Регистрация / Вход
Прислать материал

14.574.21.0124

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.574.21.0124
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова"
Название доклада
Разработка ресурсосберегающей технологии многослойных теплоизоляционно-декоративных стеклокомпозиционных материалов для строительства энергоэффективных зданий
Докладчик
Яценко Елена Альфредовна
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цели проекта:
- разработка технологических решений для создания новых многослойных энергосберегающих теплоизоляционно-декоративных стеклокомпозиционных материалов (МТДСКМ) для повышения эффективности теплозащиты ограждающих конструкций зданий;
- повышение эффективности переработки отходов ТЭС, за счет частичной замены дефицитного сырья (стеклобоя) на золошлаковые отходы (ЗШО) при производстве МТДСКМ, обеспечение уменьшения отрицательного воздействия ЗШО на окружающую среду и ресурсосбережение.
Задачи проекта:
- физико-химические исследования ЗШО и анализ возможности использования их в качестве сырьевого компонента при производстве вспомогательных ячеистых стекломатериалов, применяемых для изготовления МТДСКМ;
- расчет составов и подбор оптимальных технологических режимов синтеза разрабатываемых материалов: стеклогравия искусственного пористого, теплоизоляционных плит из ячеистого стекла, конструкционно-теплоизоляционного легкого бетона и изготовление из них МТДСКМ;
- выбор наружных декоративных покрытий, низкотемпературных силикатных связующих композиций для соединения слоев МТДСКМ;
- синтез экспериментальных образцов материалов и проведение исследовательских испытаний для оценки их соответствия ГОСТ;
- технико-экономическая оценка результатов: разработка технологической схемы и подбор оборудования для промышленного производства МТДСКМ, разработка бизнес-плана и ТЗ на ОКР, маркетинговые исследования;
- подготовка технических требований и предложений по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера.
Актуальность и новизна исследования
В современном мире вопросы эффективного использования энергии приобретают все большую актуальность, а снижение затрат энергии за счет повышения эффективности строительной теплоизоляции играют важную роль в решении задачи энергосбережения. Минимизации тепловых потерь через ограждающие конструкции зданий и сооружений – один из важнейших путей экономии топливно-энергетических ресурсов. Россия располагает масштабным недоиспользуемым потенциалом энергосбережения в ЖКХ, который по способности решать проблему обеспечения экономического роста страны сопоставим с приростом производства всех первичных энергетических ресурсов. Строительная промышленность нуждаются в эффективных конструкционных и вспомогательных функциональных материалах, обеспечивающих надежное функционирование ограждающих стеновых конструкций, энергоэффективность, экологическую и пожарную безопасность, высокое качество микроклимата помещений.
Научная новизна результатов проекта заключается в разработке технологических основ синтеза новых составов ячеистых стекломатериалов с использованием золошлаковых смесей и бытовых стеклоотходов, а также оригинальных композиций первичных и вторичных порообразователей для получения равномерной пористой структуры стекломатериалов, в теоретическом обосновании и экспериментальном подтверждении зависимостей влияния соотношения и видов сырьевых компонентов шихты и порообразователей на технологические, физико-химические и эксплуатационные свойства синтезируемых материалов.
Описание исследования

В ходе проведения ПНИ по разработке ресурсосберегающей технологии многослойных теплоизоляционно-декоративных стеклокомпозиционных материалов для строительства энергоэффективных зданий:

- проведен статистический анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации по официальным базам данных Роспатента с 30.11.1994 г. по 12.04.2016 г., зарубежным базам данных Европейского патентного ведомства (http://ru.espacenet.com) через сайт Федерального института промышленной собственности РФ (http://www1.fips.ru) с выходом на национальные базы данных зарубежных стран, поисковая система PATENTSCOPE, по фонду библиотеки ФГБОУ ВО «ЮРГПУ(НПИ) имени М.И. Платова» и электронной базе данных Всероссийского института научной и технической информации – РЖ ВИНИТИ, результатом чего являются аналитический обзор научных и информационных источников, описывающих существующие многослойные теплоизоляционно-декоративные материалы, технологии их производства и области применения; обоснование выбора направлений исследований, методов и средств повышения эффективности теплозащиты многослойных ограждающих стеновых конструкций (панелей) зданий; обзор и выбор оптимальных вариантов наружного декоративного слоя МТДСКМ; аналитический обзор низкотемпературных силикатных связующих композиций для соединения теплоизоляционного и декоративного слоев МТДСКМ; сравнительная оценка вариантов возможных решений исследуемой проблемы; отчет о патентных исследованиях, 3 заявки на получение патентов РФ на изобретение;

- с использованием количественного химического анализа, качественного рентгенофазового анализа, спектрометрических исследований суммарной удельной эффективной активности естественных радионуклидов получены результаты физико-химических исследований сырьевых материалов, применяемых для синтеза МТДСКМ;

- результаты расчета составов, теоретических исследований физико-химических свойств теплоизоляционного и декоративного слоев МТДСКМ и подбора технологических параметры синтеза экспериментальных образцов МТДСКМ в лабораторных условиях получены с применение аддитивного метода расчета физико-химических свойств стекломатериалов по их химическому составу и метода электроаналогии для теоретического расчета прогнозируемой теплопроводности легких бетонов как системы;

- применение стандартизированных методик испытаний строительных материалов по ГОСТ в соответствии с разработанной программой и методиками исследовательских испытаний экспериментальных образцов МТДСКМ ПДБК.583127.001ПМ позволило получить результаты экспериментальных исследований зависимости реакционной и вспенивающей способности композиций органических (глицерин) и неорганических (жидкое стекло, углеродные и карбонатные материалы) поробразователей от их соотношения и свойств; результаты исследовательских испытаний экспериментальных образцов МТДСКМ; результаты определения по ГОСТ 310.3-76 равномерности изменения объема декоративного слоя экспериментальных образцов МТДСКМ;

- результаты исследований по планированию и оптимизации технологических параметров синтеза экспериментальных образцов МТДСКМ получены с применением статистических методов планирования эксперимента;

- посредством применения спектрофотометрии определены спектрофотометрические характеристики декоративного слоя экспериментальных образцов МТДСКМ;

- методами системного подхода к анализу результатов экспериментальных и теоретических исследований получены промежуточные отчеты ПНИ, опубликовано 5 статей в научных журналах, индексируемых в базе данных Scopus или в базе данных "Сеть науки" (WEB of Science);

- разработаны программа и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов МТДСКМ; методика расчета и обоснования эффективности применения МТДСКМ в гражданском и промышленном строительстве; эскизная конструкторская документация на экспериментальный образец;

- получены экспериментальные образцы МТДСКМ.

Результаты исследования

В результате выполнения проекта разработаны технологические основы производства теплоизоляционных строительных материалов на основе ЗШО и бытовых стеклоотходов: стеклогравий искусственный пористый (ЗШО – 20 мас. %, вспенивание при 820 °С, насыпная плотность – 200 кг/м3, теплопроводность – 0,06 Вт/(м·К), прочность – 0,7 МПа), теплоизоляционные плиты из ячеистого стекла (ЗШО – 50 мас. %, вспенивание при 870 °С, плотность – 450 кг/м3, теплопроводность – 0,087 Вт/(м·К), прочность: на сжатие – 1,3 МПа, на изгиб – 0,4 МПа), конструкционно-теплоизоляционный легкий бетон (плотность – 545 кг/м3, теплопроводность – 0,166 Вт/(м·К), прочность на сжатие – 1,35 МПа), из которых изготовлены МТДСКМ (коэффициент теплопроводности – 0,14 Вт/(м·К)) - трехслойные ограждающие конструкции по ГОСТ 31310-2005. Установлены принципы комбинаторного синтеза шихт, разработаны технологические режимы производства МТДСКМ, получены новые составы и знания о структуре и свойствах ячеистых стекломатериалов на основе ЗШО, определяющие их физико-механические, эксплуатационные и декоративные свойства. В рамках проекта изготовлены экспериментальные образцы материалов и проведены исследовательские испытания, показавшие их соответствие заявленным физико-механическим характеристикам и действующей нормативной документации (ГОСТ). Разработанные МТДСКМ обеспечивают требуемые значения термического сопротивления согласно СП 50.13330.2012, соответствуют санитарно-гигиеническим требованиям, долговечны (срок службы не менее 100 лет), негорючие (группа горючести – НГ по ГОСТ 30244-94), устойчивы к химическим и биологическим воздействиям, позволяют обеспечить требуемые параметры микроклимата в здании.

Полученные в рамках проекта результаты дополняют мировые и отечественные научные исследования в области совершенствования технологии ячеистого стекла (пеностекла). В мире накоплен значительный научный и практический опыт получения ячеистого стекла с использованием природного и техногенного сырья, главные недостатки которого - высокая себестоимость и дефицит вторичного стеклобоя или стеклогранулята. В проекте предложено использовать различные виды бытовых стеклоотходов и ЗШО, близкие по структуре и свойствам к силикатным стеклам. Проведенные исследования показали, что замена в шихте при производстве ячеистого стекла значительной части стеклобоя (до 50 %) на ЗШО, за счет использования модификаторов и плавней, позволяет получать материалы, которые не уступают по качеству и свойствам традиционному пеностеклу, получаемому из стеклобоя, но их себестоимость снижается не менее чем на 20 %. Данное решение позволяет наряду с решением ресурсной задачи улучшить сложившуюся в России экологическую ситуацию в области переработки отходов.

Выполненные исследования в полной мере позволили решить поставленные цели и задачи проекта и получить результаты, соответствующие существующим научным концепциям в данной области, подтвержденные многосторонними экспериментальными и теоретическими данными.

Практическая значимость исследования
Результаты ПНИ могут быть использованы для проведения ОКР, направленных на создание высокотехнологичного производства теплоизоляционно-декоративных стеклокомпозиционных стеновых панелей с декоративным покрытием. Область применения МТДСКМ - наружные ограждающие стеновые конструкции жилых, общественных и производственных зданий, в т.ч. тепловая изоляция и декоративная отделка цоколей и фасадов зданий. Разрабатываемые МТДСКМ представляют собой трехслойные стеновые панели, соответствующие требованиям ГОСТ 31310-2005, в которых в качестве среднего теплоизоляционного слоя применены плиты из ячеистого стекла, а в качестве внутреннего и наружного слоев – конструкционно-теплоизоляционный легкий бетон, в котором в качестве заполнителя применен стеклогравий искусственный пористый. Наружный слой МТДСКМ предусматривает три типа декоративного покрытия: фасадная керамическая плитка, декоративный бетон с каменной крошкой и декоративная штукатурка.
Основные потребители разработанных технико-технологических решений - домостроительные комбинаты и предприятия строительной отрасли, выпускающие панели стеновые трехслойные железобетонные с эффективным утеплителем по ГОСТ 31310-2005 или теплоизоляционные ячеистые стекломатериалы – гранулированное и блочное пеностекло, а также энергогенерирующие компании, заинтересованные в переработке накопившихся и образующихся золошлаковых отходов, в частности, угольные электростанции Ростовской области: Новочеркасская ГРЭС и Экспериментальная ТЭС.
Предложенные технологические решения позволят: расширить спектр синтезируемых теплоизоляционных материалов на основе промышленных отходов, снизив себестоимость продукции; минимизировать техногенное воздействие энергетической промышленности на окружающую среду; сократить расходы на содержание отходов на полигонах и отвалах; расширить сырьевую базу стройиндустрии, обеспечив производство источником дешевого и прошедшего энергоемкую термическую обработку сырья.