Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка ресурсосберегающей технологии многослойных теплоизоляционно-декоративных стеклокомпозиционных материалов для строительства энергоэффективных зданий

Докладчик: Яценко Елена Альфредовна

Должность: доцент, зам. проректора по НИРиИД, заведующий кафедрой

Цель проекта:
Задача проекта: повышение энергетической эффективности гражданского и промышленного строительства за счет разработки нового типа эффективного и одновременно дешевого теплоизоляционного материала – многослойных теплоизоляционно-декоративных стеклокомпозиционных материалов, - при одновременной утилизации золошлаковых материалов пылеугольных электростанций (ЗШМ) и стеклоотходов. Цели проекта: 1) Разработка технологии новых многослойных энергосберегающих теплоизоляционно-декоративных стеклокомпозиционных материалов для повышения эффективности теплозащиты ограждающих конструкций зданий. 2) Повышение эффективности переработки отходов пылеугольных электростанций, за счет частичной замены дефицитного сырья (стеклобоя) на золошлаковые отходы при производстве многослойных энергосберегающих теплоизоляционно-декоративных стеклокомпозиционных материалов, обеспечение уменьшения отрицательного воздействия отходов на окружающую среду и ресурсосбережение.

Основные планируемые результаты проекта:
обнаруженные взаимосвязи и закономерности).
Краткое описание основных результатов:
- аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, описывающей существующие многослойные теплоизоляционно-декоративные материалы, технологии их производства и области применения;
- отчет о патентных исследованиях;
- физико-химические исследования (количественный химический анализ, качественный рентгенофазовый анализ, гранулометрический состав, радиологические исследования) сырьевых материалов, применяемых для синтеза многослойных теплоизоляционно-декоративных стеклокомпозиционных материалов;
- составы и технологические параметры синтеза образцов многослойных теплоизоляционно-декоративных стеклокомпозиционных материалов в лабораторных условиях;
- результаты исследования зависимости реакционной и вспенивающей способности композиций органических (глицерин) и неорганических (жидкое стекло, углеродные и карбонатные материалы) поробразователей от их соотношения и свойств;
- теоретические исследования физико-химических свойств теплоизоляционного и декоративного слоев многослойных теплоизоляционно-декоративных стеклокомпозиционных материалов;
- программа и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов многослойных теплоизоляционно-декоративных стеклокомпозиционных материалов;
- технологическая инструкция для изготовления (производства) в лабораторных условиях экспериментальных образцов многослойных теплоизоляционно-декоративных стеклокомпозиционных материалов, согласно установленным требованиям: доля отходов в составе теплоизоляционного слоя продукта, не менее 70 %, в том числе: золошлаковых отходов пылеугольных электростанций – не менее 20 %, стеклоотходов – не менее 50 %; диаметр частиц сырьевых материалов, не более 150 мкм; продолжительность полного цикла производства продукта, не более 48 часов; максимальная температура производства продукта, не более 950 °С; продолжительность выдержки при максимальной температуре производства продукта, не более одного часа;
- бизнес-план производства многослойных теплоизоляционно-декоративных стеклокомпозиционных материалов;
- предложения и рекомендации по коммерциализации результатов ПНИ;
Основные характеристики планируемой продукции - экспериментальных образцов многослойных теплоизоляционно-декоративных стеклокомпозиционных материалов:
- размер плит: 350х350х(100; 150; 200) мм;
- плотность не более 500 кг/м3;
- предел прочности: при сжатии, не менее 2,5 МПа;
при изгибе, не менее 0,5 МПа;
- коэффициент теплопроводности, не более 0,12 Вт/(м•К);
- водопоглощение по объему, не более 20 %;
- паропроницаемость, не более 0,2 мг/(м•ч•Па);
- морозостойкость, не менее 50 циклов;
- группа горючести – НГ;
- значение суммарной удельной эффективной активности естественных радионуклидов Аэфф:
для вновь строящихся и реконструируемых жилых и общественных зданий при Аэфф не более 370 Бк/кг,
для возведения производственных зданий и сооружений при Аэфф свыше 370 до 740 Бк/кг, д
ля дорожного строительства вне населенных пунктов при Аэфф свыше 740 до 1500 Бк/кг;
Основные элементы научной новизны:
- впервые разработанный метод синтеза многослойных теплоизоляционных стеклокерамических материалов, отличающийся от известного метода прессования сэндвич-панелей, имеющих трёхслойную структуру из двух листов жёсткого материала (металл, ПВХ, ДВП, магнезитовая плита) и слоя утеплителя (пенополистирол, минераловатные плиты) между ними тем, что при синтезе конструкции используется термический метод соединения различных слоев материала без применения токсичного формальдегидного, полиуретанового или другого клея, а используемые материалы химически инертны, выдерживают существенные нагрузки, негорючи, отличаются высокой прочностью, морозостойкостью и долговечностью, будут разработаны параметры формирования оптимальной структуры, эксплуатационных (плотность, прочность, стойкость к воздействию различных сред и др.) и декоративных (цветовая гамма, блеск и др.) свойств многослойных теплоизоляционных стеклокерамических материалов на основе золошлаковых отходов ТЭС;
- комплексное исследование физико-механических свойств (плотность, прочность, стойкость к воздействию различных сред и др.), теплоизоляционных и декоративных свойств (цветовая гамма, блеск и др.) многослойных теплоизоляционных стеклокерамических материалов;
- разработанный авторами технологический режим влияния температурно-временных параметров синтеза на фазовый состав и структуру многослойных теплоизоляционных стеклокерамических материалов, определяющих их физико-механические, эксплуатационные и декоративные свойства.
Разрабатываемая НИР не имеет аналогов ни в России, ни за рубежом
Пути и способы достижения заявленных результатов:
- аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ, в том числе обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и российских научных журналах, монографии (не менее 15 научно-информационных источников) за период 2009–2014 гг., будет проводиться по фонду библиотеки ЮРГПУ(НПИ) и электронной базе данных Всероссийского института научной и технической информации. Результаты аналитического обзора позволят: исследовать технический уровень, выявить тенденции, обосновать прогноз развития технических решений в области создания продукции - МТДСМ; исследовать требования потребителей к продукции; обосновать конкретные требований по обеспечению эффективности применения и конкурентоспособности продукции; исследовать направления научно-исследовательской и производственной деятельности организаций и фирм, которые действуют или могут действовать на рынке МТДСМ; выполнить технико-экономический анализ и обосновать выбор технических, художественно-конструкторских решений, отвечающих требованиям создания новой продукции.
- Патентные исследования будут выполняться в соответствии с требованиями ГОСТ Р 15.011-96 по официальным базам данных Роспатента с 1993 по 2013 гг., зарубежным базам данных Европейского патентного ведомства (http://ru.espacenet.com) через сайт Федерального института промышленной собственности РФ (www.fips.ru) с выходом на национальные базы данных зарубежных стран, что позволит обосновать конкретные требования по совершенствованию существующих технологий производства многослойных теплоизоляционно-декоративных материалов или обосновать необходимость разработки новой технологии.
- В соответствии с требованиями нормативной документации будет разработана технологическая инструкция для изготовления (производства) в лабораторных условиях экспериментальных образцов многослойных теплоизоляционно-декоративных стеклокомпозиционных материалов, устанавливающая оптимальные теоретически и экспериментально обоснованные технологические параметры синтеза материалов, с учетом современных существующих технико-технологических теорий и методов в данной области.
- Для изучения процессов физико-химической переработки ЗШМ и синтеза МТДСМ будет использоваться имеющаяся уникальная приборно-аналитическая база, имеющаяся в университете и созданная в рамках программы инновационного развития вузов, развития инновационной инфраструктуры и др. программ Минобрнауки России. А именно:
а) современное высокоточное оборудование мирового уровня в лабораториях ЦКП «Нанотехнологии)» ЮРГПУ(НПИ): «Пробоподготовка», «Рентгеновские методы исследования», «Спектроскопия», «Высокотемпературный синтез»;
б) научное оборудование кафедры «Технологии керамики, стекла и вяжущих веществ» (высокотемпературные печи, аналитические и лабораторные весы, мельницы, сушильные камеры и др.).
- Программа и методики исследовательских испытаний, разработанная в соответствии с требованиями ГОСТ 2.106-96, необходима для определения соответствия или превышение заданных показателей качества экспериментальных образцов многослойных теплоизоляционно-декоративных стеклокомпозиционных материалов будут типовыми стандартизованными, что позволит оценить их соответствие действующей нормативной документации на данный вид материалов: размер плит ГОСТ EN 822-2011 и ГОСТ EN 823-2011: 350х350х(100; 150; 200) мм; плотность ГОСТ EN 1602-2011 не более 500 кг/м3; предел прочности: при сжатии ГОСТ EN 826-2011 не менее 2,5 МПа, при изгибе ГОСТ EN 12089-2011 не менее 0,5 МПа; коэффициент теплопроводности ГОСТ 7076-99 не более 0,12 Вт/(м•К); водопоглощение по объему ГОСТ EN 12087-2011 не более 20 %; паропроницаемость ГОСТ EN 12086-2011 не более 0,2 мг/(м•ч•Па); морозостойкость ГОСТ EN 12091-2011 не менее 50 циклов; группа горючести ГОСТ 30244-94 – НГ; удельная эффективная активность естественных радионуклидов Аэфф ГОСТ 30108-94 (СанПиН 2.6.1.2523-09 (НРБ-99/2009)).
- Будет разработан проект технического задания на проведение опытно-конструкторских работ по теме: «Разработка аппаратурно-технологической схемы производства многослойных теплоизоляционно-декоративных стеклокерамических материалов».
- Полученные статистические данные позволят сформулировать рекомендации и предложения по использованию результатов ПНИ в реальном секторе экономики, а также в дальнейших исследованиях и разработках, и выявить технические, художественно-конструкторские и других решения, созданные в процессе выполнения ПНИ с целью отнесения их к охраноспособным объектам интеллектуальной собственности и обосновать целесообразность правовой охраны в стране и за рубежом, выбрать страны патентования.
- Использование современного оборудования и методов диагностики позволит повысить точность и прецизионность критериев оценки производимых исследований, выполнить исследования на высоком научно-техническом уровне и обеспечить высокую конкурентоспособность результатов ПНИ. Качество выполнения ПНИ будет достигаться участием в коллективе высококвалифицированных специалистов в области производства новых материалов.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
ыми отраслями сбыта технологий, разработанных в рамках выполненной НИР, являются топливно-энергетическая и строительная промышленность. Разрабатываемые технологические и технические решения могут быть использованы для проведения опытно-конструкторских и опытно-технологических работ, направленных на создание экологически чистой конкурентоспособной строительной продукции на основе золошлаковых отходов ТЭС - многослойных теплоизоляционно-декоративных стеклокомпозиционных материалов для энергоэффективной отделки фасадов и цоколей зданий и сооружений.
Основные потребители разработанных технологий – это предприятия строительной отрасли, включая как крупные концерны по выпуску керамической фасадных панелей и плитки, такие как KM Group (бренд «Керама Марацци»), «Юнитайл» (бренд «Шахтинская плитка»), так и малые предприятия, специализирующиеся на выпуске облицовочного отделочного искусственного и натурального камня и клинкерной плитки: «Крымский известняк» ( г. Евпатороия), Крымский кирпичный завод (с. Охотниково, Сакский район), ООО «Новакам» (г. Ростов-на-Дону), ООО «Каменный век» (г. Краснодар), ООО «РокПрестиж» (г. Москва) и др.; крупные российские и зарубежные производители ячеистого стекла: «АйСиЭм Гласс Калуга» (Калужская область); «PENOSTEK» (Московская область); «Пеноситал» (г. Пермь); «Стальком-Д» (Московская область); «СТЭС» (г. Владимир); «Модис» (г. Рыбинск); «NEOBLOK» (г. Лыткарино); Pittsburgh Corning (США, Канада, Бельгия, Германия, Чехия); Lanzhou Pengfei Heat Preservation Co., Ltd (КНР); Запорожский завод строительных теплоизоляционных материалов (Украина); Гомельстекло (Беларусь); Sto AG (Германия). В частности, одним из потребителей разработанной технологии станет индустриальный партнер – Общество с ограниченной ответственностью «Малое инновационное предприятие «ВекторДон» (ООО «МИП «ВекторДон»), имеющее необходимое технологическое оборудование для производства ряда строительных материалов.
ООО «МИП «ВекторДон» имеет опыт успешной реализации не только производства строительного материала – силикатной плитки, но и выполнения инновационного проекта, финансируемого Фондом содействия малых форм предприятий в научно-технической сфере (г. Москва). Директор ООО «МИП «ВекторДон») Щучкин Д.А. в феврале 2013 года успешно защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата технических наук, является призером ХV Московского международного салона инновационных технологий и изобретений «Архимед», неоднократным финалистом Ростовского областного конкурса рационализаторов и изобретателей.
Динамично развивающее предприятие «ВекторДон» является активным участником архитектурно-строительных выставок и форумов, как Ростовской области, таких как Выставки строительных технологий и материалов «СТИМ-Экспо» на базе выставочного комплекса «Роствертол», так и Южного федерального округа, таких как Международные архитектурно-строительные выставки YugBuild на базе «Кубань ЭКСПОЦЕНТР». Предприятие готово финансировать изготовление выставочного макета, рекламной продукции, оплату организационных взносов, издание докладов и монографии, а также экспонировать в составе экспозиции предприятия образцы новой разработанной строительной продукции.

Текущие результаты проекта:
- Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ.
- Проведены патентные исследования.
- Обоснован выбор направлений исследований, методов и средств повышения эффективности теплозащиты многослойных ограждающих стеновых конструкций (панелей) зданий.
- Проведены физико-химические исследования (качественный рентгенофазовый анализ, радиологические исследования) сырьевых материалов, применяемых для синтеза многослойных теплоизоляционно-декоративных стеклокомпозиционных материалов.
- Проведена сравнительная оценка вариантов возможных решений исследуемой проблемы.
- Рассчитаны составы и подобраны технологические параметры синтеза образцов многослойных теплоизоляционно-декоративных стеклокомпозиционных материалов в лабораторных условиях.
- Проведены обзор и выбор оптимальных вариантов наружного декоративного слоя многослойных теплоизоляционно-декоративных стеклокомпозиционных материалов.
- Проведен аналитический обзор низкотемпературных силикатных связующих композиций для соединения теплоизоляционного и декоративного слоев многослойных теплоизоляционно-декоративных стеклокомпозиционных материалов