Создание новых высокоэффективных материалов - одна из основных задач инженерной науки

Российская и Международная инженерные академии провели очередной VII Международный форум «Перспективные задачи инженерной науки», целью которого был обмен мнениями и взглядами на развитие инженерной науки с опорой на достигнутые результаты, причем не в одном направлении, а с учетом совокупности решаемых этой наукой проблем, и активизация на этой основе участия инженерного корпуса в жизни общества.

Необходимость в таких обменах мнениями с каждым днем становится все очевиднее. Современная действительность словно испытывает человечество на прочность: не только участились природные катаклизмы - тайфуны, цунами и землетрясения, теперь нас постигла новая беда, уже экономического характера - финансовый кризис. Его угроза столь масштабна, что уже на самом высоком уровне идут разговоры о коренной перестройке всей мировой финансовой системы. Можно ожидать, что через некоторое время пойдет речь о коренной перестройке, рационализации и сферы производства. Возникает необходимость не только в новых технологиях и способах организации дела, но и в принципиально иных подходах к оценке его эффективности.

Для многих стран, включая Россию, обновление производства - жизненно важный вопрос. Понятно, что в настоящее время в центре внимания производства - наноструктуры и нанотехнологии. За сравнительно короткий срок в этом направлении осуществлен подлинный рывок от фундаментальных и прикладных исследований к практическому использованию. Причем не только в электронике и подобных «тонких» областях, но и в металлургии - например, при получении автолиста.

Сказанное не отменяет повышенного интереса к созданию и использованию новых конструкционных материалов, в частности, на основе базальтовых, углеродных, арамидных волокон. Что здесь мешает использовать их преимущества, так это ограниченность производственной базы, которую необходимо увеличить минимум в 10-15 раз.

Особого внимания заслуживают такие хорошо известные материалы, как стали. Направленное создание наноструктур, введение в их состав мелкодисперсных частиц открывает путь к качественному улучшению их характеристик. В частности, в строительстве все шире применяются огнестойкие стали, сохраняющие свои свойства в случае пожаров.

Что касается самого строительства, то сегодня особое значение здесь приобрели вопросы сейсмостойкости, способность выдерживать различные природные катаклизмы. Важное направление работ – мониторинг зданий и конструкций на предмет их стойкости и долговечности.

Сегодня строителям приходится решать и такую сложную задачу, как использование подземного пространства. Она особенно актуальна для мегаполисов, большинство из которых исчерпали возможности развития за счет освоения свободных территорий. Перемещение под землю транспортных артерий, технических объектов городской инфраструктуры, социально-бытовых служб решает многие проблемы развития городов. Однако для этого нужны новые инженерные решения, поскольку речь идет о «внедрении» в среду с многочисленными коммуникациями.

В числе перспективных задач инженерной науки на форуме рассматривались также сложности передачи оборонных разработок в гражданскую сферу, проблемы инженерного образования, способы утилизации отходов и сохранения природной среды. Столь разнообразная тематика говорит о том, что есть еще много областей, где необходимо «сверить часы».

Перспективным направлением является создание композиционных утеплителей на основе минеральных и полимерных материалов пониженной горючести и пониженной плотности с целью получения теплоизоляционных материалов плотностью менее 300 кг/м3. Это позволит расширить номенклатуру стеновых материалов ограждающих самонесущих конструкций в виде легких блоков, утеплителей для легких ограждений из металла, древесных, пластиковых и других материалов, снизить пожарную опасность легких ограждений, упростить технологию изготовления утеплителей, блоков ограждающих конструкций, снизить стоимость утеплителя, утилизировать отходы промышленных предприятий, обеспечить экологию среды.

На основе современных достижений химии и технологии композитных материалов в настоящее время разработан широкий ассортимент композитных материалов, из которых для строительных конструкций большой интерес представляют органоминеральные композиции пониженной горючести. Органические и минеральные компоненты в их составе используются в качестве вяжущих, наполнителей, поверхностно-активных добавок.

Примером органоминеральных композиций могут служить разработанные полистиролцементные композиции различной плотности (150-300 кг/м3), перерабатываемые при нормальных температурно-влажностных условиях. В полистиролцементной композиции пониженной плотности в качестве полимеров использованы вспученные гранулы полистирола и полистирольный полуфабрикат, а в качестве вяжущих - портландцемент, растворимое стекло, отходы ферросплавных заводов, а также поверхностно-активных веществ (ПАВ).

ОАО «ВНИИЖелезобетон» разработана технология создания оборудования и совместно со строительными фирмами уже выпущено более 2 млн м3 ограждающих конструкций. Работу над этой проблемой продолжают проектно-технологические институты «НПО «Братскгэсстрой» (г. Братск) при участии ЦНИИСК им. Кучеренко (г. Москва) и ХТИ - филиала КГТУ (г. Абакан). В задачу исследований входит изучение возможности получения полистиролцементной композиции пониженной плотности (менее 300 кг/м3), отвечающей требованиям к теплоизоляционным материалам для жилищного, гражданского и промышленного строительства. Возможность регулирования свойств полистиролцементной композиции в целях обеспечения необходимых теплоизоляционных, конструкционных и эксплуатационных характеристик материала, а главное - его пониженная горючесть достигалась путем введения в рецептуру исходной композиции различных ПАВ, антипиренов, высокодисперсных минеральных наполнителей с одновременным варьированием технического процесса.

Оптимизация содержания исходных компонентов и режимов отдельных технологических операций связана с поиском экстремума-максимума зависимости «состав-свойство». В основу процесса подбора состава заложен способ уменьшения плотности растворной части композита за счет снижения расхода вяжущего.

Исследования показали, что при уменьшении плотности композита ниже 200 кг/м3 только за счет снижения расхода цемента не удается сохранить пленочно-ячеистой структуры материала. В этом случае для макроструктуры композита характерно наличие многочисленных дефектов в виде воздушных включений. Ввиду этого разработаны и реализованы различные физико-химические и технологические приемы, направленные на сохранение непрерывности структуры композита.

Основным ориентиром при оценке результатов использования этих приемов служили известные требования, предъявляемые к утеплителям зданий различного назначения: плотность, теплопроводность, водопоглощение, прочность при сжатии.

На основании выполненных исследований были разработаны практические рекомендации по рецептурам полимеркомпозитного утеплителя пониженной горючести различной плотности (100-350 кг/м3).

Состав полистиролцементной композиции плотностью 100— 300 кг/м3 изучен, испытан и допущен к массовому использованию. Данный материал обладает следующими характеристиками:

  • прочность при растяжении - 0,75-1,9 МПа, в зависимости от плотности;
  • модуль упругости - 4-20 МПа (при сжатии), 2—17,5 МПа (при растяжении).

Сорбционные характеристики:

  • влаго- и водопоглощение - 2,7-4,8%, в зависимости от плотности;
  • коэффициент теплопроводности - 0,05~0,071 Вт/м°С, в зависимости от плотности (по заключению НИИ «Стройфизика», г. Москва);
  • горючесть (по заключению Высшей пожарной академии, г. Москва) - П.

По заключению института им. Эрисмана (г. Москва), утеплитель экологически чист и рекомендован к применению в жилищном и гражданском строительстве в качестве утеплителя наружных стен и кровель без каких-либо ограничений. Технология производства проста, не требует нетрадиционного оборудования, напоминает производство легкого бетона, экологически чиста.

Расчетная долговечность полистиролцементного утеплителя составляет около 50 лет. Как показывает опыт эксплуатации легких ограждающих конструкций с полистиролцементной композицией на разных объектах в России в течение 25-30 лет, утеплитель находится в хорошем состоянии. Материал испытан и исследован на объектах ГПО г. Братска, Тюмени, Абакана и других городов средней полосы России.

Проведен комплекс экспериментов по отработке технологии приготовления полистиролцементной композиции в заводских и построечных условиях, а также технологии формования предлагаемых кровельных и стеновых панелей, мелкоразмерных блоков для стен ограждающих конструкций и плит утеплителя.

Приготовление полистиролцементной композиции производилось на установке, обеспечивающей предварительное вспенивание гранульного полистирольного полуфабриката, выдержку вспененных полистирольных гранул, изготовление рабочей смеси жидких компонентов и полистиролцементной композиции.

В соответствии с предлагаемой технологией, приготовление полистиролцементной композиции включает процесс вспенивания бисера до гранул пенополистирола заданного размера и плотности 23~25 кг/м3. Это позволяет сократить транспортные расходы на перевозку сверхлегких, но объемных компонентов и гарантированно получать гранулы пенополистирола требуемого качества. Вспенивание полистирольного бисера осуществляют в вертикальных двухкамерных аппаратах непрерывного действия.

Приготовление рабочей смеси жидких компонентов ведут в смесителях объемом 1-1,5 м3. При этом в полимерную композицию, в зависимости от принятой рецептуры, вводят различные смолы, в том числе - смолу марки КФ-МТ с отвердителем, поливинилацетатную эмульсию, сульфатное мыло, метилцеллюлозу и другие компоненты. Перемешивание раствора ведется в течение 0,5~1 мин. при температуре 15~20°С.

Приготовление полистиролцементной композиции осуществляют в циклическом смесителе принудительного действия. Качество исходной полимерцементной смеси проверяется путем пооперационного контроля всех производственных процессов и приемочного контроля. Пооперационный приемочный контроль включает испытание исходных материалов, контроль установленной технологии производства и работы технологического оборудования.

Разработанная технология приготовления полистиролцементной композиции позволяет формовать изделия как в виде блоков и плит, так и в виде кровельных панелей, панелей наружных стен и ряда других изделий. Плитный утеплитель и блоки изготавливают по заливочной технологии без применения вибрации в многоотсечных, горизонтально расположенных формах, по стендовой, агрегатно-поточной или конвейерной технологии. Отверждение отформованной полистиролцементной композиции осуществляется при температуре 15~20°С в течение 1,5-2 сут. либо при температуре 65~70°С - в течение 2-3 часов. Гибкость технологии приготовления полимеркомпозитных блоков и утеплителя позволяет укладывать его в построечных условиях.

Разработана технология применения полистиролцементной композиции в построечных условиях, где конструкции покрытий и наружных стен можно производить монолитным способом. В этом случае приготовление полистиролцементной композиции осуществляется в передвижном агрегате «Монолит-1». При устройстве кровельного покрытия полистиролцементная композиция может укладываться на металлическое, бетонное или дощатое основание. Его разравнивание выполняют с помощью рейки, затем сверху наносят гидроизоляционные слои.

При строительстве полистиролцементную композицию можно укладывать в несъемную опалубку наружных стен, выполненную в виде деревянного каркаса, обшитого с наружной и внутренней сторон листовыми материалами. Из-за малой плотности полистиролцементной композиции не нужно дополнительного укрепления обшивочных листов, а благодаря высокоподвижной консистенции не требуется применения вибрационных воздействий.

Выполненный комплекс исследований позволил разработать рациональные конструктивные решения не только кровельных панелей, панелей наружных стен для мало- и многоэтажного строительства, определить технологические режимы и операции по изготовлению блоков, но и технологию применения полистиролцементной композиции в построечных условиях. При этом обеспечивается хорошее качество и достаточно разнообразная отделка за счет использования различных наружных обшивок в виде полимерных материалов, стальных листов и декоративных штукатурок.

Разработанные технологии изготовления полистиролцементной композиции не требуют использования специальных установок, режимов высоких температур и давлений. Процесс формования можно проводить по непрерывной технологии, изготавливать утеплитель в виде отдельных блоков, плит или формовать непосредственно по внутренней полости панелей. Возможно также применение монолитного метода укладки исходного полимеркомпозитного утеплителя.

Имеющийся опыт применения полимеркомпозитного утеплителя в строительстве свидетельствует о высокой эффективности и долговечности как самого материала, так и легких ограждающих конструкций с его использованием. В настоящее время ОАО «Мострансстрой» налаживает производство блоков из полистиролцементной композиции плотностью 300 кг/м3.

В течение последних 10 лет ОАО «ВНИИЖелезобетон» совместно с ведущими научными и проектными организациями создана и внедрена энергоэффективная строительная система ЮНИКОН, основанная на использовании теплоизоляционно-конструкционных полистиролбетонов на основе вспученных гранул полистирола.

Создание системы ЮНИКОН включало: - теоретические разработки процесса вспучивания гранул полистирола;

  • исследование и получение полистиролбетона широкого диапазона плотностей (D), в том числе особо легкого (D = 150-500 кг/м3);
  • конструктивных решений наружных конструкций;
  • разработку эффективной заводской технологии и оборудования для изготовления полистиролбетонных изделий и конструкций;
  • создание строительной системы ЮНИКОН и пакета нормативно-технической документации для проектирования и строительства жилых и общественных зданий. Выполненный комплекс исследований позволил получить полистиролбетоны плотностью от 150-200 до 300-400 прочностью около 1-1,5 МПа, что обеспечило производство особо легких блоков и плит, а также изгибаемых элементов типа перемычек. Кроме этого, полистиролбетон обладает уникальными свойствами: повышенной вязкостью разрушения, водостойкостью, морозостойкостью и высокой трещиностойкостью, стоимость 1 м2 стены - в 1,7-1,9 раза дешевле стен из пено- и газобетона.

Разработанная заводская технология и оборудование по производству полистиролбетонных блоков, плит и перемычек превышает основные показатели зарубежных аналогов (фирма «Аустроплан», Австралия) по металлоемкости, энергоемкости и объему продукции на 1 м2 в 1,4-1,9 раза. Снижается также трудоемкость монтажа в 1,3-1,7 раза по сравнению с изделиями из пенобетона, изготавливаемыми на оборудовании фирм «Хебель» и «Итонг» (ФРГ).

По разработкам авторского коллектива в области полистиролбетона и его применения в жилищном строительстве создано более 30 предприятий мощностью 500-550 тыс. м3 изделий, что обеспечивает строительство жилья в РФ общей площадью более 15 млн м2 в год.

По расчетам, утвержденным Правительствами Москвы и Московской области, экономический эффект на 1 млн м2 жилья составляет более 2 млрд рублей. Экономический эффект по Москве и Московской области составил 4,09 млрд рублей, а расчетный по Российской Федерации - около 30 млрд рублей.

Copyright 2006 ЗЖБИ-500     Карта сайта
Реклама на сайте
|