Биография П.П. Будникова и его основные научные достижения

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. 

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.

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.

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 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.»

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. 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.

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. 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.

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. 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.

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.  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». 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.

В 1927 году А.А. Байков предложил свою теорию твердения ВВ. 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. 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?

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.

Приходилось многократно удивляться многогранной деятельности в науке Александра Александровича. Будучи профессором Политехнического института, он с 1923 по 1941 г.г. был профессором Ленинградского Университета. 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.