Открытие закона створа, его сущность и значимость

  Формула открытия
Установлена неизвестная ранее закономерность соответствия физических свойств и структуры твердого и твердообразного (упруго-вязко-пластичного) материала, выражающаяся в том, что комплекс экстремальных значений главных физических свойств твердого и твердообразного (упруго-вязко-пластичного) материала соответствует их оптимальной структуре, характеризующейся равномерным расположением дискретных частиц и непрерывностью пространственной сетки связующего вещества при минимальных толщинах его пленочного распределения (закон створа).

Приоритет открытия
10 ноября 1957 г. – по дате подписания к печати статьи И.А.Рыбьева “Закономерности в структурно-механических свойствах асфальтового бетона” (Сборник трудов, т.1, ВЗИСИ, М., 1957).
В соответствии с Уставом Международная ассоциация авторов научных открытий выдала настоящий диплом на открытие “Закономерность соответствия физических свойств и структуры твердого и твердообразного (упруго-вязко-пластичного) материала”.

Открытие закона створа, его сущность и значимость
Российская академия естественных наук совместно с международной ассоциацией авторов научных открытий в установленном порядке автору настоящей статьи выдали первого марта 1999 года диплом № 105 на научное открытие закона створа. В дипломе изложена следующая формула открытия: установлена неизвестная ранее закономерность соответствия физических свойств и структуры твердого и твердообразного (упруго-вязко-пластичного) материала, выражающаяся в том, что комплекс экстремальных значений главных физических свойств твердого и твердообразного (упруго-вязко-пластичного) материала соответствует их оптимальной структуре, характеризующейся равномерным расположением дискретных частиц и непрерывностью пространственной сетки связующего вещества при минимальных толщинах его пленочного распределения (закон створа).
Для установления такой зависимости, имеющей закономерный характер, потребовалось выполнить глубокие научные и широкие экспериментальные исследования. Важно было не только вскрыть эту закономерность и убедиться в ее устойчивом наличии и правомерности, но и доказать, что она имеется в первую очередь в природе, относится к объектам природы: горным породам, породообразующим минералам и древесине. Разносторонние исследования убедительно показали, что в этих природных материалах, широко используемых в строительном материаловедении, обнаруживается при оптимальных структурах совершенно четкая система экстремумов структурночувствительных физических свойств. Все максимумы и минимумы показателей свойств располагаются на соответствующем графике практически одной прямой линии, образуя своеобразный створ экстремальных показателей (отсюда название закона створа).
Спонтанно протекающие процессы оптимизации структуры горных пород и минералов в природных условиях протекают весьма медленно с возможным нарушением их кинетики, например, в связи с тектоническими подвижками или движениями в земной коре, стихийными пертурбациями, явлениями катаклаза. У растущего дерева биопроцессы более скоротечны, чем у минеральных пород, а комплекс экстремумов свойств становится надежным критерием сформировавшейся оптимальной структуры. Ключевыми структурными параметрами у минералов и горных пород обычно являются пористость и капиллярность, а у древесины - усредненные толщины водных пленок (оболочек) и общее количество гигроскопической влаги.

Закон створа устанавливает прямую связь между свойствами и параметрами оптимальной структуры. Но, как оказалось, действует и обратная связь, которая выражается в том, что, как отмечено в случае древесины, при комплексе экстремумов свойств, иногда при одном-двух экстремумах, особо чувствительных к структурным переменам, надежно фиксируется оптимальная структура. В этом проявляется закономерный характер взаимосвязи физических свойств при оптимальных структурах. Некоторые примеры такой взаимосвязи свойств уже были раскрыты ранее, другие - еще не раскрытые - продолжают исследоваться.
Научное открытие ранее неизвестной закономерности (закона створа) имеет большое значение не только для дальнейшего развития петрофизики и древесиноведения, но в еще большей мере для углубления фундаментальной науки строительного материаловедения и повышения эффективности результатов в решаемых ею технологических задачах. В последующих исследованиях многочисленных материальных гетерогенных систем обнаружилось, что объективный закон природы полностью может быть принят в науке и практике производства искусственных материалов и изделий. Больше того, именно здесь этот общий закон проявляется особенно ярко; применение его становится важнейшим фактором получения высшего качества в прогрессивных технологиях конгломератных материалов, опираться на которые предстоит в ХXI веке.
Закон створа и непосредственно связанные с ним другие общие закономерности, действующие при оптимальных структурах (закон конгруэнции, закон прочности и др.), послужили основой для разработки и широкой апробации общей теории искусственных строительных конгломератов. В ней показано, что безобжиговые и обжиговые ИСК, а также природные породы оптимальных структур подобны между собой, что позволило многим исследователям и практикам на протяжении ряда десятилетий решать проблемы строительного материаловедения с большим технико-экономическим эффектом. Из бесконечного множества структур при решении научных и практических задач оказалось возможным ориентироваться на гораздо меньшее количество оптимальных с выбором из них одной-двух рациональных в заданных конкретных условиях изготовления и применения искусственных строительных конгломератов. При наличии у материалов таких структур обеспечивается не только комплекс проектных показателей свойств (что является необходимым, но недостаточным требованием к качеству выпускаемой продукции), но и экстремальных значений их при оптимальных структурах. Иначе говоря, гарантией высокого (если не высшего) качества продукции для принятой технологии ее производства является совпадение заданных и экстремальных числовых показателей свойств, что возможно только при оптимальной структуре. Такой ввод непосредственно следует из закона створа, существование которого в природе обусловлено весьма благоприятным стечением одновременно действующих физических, физико-химических и генетических факторов. Как было показано в исследованиях, в результате этого стечения факторов происходит максимальное снижение изотермических потенциалов, поверхностной энергии и энергии активации с переводом энергии в другие формы, с эффектом упрочения связей и структуры. Устанавливается повышенная концентрация новообразований, увеличивается содержание кристаллической фазы при необходимом уровне аморфного вещества, обеспечивается пониженная пористость в зонах контактирования с возрастанием прочности сцепления, уменьшается внутреннее напряжение вследствие роста однородности структуры, формируется компактная упаковка твердых частиц разной дисперсности.
Практическое использование закона створа, как, впрочем, и других общих объективных закономерностей в теории ИСК, позволило разработать единый и поистине всеобъемлющий метод проектирования - машинный (ЭВМ) и безмашинный - оптимальных составов и структур традиционных и новых ИСК, пока неизвестных (вакантных) в их общей классификации. Именно таким общим методом проектировались составы и оптимальные структуры цементных бетонов, как тяжелых, так и легких, в том числе ячеистых, асфальтовых бетонов, полимербетонов, арболитов на основе портландцемента и высокопрочного гипса, фибролита, строительных растворов, в том числе для помещений высокой влажности (бань, прачечных) герметизирующих материалов, масличных кровельных и гидроизоляционных материалов и др. Не обошлось без использования открытой закономерности и при разработке керамических заполнителей - вакулита, шарообразного керамзита и др. новых разновидностей минеральных и комбинированных вяжущих веществ, синтезированных битумов. В практических целях был предложен и опубликован в нашей стране и за рубежом комплексный критерий, который при оптимальных структурах всегда равен единице, являясь в связи с этим индикатором подобия. Предложен принцип: сравнение материалов производить в научных исследованиях и практических разработках не так, как часто принято - при равных или одинаковых условиях ( что может приводить к большим ошибкам), а только при соответственных условиях, т. е. при оптимальных - подобных друг другу, структурах.
Необходимо отметить, что закон створа послужил в свое время (1987 г.) первопричиной широкого обсуждения в Научно-техническом совете Госстроя СССР проблемы использования его, как и всей теории ИСК, в бетоноведении с привлечением очень большого числа ученых и других специалистов. В результате представилось возможным внести (или рекомендовать к внесению) в науку о бетонах ряд новых или уточняющих положений. В частности, существенно расширено действие ранее предложенной закономерности водоцементных отношений. Применительно к оптимальным структурам она устанавливает устойчивую и необходимую функциональную зависимость прочности бетонов как от минимального водоцементного отношения, так и от соответствующего ему количества цементного камня (по массе). Она действует в условиях постоянного и переменного состава бетонной смеси, постоянных или различающихся технологических параметров и режимов, правомерна не только при осевом сжатии, как отмечалось ранее, но и при других напряжениях бетона. Переменная величина В/Ц в законе водоцементного отношения выступает в качестве своеобразного функционала, минимальное значение которого возможно находить с помощью прочностной функции. В последней учитывается как величина В/Ц, так и количество В+Ц. В прежние формулы прочности бетона входила только величина В/Ц или ей обратная величина Ц/В. Между тем, прочность бетона зависит также от количества цементного камня при данном его качестве, выраженном через В/Ц или Ц/В. Из формулы прочности бетона оптимальной структуры путем несложных преобразований получается уравнение закона прочности этого материала: произведение прочности бетона в любом его возрасте на степенную функцию водоцементного отношения является величиной постоянной.
Но не только прочность, а и некоторые другие показатели свойств, например упругих, также выражаются формулами аналогичного характера, в чем отражается обратное действие закона створа.
Важное развитие бетоноведение получит после реализации предложения о внесении в формулы прочности бетона вместо принятой в настоящее время величины активности цемента или его марки другой, расчетной величины активности цементного камня оптимальной структуры, что следует из закона конгруэнции свойств, непосредственно связанного с законом створа. Тогда становится полностью предсказуемым технико-экономический эффект в технологии бетона от мероприятий по всемерному упрочению цементного камня оптимальной структуры.
В заключение этой краткой статьи следует отметить, что в формуле открытия фигурирует выражение “комплекс экстремальных значений главных физических свойств”, что, как показано в исследованиях, всегда адекватно комплексу благоприятных строительных и эксплуатационных свойств материала: наибольшей прочности, наибольшей упругости, наименьшей ползучести, наименьшей пористости и дефектности структуры, наибольшей морозостойкости, наименьшему коэффициенту выхода смеси и т. п. Таким образом, закон створа отражает собой показатели высшего качества продукции при том условии, что конкретные значения свойств находятся на уровне заданных величин. Известно, что первое место по удельной значимости в системе показателей прогрессивных технологий занимает высшее качество выпускаемой продукции.

Литература
Рыбьев И.А. Общие закономерности в структурно-механических свойствах асфальтового бетона. Труды ВЗИСИ, I, 1957.
Рыбьев И.А. Две важнейшие закономерности в свойствах материалов с конгломератным типом структуры. Ж. Строительные материалы, I, 1965.
Рыбьев И.А. Общая теория и единая классификация строительных материалов на основе вяжущих веществ. Ж. Строительные материалы, 3, 1975.
Рыбьев И.А. Строительные материалы на основе вяжущих веществ (искусственные строительные конгломераты), М., 1978.
Рыбьев И.А. Закон створа. Болгарская Академия наук. Варна, 1979.
Рыбьев И.А. Научные и практические аспекты закона створа. Ж. Строительные материалы, 6, 1981.
Рыбьев И.А. Общие законы и подобие строительных материалов оптимальных структур. 8 Международный конгресс, Веймар, ГДР, 1982.
Общий курс строительных материалов/Под ред. И.А. Рыбьева. М., 1987.
Рыбьев И.А. О применении теории ИСК в бетоноведении. Ж. Строительство и архитектура. Новосибирск, II, 1987.
Рыбьев И.А. Прогрессивные технологии в строительном материаловедении. Ж. Строительство. Новосибирск, 3, 1994.
Рыбьев И.А. О расчетных характеристиках механических свойств цементов и других вяжущих веществ. Межд. совещ. по химии и технологии цементов. М., 1996.
Рыбьев И.А. История строительного материаловедения. М., 1998.