Информация об идее

Название идеи:  Инновационная технология производства эффективного ячеистого теплоизоляционного стекломатериала с уникальным комплексом свойств

Краткое описание:  1. Цели проекта - разработка технологии и выбор оборудования для промышленного производства эффективного энерго- и ресурсосберегающего ячеистого теплоизоляционного стекломатериала, обладающего уникальным комплексом теплофизических и эксплуатационных свойств, обширной областью применения и высоким экономическим потенциалом дальнейшего внедрения в производство; - анализ возможности снижения себестоимости разрабатываемого ячеистого теплоизоляционного стекломатериала без ухудшения свойств за счет оптимизации технологических режимов производства и замены дорогостоящих сырьевых компонентов шихты на алюмосиликатные промышленные отходы Ростовской области – золошлаковые отходы Новочеркасской ГРЭС; - физико-химические исследования золошлаковых отходов Новочеркасской ГРЭС для повышения эффективности их переработки и обеспечения уменьшения отрицательного воздействия отходов на окружающую среду и ресурсосбережение; - формирование технологической базы для ликвидации накопленного ранее экологического ущерба с целью обеспечения экологической безопасности крупных энергетических предприятий Ростовской области; - ликвидация отставания развития отечественных строительных технологий от мирового уровня, обеспечение их конкурентоспособности на глобальных и национальных рынках. 2. Актуальность проекта В настоящее время во всех федеральных округах РФ наблюдается устойчивой рост накопления золошлаковых отходов (ЗШО) в золоотвалах угольных электростанций: ежегодное образование ЗШО в России – более 30 млн. тонн, объем накопленных ЗШО в отвалах – более 1,1 млрд. тонн (238 секций золоотвалов общей площадью 28 тысяч гектаров), 115 из 135 действующих угольных ГРЭС и ТЭЦ России исчерпали емкости золоотвалов, у остальных станций предельный срок эксплуатации не превышает 10 лет, утилизируется и используется около 15 % ежегодного выхода. Сохранение данной тенденции ведет к опасному загрязнению окружающей среды, нерациональному использованию природных ресурсов, значительному экономическому ущербу и чревато серьезными экологическими проблемами, представляющими реальную угрозу здоровью современных и будущих поколений страны: с учетом предполагаемого роста угольной генерации к 2030 году (в 1,5 раза по сравнению с уровнем 2010 года) ожидается, что ежегодный выход ЗШО на угольных ТЭС России составит не менее 35 млн. тонн, как следствие, объем накопленных золошлаковых отходов к 2020 г. может превысить 1,3 млрд. тонн, а к 2030 г. – 1,5 млрд. тонн. Необходимо отметить, что уровень экологической нагрузки на российскую экономику пока значительно ниже, чем в развитых странах. Экономический подъем при сохранении современного уровня негативного воздействия и непринятии мер по сокращению накопленного экологического ущерба может привести к дальнейшему обострению экологических проблем. Кроме проблемы переполнения золоотвалов и роста затрат на их содержание, для генерирующих компаний России определенным стимулом заниматься утилизацией ЗШО является фактор снижения себестоимости производства энергии (оптимизации производственных расходов). Дополнительной мотивацией являются риски возрастания экологических платежей: с учетом устойчивой тенденции ужесточения экологического законодательства во всем мире себестоимость обращения с ЗШО будет продолжать расти. В мировой практике существует положительный опыт применения ЗШО, так в 2010 г. на угольных электростанциях Европейского Союза было выработано более 36 млн. тонн ЗШО, из которых: более 50 % использовано при рекультивационных и ландшафтных работах, 40 % - как сырье для производства строительных материалов; 3,5 % - дорожном строительстве и лишь 6,5 % отправлено в отвалы. Передовыми странами в вопросе использования ЗШО являются: Китай, Индия, Германия, Польша, Япония и другие страны. В Китае в 2012 г. выработано 489 млн. тонн ЗШО, из которых 30 % использовано при производстве строительных материалов – цемент, бетон, газобетон и т.п.; 14 % в дорожном строительстве, 10 % в сельском хозяйстве и 10 % в рекультивационных и ландшафтных проектах. В Индии, где уголь доминирует в топливном балансе страны, с 1991 г. начато широкомасштабное внедрение практики полезного использования ЗШО угольных электростанций. Вследствие этого, использование летучей золы выросло до 100 млн. тонн в 2011 г. (по сравнению с 1 млн. тонн в 1994 г.). Правительством Индии сформулирована амбициозная цель – обеспечить 100 % полезное применение ЗШО текущего выхода, начиная с 2025 г. В России ситуация с утилизацией ЗШО отличается кардинально. Так, например, образующиеся на предприятиях топливно-энергетического комплекса Ростовской области золошлаковые отходы размещаются на золоотвалах общей площадью более 250 га, на которых размещено более 40 млн. тонн отходов. Наибольший вклад в образование золошлаковых отходов вносит Новочеркасская ГРЭС. Ежегодное образование золошлаковых отходов на Новочеркасской ГРЭС составляет порядка 800 тыс. тонн, а это более 10 % от объемов, ежегодно образующихся в области промышленных отходов. При этом на предприятиях стройиндустрии в качестве вторичных ресурсов используется лишь незначительная часть (10-15 %) образующихся ЗШО. Данный пример не единственный, такая же ситуация с отходами распространена на всей территории России. Золошлаковые отходы (зола-уноса и шлак) образуются в результате термохимических превращений неорганической части твердых топлив и различаются по химическому, гранулометрическому и минералогическому составу, физическим свойствам в зависимости от вида угля и его месторождения, а также от технологии сжигания твердого топлив на ТЭС [1]. Золошлаковые отходы большинства видов топлива на 98-99 % состоят из свободных и связанных в химические соединения оксидов кремния, алюминия, железа, кальция, магния, калия, натрия, титана, серы [1]. Химический состав золошлаков может колебаться в значительных пределах при сжигании одного и того же топлива на ТЭС, однако в среднем химический состав в течение длительного периода времени можно считать достаточно стабильным для практического применения [1]. В отличие от золы-уноса, шлак образуется при более высоких температурах (1300-1700 градусов Цельсия), практически не содержит механического недожога (несгоревших угольных частиц) и характеризуется большей однородностью, содержание стекловидной фазы составляет 85-98 % [1]. При пылевидном сжигании твердых топлив на ТЭС шлаки составляют 10-25 % от массы образуемых золошлаковых отходов. Кроме того, при совместном удалении гидро- или пневмотранспортом на золоотвал золы-уноса и шлака образуется третий вид отходов – золошлаковая смесь. Главным направлением снижения негативного влияния золошлаковых отходов на окружающую среду является сокращение объемов, поступающих на захоронение в отвалы за счет извлечения и возврата во вторичный оборот материальных ресурсов. Проблема масштабного использования золошлаковых отходов, образующихся на угольных ГРЭС и ТЭЦ в России, не решена до сих пор. Известно более 300 технологий утилизации и переработки ЗШО, однако масштабного промышленного внедрения данных технологий не произошло [2]. С точки зрения рационального природопользования золошлаковые отходы представляет собой добытое из недр земли, перемещенное на другую территорию и недоиспользованное сырье, способное обеспечить многие нужды строительной промышленности. Золошлаковые отходы являются ценным сырьевым материалом, прошедшим первичную термическую обработку и способные заменить природное сырье в производстве широкого спектра строительных силикатных материалов (вяжущие вещества, бетоны, пеностекло, искусственные заполнители, гравий, силикатные строительные смеси, керамические изделия, силикатный кирпич, пенобетон и др.). Из наиболее крупных примеров использования золы-уноса в России необходимо отметить: Рефтинский завод газозолобетонных изделий (ООО «ПСО «Теплит») был организован в 1989 г. как непрофильное подразделение Рефтинской ГРЭС с целью переработки золы-уноса, мощность завода - 145 тыс. куб. м. твинт-блоков (ячеистый бетон) в год. Более 40 лет зола-уноса и золошлаковая смесь из золоотвала ТЭЦ-1 г. Ангарска успешно поставляется ЗАО «Иркутскзолопродукт» для производства цемента на АО «Ангарскцемент», мощность завода составляет 1 млн. 211 тыс. тонн цемента в год. ООО «ЭКО-Золопродукт» с создания в 2008 года прошла путь от небольшой фирмы, реализующей золу и золошлаковую смесь региональным потребителям, до одного из основных операторов рынка Центрального, Южного и Уральского регионов с объемом реализации около 200 тысяч тонн золошлаковых продуктов в год. Проведенные исследования показали, что получение на основе золошлаковых отходов вспененных теплоизоляционных материалов (аналога пеностекла) является одним из наиболее перспективных и экономически выгодных направлений использования ЗШО и позволит решить, как задачу масштабной утилизации отходов, так и значительного удешевления сырьевой составляющей пеностекла. В связи с чем, многие исследователи изучают возможность синтеза пеностекла и изделий на его основе с применением различных видов отходов, с целью расширения сырьевой базы и удешевления данного строительного материала [2, 3]. Пеностекло (вспененное стекло, ячеистое стекло) - теплоизоляционный материал, представляющий собой вспененную стекломассу. Для изготовления пеностекла используется способность силикатных стёкол размягчаться и (в случае наличия газообразователя) пениться при температурах 800-1000 градусов Цельсия [4, 5]. Пеностекло (ячеистое стекло, вспененное стекло) обладает уникальным комплексом теплофизических и эксплуатационных свойств: хорошей тепловой защитой (коэффициент теплопроводности – 0,055-0,120 Вт/(м*К), средняя плотность – 150-500 кг/м3, предел прочности при сжатии – 0,5-5,5 МПа); пожарной безопасностью (группа горючести НГ по ГОСТ 30244-94); широким диапазоном температурного применения (от минус 196 до плюс 500 градусов Цельсия); химической инертностью (высокой стойкостью к воздействию кислот и химически активных веществ, не вызывает коррозионного разрушения металлоконструкций); паро- и влагонепроницаемый материал; не является средой для развития микроорганизмов (бактерий, плесневых грибов и др.), устойчиво к воздействию грызунов и насекомых; безопасно для живых организмов и окружающей среды (не выделяет токсичных веществ); долговечно (срок службы – не менее 100 лет, что соответствует сроку службы зданий и сооружений) [5]. Пеностекло имеет обширную область применения, на его основе можно получать различные строительные изделия: теплоизоляционные плиты, конструкционно-теплоизоляционные блоки, заполнитель (гравий, щебень), формованные изделия для теплоизоляции трубопроводов, технологического оборудования и резервуаров, а также других поверхностей. Плиты из пеностекла обладают отличными монтажно-конструкционными свойствами: для монтажа изделий из ячеистого стекла не требуется сооружать специальных систем опор крепления, паро- и водонепроницаемую защиту; оно легко подвергается механической обработке [5]. Главный недостаток пеностекла – высокая стоимость в сравнении с полимерными и волокнистыми теплоизоляционными материалами, обусловленная технологическими особенностями его производства, в том числе зависимостью от поставок дефицитного и дорогостоящего стеклобоя, вторичный сбор и сортировка которого в России практически отсутствует. В России решением вопросов ресурсосбережения и снижения стоимости пеностекла за счет использования алюмосиликатных техногенных отходов занимаются научные группы Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова (Н.И. Минько, О.В. Пучка и др.) [6, 7], Национального исследовательского Томского политехнического университета (О.В. Казьмина, В.И. Верещагин и др.) [8, 9], Пермского национального исследовательского политехнического университета (Я.И. Вайсман, А.А. Кетов и др.) [10], Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления (Д.Р. Дамдинова, В.Е. Павлов и др.) [11], Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) им. М.И. Платова (В.А. Смолий, Е.А. Яценко, А.С. Косарев и др.) [12, 13] и др. В представленных публикациях [6-13] в качестве основного направления решения сырьевой задачи предложено использовать различные виды бытовых и промышленных отходов близких по структуре и свойствам к силикатным стеклам, например, золошлаковые отходы тепловых электростанций. Основное направление исследований в странах с отлаженной системой сбора вторичного стеклобоя (бытового и промышленного), например, Германии, Франция и др. – совершенствование технологии производства пеностекла за счет применения механизмов, позволяющих снизить энергоемкость и себестоимость его производства, улучшить качество продукции. В странах, имеющих дефицит стеклобоя, практика сбора и обогащения которого не может в полной мере обеспечить развитие промышленных технологий производства пеностекла, но имеются большие запасы техногенных отходов, которые могут быть использованы в качестве альтернативного стеклобою сырья, научные исследования посвящены разработке технологических процессов получения материалов-аналогов близких пеностеклу, в том числе с некоторым содержание в структуре кристаллической фазы, к таким странам можно отнести Китай, Индию, Турцию, Италию, Украину и др. Работы, посвященные утилизации золошлаковых отходов при синтезе пеностекла встречаются крайне редко. Из наиболее близких можно выделить работы следующих коллективов: - США, Vitreous State Laboratory, Catholic University of America. Использование золы при производстве плитного пеностекла [14]; - Китай: сотрудники Сианьского университета (State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, Xi’an Jiaotong University) [15], Китайского университета геонаук (School of Materials Science and Technology, China University of Geosciences) [16] и Центрального Южного университета (School of Materials Science and Engineering, Central South University) [17] занимаются получением пеностекла на основе стеклобоя и золы-уноса; - Германия, Университет им. Фридриха Шиллера, Институт материаловедения и технологии (Friedrich Schiller University, Institut of Materials Science and Technology). Использование золы-уноса и стеклоотходов в производстве стеклокерамических композитов [18]; Технический университет Эйндховена. Производство пеностекла на основе золы-уноса [19]; - Португалия, г. Авейро, Университет Авейро, кафедра технологии керамики и стекла – Х. Фернандес, Д. Туляганов, Дж. Феррейра. Получение и исследование вспененных материалов, полученных на основе листового стекла и золы-уноса с использованием карбоната как пенообразователя [20]; - Турция, Университет Сакарья (Sakarya University, Engineering Faculty, Department of Metallurgical and Materials Engineering). Получение пеностекла на основе золы-уноса и различных видов бытовых стеклоотходов [21]; - Италия, г. Падуя, Университет Падуя, кафедра промышленной инженерии - Инес Понсо, Энрико Бернардо. Самоглазирующаяся стеклокерамическая пена на основе металлургического шлака и переработанного стекла [22]; - Украина, Украинский государственный химико-технический университет. Производства ячеистых стеклокристаллических материалов на основе природных и техногенных сырьевых ресурсов [23]. Список использованных источников: 1. Состав и свойства золы и шлака ТЭС: справочное пособие / В.Г. Пантелеев, Э.А. Ларина, В.А. Мелентьев и др.; Под ред. В.А. Мелентьева. – Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1985. – 288 с. 2. Строительные материалы из отходов промышленности : учебно-справочное пособие / Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин. - Ростов н/Д : Феникс, 2007. - 368 с. 3. Высокоэффективные теплоизоляционные стеклокомпозиты на основе техногенного сырья. Плазмохимические методы нанесения покрытий на поверхность пеностекла : монография / О.В. Пучка, С.В. Сергеев, Н.В. Калашников ; М-во образования и науки Российской Федерации, Белгородский гос. технологический ун-т им. В.Г. Шухова. - Белгород : Изд-во БГТУ, 2013. - 186 с. 4. Демидович Б.К. Пеностекло. Минск: Наука и техника, 1975. - 248 с. 5. Пеностекло (производство и применение) / Ф. Шилл: пер. с чеш. канд. техн. наук Г. М. Матвеева. - М. : Изд-во литературы по строительству, 1965. – 307 с. 6. Минько Н.И., Пучка О.В., Степанова М.Н. Перспективы развития технологии и производства и применения пеностекла // Стекло мира. - 2011. - № 1. - С. 61-62. 7. Минько Н.И., Кузьменко А.И. Стеклокристаллическое пеностекло из шлаков // Стекло мира. - 2011. - № 3. - С. 78-79. 8. Kaz’mina O.V., Vereshchagin V.I. Physicochemical modeling of composition of foam glass-crystal materials // Glass Physics and Chemistry. - 2015. - Т. 41, № 1. - Pp. 122-126. 9. Казьмина О.В., Кузнецова Н.А., Верещагин В.И., Казьмин В.П. Получение пеностекольных материалов на основе золошлаковых отходов тепловых электростанций // Известия Томского политехнического университета. - 2011. - Т. 319, № 3. - С. 52-56. 10. Vaisman Y.I., Ketov A.A., Ketov P.A. The scientific and technological aspects of foam glass production // Glass Physics and Chemistry. - 2015. - Т. 41, № 2. - Pp. 157-162. 11. Дамдинова Д.Р., Зонхиев М.М., Беппле Р.Р. Пеностекло на основе стеклобоя и высококристаллических горных пород // Научное обозрение. - 2015. - № 8. - С. 191-197. 12. Смолий В.А., Косарев А.С., Яценко Е.А., Гольцман Б.М. Разработка технологии производства эффективного энергосберегающего ячеистого теплоизоляционного строительного стекломатериала // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки. - 2015. - № 4 (185). - С. 128-132. 13. Косарев А. С., Смолий В. А., Яценко Е. А., Гольцман Б. М. Технологические особенности получения ячеистого стекла, применяемого в качестве теплоизоляционного слоя в силикатном многослойном композиционном теплоизоляционно-декоративном материале // Техника и технология силикатов. - 2016. - № 4. - С. 2-7. 14. Hojaji H. Development of foam glass structural insulation derived from fly ash // Materials research society. – 1989. – Vol. 136. – Pp. 185-206. 15. Jianguang Bai, Xinghua Yang, Shaochun Xu, Wenjia Jing, Jianfeng Yang. Preparation of foam glass from waste glass and fly ash // Materials Letters. – 2014. – Vol. 136. – Pp. 52–54. 16. Yuxi Guo, Yihe Zhang, Hongwei Huang, Pan Hu. Effect of heat treatment process an the preparation of foamed glass ceramic from red mud and fly ash // Applied Mechanics and Materials. – 2014. – Vols. 670-671. – Pp. 201-204. 17. Bo Chen, Zhiwei Luo, Anxian Lu. Preparation of sintered foam glass with high fly ash content // Materials Letters. - 2011. – Vol. 65, Issues 23–24. – Pp. 3555-3558. 18. Bianka Mangutova, Biljana Angjuseva, Darko Milosevski, Emilija Fidancevska, Jorg Bossert, Milosav Milosevski. UTILISATION OF FLY ASH AND WASTE GLASS IN PRODUCTION OF GLASS-CERAMICS COMPOSITES //Bulletin of the Chemists and Technologists of Macedonia. - 2004. - Vol. 23, No. 2. - Pp. 157-162. 19. Arjen Christian Steiner. Foam glass production from vitrified municipal waste fly ashes (ISBN 978-90-386-2748-9). 20. Fernandes H.R., Tulyaganov D.U., Ferreira J.M.F. Preparation and characterization of foams from sheet glass and fly ash using carbonates as foaming agents // Ceramics International. – 2009. – V. 35. - № 1. – P. 229-235. 21. Ediz Ercenk, Gunhan Bayrak, Senol Yilmaz, Volkan Gunay. Glass Foams Containing Fly Ash And Sheet Glass By Adding Calcite As Foaming Agent // режим доступа: http://eprints.ibu.edu.ba/1258/1/16.%20Glass%20Foams%20Containing%20Fly%20Ash%20And%20Sheet%20Glass%20By%20Adding%20Calcite%20As%20Foaming%20Agent.pdf. 22. Ines Ponsot, Enrico Bernardo. Self-glazed glass ceramic foams from metallurgical slag and recycled glass // Journal of Cleaner Production. – 2013. – Vol. 59. – P. 245-250. 23. Nikitin S., Kol’tsova Y., Beliy Y. Production of porous glass-crystalline materials using different types of natural and recycled resources // Journal of Chemical Technology and Metallurgy. -2013. – Vol. 48. - No. 4. – Pp. 396-405. 3. Описание технологии Пеностекло (ячеистое стекло, вспененное стекло) - теплоизоляционный материал, представляющий собой вспененную стекломассу, для его изготовления используется способность силикатных стекломатериалов размягчаться и (в случае наличия порообразователя) пениться при температурах 800-1000 °С. По мере нарастания вязкости при охлаждении вспененной стекломассы до комнатной температуры получившаяся пена приобретает существенную механическую прочность. Первым в мире о пеностекле как о строительном материале упомянул академик И.И. Китайгородский на Всесоюзной конференции по стандартизации и производству новых эффективных материалов, проходившей в Москве в 1932 году. Первые производства в СССР были созданы еще до второй Мировой войны. Всего в СССР действовали 4 таких производства. В 1972 году мощность советских заводов составляла 105 000 м3 пеностекла в год. В первую очередь, благодаря своим уникальным характеристикам, на пеностекло обратила внимание военно-промышленная отрасль. В СССР пеностекло широко использовалось в военно-морском флоте - на подводных лодках, в конструкциях понтонов, в военных кораблях. Так же материал использовали при строительстве стратегических военных сооружениях и конструкциях (ракетные шахты, военные склады и т.д.). В промышленном строительстве материал использовали достаточно широко, но в узкоспециализированных целях - для теплоизоляции на крупных электростанциях (в том числе на АЭС), на агрессивных химических производствах. Стоит отметить, что в ограждающих конструкциях на АЭС использовался единственный безопасный во всех отношениях теплоизоляционный материал - пеностекло. В силу относительно низких характеристик и дороговизны советского пеностекла в массовом гражданском строительстве материал не использовался. Однако во многих важных гражданских зданиях в качестве теплоизоляции все-таки использовали пеностекло. Вскрытие конструкций ряда зданий в Москве, где использовали пеностекло, показало, что материал за 65 лет не изменился. Исследования пеностекла в лаборатории НИИ Строительной физики РААСН показали, что целостность материала, значение теплопроводности, прочности и другие параметры не изменились за такой большой период эксплуатации. В 30-х годах во Франции была изобретена технология изготовления пеностекла, получившего известное и сегодня наименование Foamglas, которое позднее запатентовала американская корпорация Pittsburg Corning. В 1942 году в США компания PITTSBURGH CORNING запустила первый завод по серийному производству изделий из пеностекла. Американцы добились высокого качества при относительно низкой себестоимости. Впервые бетонные плиты с теплоизоляционной прослойкой из пеностекла были применены в 1946 г. при строительстве одного из зданий в Канаде. Этот опыт оказался настолько удачным, что материал сразу же получил всеобщее признание как долговечная изоляция для кровли, перегородок, стен и полов для всех видов построек. Производство пеностекла в Европе было освоено в 1965 году в Бельгии, где был запущен первый завод европейского филиала компании – Pittsburg Corning Europe. В 60-х годах Япония, а в 80-х и Китай освоили технологию производства пеностекла, и сейчас в этих странах несколько крупных производителей. В 1954 году на базе Гомельского стекольного завода запустили производство, которое успешно работает и поныне. Официальным представителем предприятия в России является компания «Прогрессивные строительные технологии». В настоящее в России, его производят в незначительном количестве и только на экспериментальных линиях Перми, Владимира, Омска, Калуги. Широко представлены дистрибьюторы китайских и других зарубежных производителей. Смолий В.А. в соавторстве с проф., д.т.н. Яценко Е.А., к.т.н. Гольцманом Б.М. и Косаревым А.С. разработала технологии производства следующей строительной продукции из ячеистого теплоизоляционного стекломатериала на основе промышленных отходов Ростовской области - золошлаковых отходов Новочеркасской ГРЭС и стеклобоя АО фирма «Актис»: заполнитель пористый для легких бетонов, теплоизоляционные плиты и конструкционно-теплоизоляционные блоки. Разработанные авторами технологии производства продукции из ячеистого теплоизоляционного стекломатериала в лабораторных условиях предусматривали следующие основные технологические стадии: взвешивание и раздельное измельчение (помол) сырьевых материалов в шаровой мельнице; смешение компонентов шихты и порообразователя согласно разработанному рецепту (приготовление стеклопорошка); гомогенизацию и механическую активацию шихты в шаровой мельнице; грануляцию шихты (приготовление полуфабриката-гранулята) в пресс-грануляторе – для производства заполнителя пористого или брикетирование шихты в формы – для производства теплоизоляционных плит (250х250х60 мм) и конструкционно-теплоизоляционных блоков (250х150х150 мм); загрузку полуфабриката-гранулята или форм в муфельную электропечь для двухступенчатой термической обработки: вспенивания (порообразования) при 800-900 °С и стабилизации структуры (отжиг) при 600 °С. В результате нагрева до 800-900 °С частицы шихты размягчаются до вязко-жидкого состояния, а порообразователь окисляется с образованием газообразных СО2 и СО, которые и вспенивают стекломассу. Процесс газообразования достаточно сложен, малоизучен и не ограничивается только реакцией окисления углерода кислородом воздуха, более важную роль играют окислительно-восстановительные процессы взаимодействия углерода с компонентами стекломассы, кроме того, введение в шихту золошлаковых отходов, содержащих механический и химический недожог твердого топлива, усложняет физико-химические процессы термопластичного спекания и структурообразования дисперсных силикатных систем Составы исходных шихт (рецепты) для производства опытных образцов ячеистых стекломатериалов: а) заполнителя пористого для легких бетонов: золошлаковые отходы Новочеркасской ГРЭС – 20 мас. %, смесь стеклобоя АО фирмы «Актис» марок 1-ЗС и 1-БС ГОСТ Р 52233-2004 – 70 мас. %, порообразователь (раствор глицерина C3H8O3 по ГОСТ 6259-75, стекла натриевого жидкого марки Б по ГОСТ 13078-81 и воды по ГОСТ 23732-2011) – 10 мас. %; б) теплоизоляционных плит: золошлаковые отходы Новочеркасской ГРЭС – 30 мас. %, смесь стеклобоя АО фирмы «Актис» марок 1-ЗС и 1-БС ГОСТ Р 52233-2004 – 60 мас. %, порообразователь (раствор глицерина C3H8O3 по ГОСТ 6259-75, стекла натриевого жидкого марки Б по ГОСТ 13078-81 и воды по ГОСТ 23732-2011) – 10 мас. %; в) конструкционно-теплоизоляционных блоков: золошлаковые отходы Новочеркасской ГРЭС – 50 мас. %, смесь стеклобоя АО фирмы «Актис» марок 1-ЗС и 1-БС ГОСТ Р 52233-2004 – 40 мас. %, первичный порообразователь (раствор глицерина C3H8O3 по ГОСТ 6259-75, стекла натриевого жидкого марки Б по ГОСТ 13078-81 и воды по ГОСТ 23732-2011) – 10 мас. %, вторичный порообразователь-плавень (смесь натрия фтористого NaF по ГОСТ 4463-76 и кислоты борной H3BO3 марки Б по ГОСТ 18704-78) – 10 мас. % (сверх 100 %). Результаты исследовательских испытаний теплофизических и эксплуатационных свойств опытных образцов разработанных ячеистых теплоизоляционных строительных стекломатериалов: а) заполнителя пористого для легких бетонов: фракция 5-10 мм; насыпная плотность – (195±20) кг/м3 (по ГОСТ 9758-2012); коэффициент теплопроводности в засыпке – (0,073±0,005) Вт/(м·К) (по ГОСТ 7076-99); водопоглощение по объему – (15±3) % (по ГОСТ 9758-2012); прочность при сдавливании в цилиндре – (2,8±0,3) МПа (по ГОСТ 9758-2012); удельная эффективная активность естественных радионуклидов – (160±25) Бк/кг (по ГОСТ 30108-94 и СанПиН 2.6.1.2523-09 (НРБ-99/2009)); б) теплоизоляционных плит: средняя плотность – (325±20) кг/м3 (по ГОСТ EN 1602-2011); предел прочности: при сжатии – (3,1±0,3) МПа (по ГОСТ EN 826-2011), при изгибе – (0,9±0,2) МПа (по ГОСТ EN 12089-2011); коэффициент теплопроводности – (0,081±0,005) Вт/(м·К) (по ГОСТ 7076-99); морозостойкость - не менее 50 циклов (по ГОСТ EN 12091-2011); группа горючести - НГ (по ГОСТ 30244-94); удельная эффективная активность естественных радионуклидов – (230±25) Бк/кг (по ГОСТ 30108-94 и СанПиН 2.6.1.2523-09 (НРБ-99/2009)); в) конструкционно-теплоизоляционных блоков: средняя плотность – (470±20) кг/м3 (по ГОСТ EN 1602-2011); предел прочности: при сжатии – (3,9±0,3) МПа (по ГОСТ EN 826-2011), при изгибе – (1,3±0,2) МПа (по ГОСТ EN 12089-2011); коэффициент теплопроводности – (0,117±0,005) Вт/(м·К) (по ГОСТ 7076-99); морозостойкость – не менее 50 циклов (по ГОСТ EN 12091-2011); группа горючести - НГ (по ГОСТ 30244-94); удельная эффективная активность естественных радионуклидов – (290±25) Бк/кг (по ГОСТ 30108-94 и СанПиН 2.6.1.2523-09 (НРБ-99/2009)). Анализ результатов исследований позволил установить, что: использование золошлаковых отходов в производстве ячеистых стекломатериалов позволяет получить продукцию, не уступающую по качественным характеристикам пеностеклу из стеклобоя по «классической» технологии; опытные образцы выдержали испытания и удовлетворяют требованиям нормативной документации по долговечности, прочности, пожаробезопасности, теплосопротивлению и гигиенической безопасности; введение до 20 мас. % золошлаков в состав шихты кардинально не влияет на внутреннюю структуру и свойства материала, а дальнейшее увеличение их количества до 50 мас. % невозможно без введения материалов-плавней и приводит к увеличению плотности образцов, неравномерному распределению пор, дефектам пористой структуры в виде мелко- и крупнопористых участков, повышению температуры и времени синтеза; возможно программировать материал – задавать свойства готовой продукции (плотность, прочность и др.) за счет варьирования количества золошлаков в составе шихты. Области применения разработанных ячеистых теплоизоляционных стекломатериалов в строительных конструкциях: - теплоизоляционных плит: термо- и звукоизоляция наружных и внутренних ограждающих конструкций зданий и сооружений: стен, чердаков, перекрытий, фундаментов, полов, кровель, грунтов и бассейнов; ограждающие конструкции в зонах с повышенной пожарной опасностью; теплоизоляция трубопроводов и инженерных коммуникаций; - заполнителя пористого: приготовление легких бетонов по ГОСТ 25820-2014 и силикатных бетонов по ГОСТ 25214-82; засыпка для теплоизоляции кровель, стен, перекрытий, полов нижних этажей зданий и сооружений различного назначения и др.; дорожное строительство; теплоизоляция трубопроводов, газопроводов, бассейнов и инженерных коммуникаций; производство стеновых панелей для крупнопанельного и каркасно-панельного промышленного и гражданского строительства; производство теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных блоков и др.; - конструкционно-теплоизоляционных блоков: кладка ненесущих наружных и внутренних стен, перегородок зданий; производство стеновых панелей для каркасного промышленного и гражданского строительства. 4. Новизна решений, прикладная и социальная значимость проекта Научная новизна результатов проекта заключается в разработке оригинальной технологии, новых составов исходных шихт и температурно-временных режимов производства ячеистого теплоизоляционного стекломатериала на основе композиции золошлаковых отходов Новочеркасской ГРЭС (п. Донской Ростовской обл.) и стеклобоя АО Фирмы «Актис» (г. Новочеркасск Ростовской обл.), оригинальной композиции органических и неорганических порообразователей для получения равномерной пористой структуры стекломатериала; выявленных физико-химических закономерностях термопластичного спекания и структурообразования ячеистого теплоизоляционного стекломатериала, теоретических и экспериментальных данных о влиянии вида и соотношения сырьевых компонентов на его технологические и теплофизические свойства; созданных математических моделях, позволяющих прогнозировать теплофизические и эксплуатационные свойства конечной продукции. Научная новизна составов исходных шихт и технологических режимов производства ячеистых стекломатериалов на основе промышленных отходов Ростовской области подтверждена 14 патентами на изобретения РФ №№ 2604527, 2614993, 2604731, 2627516, 2528798, 2537431, 2515520, 2500631, 2500632, 2477712, 2470879, 2448919, 2016146059, 2017130461; основные результаты исследований изложены в 27 статьях в журналах, входящих в перечень ВАК и базу цитирования РИНЦ, а также в 14 зарубежных статьях в журналах, индексируемых в базах данных Web of Science и Scopus. Контакты разработчика: Смолий Виктория Александровна [email protected]

Отрасль:  Строительство

Возможности реализации идеи:  Реализуемая

Риски для внедрения:  Средние риски

Тематика:  Строительство