборатории, а затем заведующим химической лаборатории, когда она была выделена отдельно. Александр Александрович чрезвычайно плодотворно работает в области коррозии цементов, бетонов, действия морской воды на бетонные сооружения и т.д. Одновременно, он участвует в работе знаменитых цементных съездов.

В 1903 году, на IX съезде, был заслушан, отчет В.И. Чарномского составленный совместно с А.Р. Шуляченко, по осмотру и исследованию портовых сооружений в России и за Рубежом, по действию морской воды на бетон. В отчете было указано, что в результате тщательного осмотра, пришли к неблагоприятному выводу: «Видимо используемый в то время портландцемент не выдерживает действия морской воды. Как указывалось в отчете, химическая сторона этого вопроса была дополнена А.А. Байковым.» |2| На этом же съезде была образована особая комиссия в которую входил так же и молодой ученый, для изучения условий работы бетона и железобетона. В постоянное Бюро съездов входили А.Р. Шуляченко – председатель, Н.А. Белелюбский – вице-председатель, (а после смерти А.Р. Шуляченко в 1903 г. — председатель) А.А. Байков, С.И. Дружинин, Н.Н. Лямин, И.Г. Малюга и др.

На XIII цементно-бетонном съезде было сделано шесть докладов посвященных истории развития промышленности и техники цементного и бетонного дела. На этом съезде А.А. Байков сделал доклад, который, как писала пресса: «Чрезвычайно интересный доклад – развитие теории цемента, сделал профессор А.А. Байков». |2| Третье удивление вызвал тот факт, что наряду с большой увлеченностью А.А. Байкова, в то время, химией цемента, бетона и его работой в Механической лаборатории Санкт-Петербургского института путей сообщения, его первая диссертация была по металлургии и защита проходила в недавно созданном Политехническом институте. Интересна история создания этого института. В конце XIX века был всплеск кораблестроения. Один из виднейших наших ученых – кораблестроителей, академик А.Н. Крылов был командирован в Германию, где он детально знакомится с вопросами кораблестроения. Вернувшись в Петербург, он сделал доклад о своей командировке Морскому Техническому комитету и, по предложению главного инспектора кораблестроения Н.Е. Кутейникова, представил докладную записку о  работе кораблестроительного отдела Берлинской высшей технической школы, где очень обосновано описал Королевское высшее техническое училище в Берлине. |7| Далее, эта записка попала со своими необходимыми подписями министру финансов Витте. Министр финансов России Витте решил учредить, в ведении министерства финансов, Политехнический институт в составе четырех отделов: экономического, металлургического, электромеханического и кораблестроительного; на это испрошено «высочайшее», как тогда говорили, соизволение и был приобретен в 8 верстах от Финляндского вокзала поросший сосновым редколесьем участок земли с сухой песчаной почвой, на котором и было предположено соорудить: а) главное здание института, б) общежитие для студентов  и в дом с квартирами для профессоров. |7|

Предполагалось, что директором института будет князь А.Г. Гагарин; при этом образуются две комиссии: а) учебная под председательством генерала Петрова и б) строительная под представительством Ковалевского.

Князь Гагарин предложил А.Н. Крылову быть деканом кораблестроительного факультета, но к 1 января 1900 г. он был назначен заведовать Опытным бассейном Морского ведомства и от деканства отказался, указав наиболее подходящего кандидата корабельного инженера К.П. Боклевского. Впоследствии А.Н. Крылов принимал самое деятельное участие в разработке учебных программ Комплект студентов на кораблестроительном факультете был установлен в 24 человека на каждом курсе. А.Н. Крылов стал читать в институте новый курс: — вибрация судов. Впоследствии, кораблестроительный отдел был выделен и развит в самостоятельный ленинградский кораблестроительный институт.

После Октябрьской социалистической революции Политехнический институт был значительно расширен как по числу факультетов, так и студентов. |7|

Итак, в 1903 году состоялась первая в институте защита магистерской диссертации. Работа, представленная А.А. Байковым, называлась: «Исследование сплавов меди и сурьмы и явлений закалки в них наблюдаемых».

Александр Александрович Байков становится первым адъюнктом Политехнического института, а, затем – профессором. И в это же время А.А. Байков – участник всех цементных съездов, а с 1905 года ее бессмертный секретарь. Известный ученый – цеменщик, профессор П. Велихов, в 1924 г., вспоминает: Научное обоснование трудам инженеров-практиков и даже инженеров – теоретиков в области цементного дела издавна уже давал и ныне благополучно здравствующий и рядом лет своей работой так же принадлежащей Ленинграду профессор А.А. Байков. Участники доброй памяти цементных съездов, с каким нетерпением все члены Съездов поджидали очередного исчерпывающего доклада А.А Байкова, освещавшего все новые и новые стороны в сложном процессе твердения вяжущих веществ. В тоже время А.А. Байков, хорошо знакомый и с практикой цементного производства много внимания уделял и технологической стороне вопроса и опять же в истории пропаганды об использовании Карадагских пуццоланов, имя его встречается постоянно.» |3|

Чрезвычайно много внимания А.А. Байков уделял журналу: «Цемент, его производство и применение». Редакторами журнала были А.Р. Шуляченко и Н.А. Белелюбский, а затем, после смерти в 1903 г. А.Р. Шуляченко, редактором становится А.А. Байков. Ни одно событие, ни одна дискуссия в области развития науки о цементах и бетонах в то время не проходила без участия или реакции со стороны профессора              А.А. Байкова.

Приведем два примера.

В 1906 оду Н.Н. Лямин с инженером Круссером был командирован на юг России для изыскания пуццолановых, как тогда говорили, «залежей». Эти «залежи» были ими открыты в Крыму, около города Феодосия (гора Кара-Даг) После открытия «залежей» Александр Александрович постоянно в печати и в выступлениях пропагандирует Карадагские пуццоланы. Совместные усилия ученых и практиков дали результаты: при строительстве портовых сооружений в г. Туапсе они были применены. Таким образом, Карадагский трасс стал первой отечественной пуццолановой добавкой. (рис.2)

Второй пример. В конце XIX века в России возникла острая полемика в связи с фальсификацией портландцемента шлаком. Как писал в то время журнал «Зодчий», «В готовой смеси портландцемента со шлаком ни качество, ни количество шлака определить химически невозможно и практическими испытаниями очень трудно. Ловкие предприниматели и дельцы начали продавать так называемый улучшенный портландцемент т.е. портландцемент подмешанный измельченными доменными шлаками. Дело зашло так далеко, что многие страны стали принимать ограждающие законы от фальсифицированных цементов.  В России, на VII цементном съезде (1901 год) по предложению А.Р. Шуляченко были приняты следующие предложения:

G  Просить Механическую лабораторию Института инженеров путей сообщения о выдаче свидетельств об испытании гидравлических веществ обозначать на свидетельстве доставленного цемента, принадлежит ли он к портландцементу.

G  Считать международную номенклатуру гидравлических цементов обязательной для русских технических цементов обязательной для русских техников и заводов.

G  Ходатайствовать перед Правительством о запрещении применять название «портландцемент» к тем гидравлическим веществам, которые не соответствуют международной номенклатуре.

G  Учредить комиссию при Бюро Съездов для разъяснения сравнительного значения портландцемента и других вяжущих веществ.

Основная работа по выявлению фальсифицированных цементов была возложена на химическое отделение Механической лаборатории, которой руководил А.А. Байков. Проводя эту работу, Александр Александрович пошел дальше, он стал усиленно заниматься научной стороной шлаков и цементов.

А.А. Байков пришел к выводу о сходстве природы портландцемента и основного доменного шлака, обладающего самостоятельными гидравлическими вяжущими свойствами. |4| Он образно рассматривал портландцемент, как шлак высокоосновной степени, а основной шлак – портландцемент с очень низким гидромодулем. Этот вывод и был положен А.А. Байковым в основу предложенных им методов испытания и нормирования шлакопортландцементов.

В одном из докладов в 1916 году А.А. Байков подчеркивал «очень большой интерес производства шлакопортландцемента для государственного и народного хозяйства страны, особенно принимая во внимание дешевизну его, сравнительно с портландцементом, и громадный спрос на строительные материалы в ближайшие по окончании войны годы». При этом, сопоставляя выпуск и качество шлаков южно-русских заводов и мощность портландцементной промышленности, А.А. Байков пришел к выводу о возможности выпуска шлакопортландцемента в количестве 20…25% от выпуска портландцемента, что в скором будущем было и осуществлено в нашей стране. |4|

впоследствии, профессор Будников П.П. писал: «Выдающаяся роль в развитии производства и применения шлакопортландцемента принадлежала Н.А. Белелюбскому, А.А. Байкову  и С.И. Дружинину. Но пожалуй, главный вклад в науку о цементе, Александр Александрович Байков внес — предложив свою теорию твердения вяжущих веществ.

Процессы происходящие при твердении растворов портландцемента привлекали внимание исследователей практически сразу же после изобретения этого вяжущего, и, особенно, после широкого применения его в производство. В 1887 году, горный инженер Анри Луи Ле-Шателье защитил в Парижском университете диссертацию на соискание степени доктора наук на тему: «Экспериментальные исследования строения гидравлических цементов», положив началу систематического изучения, как строения минеральных вяжущих, так и вопросу взаимодействия их с водой, т.е. процессам гидратизации и твердения. |5| Исследования Ле-Шптелье по данному вопросу начал в 1880 году и опирался на физико-механические представления на взаимодействие вяжущих веществ с водой. В значительной степени Ле-Шателье опирался на труды А. Лавуазье, интересовавшегося процессом твердения полуводного гипса и Л. Вика, успешно изучавшего гидравлическую известь. Ле-Шателье уже в то время был крупным физиком-химиком Франции. (рис.3)

В 1884 году, он сформулировал общий закон смешения химического равновесия, согласно которому при внешнем воздействии на равновесную систему химическое равновесие смещается в сторону противоположную этому воздействию. (Принцип Ле-Шателье). Он изучал химические процессы металлургии и многое другое.  В 1880-1887 г.г. изучал свойства и способы приготовления цементов. Опубликованная в 1887 году его теория твердения сводится в основном к явлениям перекристаллизации. В соответствии с этой теорией, процесс твердения объясняется тем, что затворяемый водой вяжущие вещества облают в воде большей растворимостью, чем продукты получающиеся в результате действия на него воды.

Поэтому, первой вещество, как неустойчивое, в силу его большей растворимости, постепенно превращается во второе менее растворимое, а потому более устойчивое. Второе, основное положение этой теории сводятся к тому, что продукт получается в кристаллическом состоянии, в виде спутанных между собой кристаллов – кристаллического сростка, чем и объясняются высокие механические качества затвердевшей массы. Эту теорию Ле-Шателье вывел исходя из процессов происходящих при твердении штукатурного гипса.

Теория Ле-Шателье имела оглушительный успех, но вскоре выяснилось, что процессы протекающие при твердении портландцемента, как наличие аморфной, не кристаллической массы не очень согласуется с этой теорией.

В 1893 году, немецкий ученый В. Михаэлис выдвинул свою теорию твердения гидравлических цементов. В. Михаэлис – известный немецкий ученый-силикатчик. В 1880 г. он предложил способ изготовления автоклавного силикатного кирпича из смеси из извести (8-10%) и кварцевого песка (90-92%) В. Михаэлис работал в области физико-химического взаимодействия извести, песка и воды в результате чего образуются гидросиликаты кальция обуславливающие твердение и монолитность материала. Согласно его теории, процесс твердения сводится к образованию коллоидальных студней – гели, выделяющегося под влиянием воды в результате набухания зерен цемента. Эти студни состоят из коллоидального кремнезема или силикатов кальция и, обладая меньшей или большей степенью плотности, они облекают в виде оболочек зерна цемента и таким образом связывают эти зерна между собой в одно целое. В дальнейшем, в недрах этого студня происходит медленная кристаллизация растворимых соединений, в результате чего студень порастает кристаллическими образованиями. Все это обеспечивает затвердевшему цементу механическую прочность. |6| К сожалению, и эта теория не может объяснить процессы твердения всех вяжущих веществ, как, например, штукатурного гипса. Каждая из теорий имела своих последователей и противников. Более того, разные воззрения ученых привели, вначале, к научному конфликту между сторонниками «кристаллизационной теории» Ле-Шателье и последователями так называемой «коллоидной теории» Михаэлиса, и, далее, это различное понимание «твердение В.В.» вылилось в международный спор усугубленный враждебными отношениями Германии и Франции в конце XIX века.

Когда споры из научной сферы переносятся в международные отношения или, наоборот, это становится вдвойне печально.

Вот еще пример. В 1912 году Николай Аполлонович Белелюбский стал президентом Международного общества испытания строительных  материалов (RIZEM) Седьмой конгресс RIZEM планировался провести в Петербурге, но началась I Мировая война.

В 1921-1922 г.г. Николай Аполлонович начал переписку с постоянным секретарем RIZEM австрийским инженером Рейтлером с целью возобновить деятельность «Общества». Однако, Ле-Шателье заявил, что французские инженеры не желают общаться с представителями нации принесшей столько бедствий их отечеству. С грустью сообщил об этом Николай Аполлонович С.И.Дружинину весной 1922 года.

А.А. Байков был учеником Ле-Шателье и воспитывался на его идеях. Накопившейся многочисленные  новые факты, мнения, заставили его переосмыслить выдвинутые теории.

В 1923-27 годах Александр Александрович предложил свою теорию объяснения процесса твердения вяжущих веществ. |1| А.А. Байков подметил такой факт, что «всякое твердеющее (Ц) обязательно проходит стадию коллоидального состояния, хотя бы в конце процесса отвердевший продукт состоял только из кристаллических образований, обладающих заметной растворимостью в воде». |6| По теории А.А. Байкова: При замешивании вяжущих веществ (ВВ) (объяснение по В.А. Кинду) с водой происходит растворение первых в воде, применяемой для затворения. Этот период Александр Александрович назвал периодом растворения или подготовительным периодом и он протекает до тех пор, пока не получится насыщенный раствор. Далее, присоединение воды к ВВ продолжается и если ВВ – гипс, то образующийся двух, водных гипс получается в твердом состоянии, поскольку он не может растворяться в окружающей жидкой среде, как раствор им уже насыщен. Получающийся при этом двухводных гипс выделяется в твердом виде в состоянии мельчайшего раздробления и образует коллоидальную систему в виде геля или студня. Этот второй период можно назвать периодом коллоидации или периодом схватывания, во время этого периода бессвязная масса отдельных зерен гипса смоченных водой, утрачивает свою подвижность, но не приобретает еще механической прочности.

Образующийся в период коллоидации студень двух-водного гипса в присутствии воды с течением времени преобразуется в кристаллический сросток по схеме Ле-Шателье. Далее, из двух состояний двух-водного гипса-коллоидального и кристаллического-первое обладает более высокой растворимостью, нежели второе, а поэтому коллоидальный двух- водный гипс, как неустойчивый, переходит в более устойчивый кристаллический двух-водный гипс. Этот переход осуществляется так же по схеме Ле-Шателье и ведет к образованию кристаллического сростка. Этот третий период он назвал периодом кристаллизации или твердения, так как масса затворенного штукатурного гипса превращается в камневидное тело, обладающее механической прочностью.

Профессор В.А. Кинд писал: «Теория академика А.А. Байкова совершенно не противоречит теории Михаэлиса, согласно которой в массе затвердевшего цемента имеется аморфное вещество. Дело в том, что из коллоидального в кристаллическое состояние могут переходить только те гели, которые обладают известной растворимостью в воде. |6|

В 1927 году А.А. Байков предложил свою теорию твердения ВВ |1| И, примерно, в это же время представил ее во Французскую Академию. Кстати, в прошлом году, исполнилось 80 лет со дня ее опубликования. Эта теория на какое-то время примирили сторонников предыдущих теорий и явилась шагом вперед в развитии вопросов твердения. О.П. Мчедлов-Петросян пишет: «Установленный наукой обстоятельство, что кристаллы могут иметь коллоидные размеры, фактически примирило разные взгляды на твердение и … далее, дело в том, что в начале XIX века понятие «коллоидный» и «аморфный» рассматривались, как идентичные и только последующее развитие науки объяснило коллоидное состояние, как определенную степень дисперсности. |5| Мчедлов-Петросян О.П. говорит, что вопрос о процессах твердения приобрел во второй половине XX века в другой аспект, а, именно, является ли процесс твердения кристаллизационным или топохимическим? Какова роль электрических сил в электрохимическом процессе разделения зарядов при гидротации вяжущего, а так же роль осмотического явления, участвующего в формировании гидросиликатной структуры цементного камня?

Но освещение этих вопросов выходит за рамки нашей статьи.

Совершенно, очевидно, что в первой половине XX века теория твердения академика А.А. Байкова была достаточно полной и недаром профессор В.А. Кинд сказал: «эта теория А.А. Байкова была наиболее совершенной в объяснении фактов наблюдаемых при твердении. |6|

Приходилось многократно удивляться многогранной деятельности в науке Александра Александровича. Будучи профессором Политехнического института, он с 1923 по 1941 г.г. был профессором Ленинградского Университета. (рис.4). Он создает фундаментальные труды по структурным превращениям в металлах; крупнейшие исследования высокоуглеродистых фаз в сплавах железа с углеродом утверждающее оригинальный взгляд на природу графита и цемента, работы в области высококачественных сталей и т.д.. И новое удивление,  работа с огнеупорами.

Применив законы перекристаллизации к процессам образования огнеупорного камня, он дал практические рекомендации для режима получения высококачественных огнеупорных изделий. В годы Великой Отечественной войны, когда потребность в огнеупорах особенно выросла, Байков создал и возглавил специальную бригаду по огнеупорным материалам при АН СССР. Уральские домны и мартены не испытывали недостатка в огнеупорах. И в наших танках, дошедших до Берлина, была доля труда академика Байкова.

За выдающиеся заслуги в науке, профессор А.А. Байков:

в 1932 году был избран академиком АН СССР,

в 1942 году стал вице-президентом АН СССР,

в 1943 году получил Государственную премию,

в 1945 году ему было присвоено звание героя Социалистического труда.

А.Н. Байков награжден многими орденами и  медалями. До последнего дня Александр Александрович работал. 5 апреля 1946 года, он, после заседания в Госплане приехал в институт металлургии на опытную плавку – свою последнюю плавку. Вечером был на заседании химической секции комитета, затем, вернувшись с заседания, снова в работе. В 2 часа ночи он закончил свой рабочий день, а в 9 часов утра Александра Александровича не стало… Но остались его ученики, его книги, идеи, осталась созданная академиком А.А. Байковым крупнейшая школа металловедов в Ленинградском политехническом институте,  а также яркий след в области физико – химии силикатов.

Литература

 

  1. В.А. Волков и др. Выдающиеся химики мира. М. Высшая школа. 1991.

 

  1. Краткий обзор деятельности 12-ти цементных съездов. Журнал «Цемент, его производство и применение». СПб 1910.

 

  1. П. Велихов. К истории норм по В.В. Журнал «Строительная промышленность» №3. М. 1924.

 

  1. П.П. Будников, И.Л. Значко-Яворский Гранулированные доменные шлаки и шлаковые цементы. М. Промстройиздат. 1953.

 

  1. О.П. Мчедлов – Петросян. Эволюция теории твердения минеральных вяжущих веществ на протяжении ста лет. М.

 

  1. В.Д. Кинд, С.Д. Окороков. Строительные материалы. М. Онти-Госстройиздат. 1934.

 

  1. А.Н. Крылов. Мои воспоминания Л. Судстроение. 1979.

 

  1. А.Э. Лопатто. Н.А. Белелюбский. Жизнь и творчество. М. Стройиздат. 1975 г.

 

 Posted by at 19:24

 Leave a Reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

(required)

(required)

Включите изображения, чтобы увидеть вопрос *

Яндекс.Метрика