Опорный Тюменский индустриальный университет

Инновационные решения в производствах силикатных материалов автоклавного твердения

При использовании ультрадисперсных пород кварц-полевошпатовых пород возможно получение силикатного кирпича с прочностью 2-х кратно превышающей производимый в настоящее время кирпич, марки по морозостойкости до F100. Повышение эксплуатационных характеристик обеспечивается одновременно с понижением энергоемкости производственных процессов без ухудшения экологических характеристик продукции. Модифицирующие компоненты обеспечивают существенный рост долговечности силикатных материалов.

Осуществление комплексного проекта, в том числе создание новых научных концепций и разработка конкурентоспособных ресурсосберегающих технологий.
Расширение сырьевой базы силикатной отрасли путем внедрения в производство изученных запасов, разработанных схем и технологий добычи алевропелитовых пород ишимской свиты юга Тюменской области.
Проект предназначен для последующей коммерциализации в области индустрии силикатных композитов автоклавного твердения.

В настоящее время в общем объеме стеновых материалов на долю автоклавных приходится около 70%. В Тюменской области функционирует два предприятия с общим объемом производства 300 млн.усл.шт. ячеистобетонных изделий и силикатного кирпича. Данные крупные производственные комплексы являются промышленным потенциалом Тюмени, обеспечивая материалами и изделиями строительные фирмы всей Тюменской области, а так же ряд других Российских регионов.
Современные научно-практические решения пока не позволяют обеспечить снижение плотности ячеистого бетона без утраты его конструкционных характеристик, а так же повысить трещиностойкость и решить вопрос долговечности силикатного кирпича. Подобная ситуация складывается по всем российским производствам данного сегмента. Необходимость внедрения ресурсосберегающей технологии обусловлена общегосударственной политикой по экономии материально-технических ресурсов, а так же продиктована ростом цен на энергоресурсы и транспортные расходы.

В связи с необходимостью избежать краха силикатных заводов, что предсказывают аналитики, существует острая необходимость в разработке и внедрении на производстве инновационных решений, обеспечивающих повышение эксплуатационных характеристик выпускаемой продукции и снижение расхода топлива энергетических ресурсов.
Согласно стратегии развития Тюмени и Тюменской области актуальным вопросом является разработка технологий с вовлечением в производственный процесс не традиционных местных сырьевых ресурсов.

Цель НИОКР Разработка комплексного инновационного проекта по производству силикатных материалов автоклавного твердения

Задачи НИОКР

1. Анализ современных российских и международных научно-практических решений по повышению эффективности производства и получение силикатных материалов с высокими эксплуатационно-техническими характеристиками.
2. Провести широкомасштабные исследования и выявить основные факторы управления процессами структурообразования и управление свойств силикатных композитов.
3. Произвести выбор и обоснование, разработать технологии подготовки кремнеземистых и алюмо-кремнеземистых компонентов, модифицирующих добавок в сырьевые смеси.
4. Обосновать роль алевропелитовых пород в формировании структуры и свойств силикатных композитов.
5. Произвести геологоразведочные работы и обеспечить изучение месторождений по категории А.
6. Расширить объем геолого-разведочных работ по поиску маршалитовых и алевропелитовой пород Уральского региона.
7. Теоретически обосновать и изучить на малых опытных партиях влияние ультрадисперсных материалов на процессы транспортабельности, уплотняемости смеси и создания цветовой палитры готового изделия.
8. Разработать технологические параметры производства, включая все процессы: гомогенизации смеси, формования изделий, поризации ячеистобетонной массы, резки массива и гидротермального твердения.
9. Произвести опытно-промышленные испытания и подтвердить технико-экономическую эффективность разработанных научных решений.
10. Подтвердить по результатам испытаний опытной партии , что созданный по инновационному проекту силикатный кирпич характеризуется высокой долговечностью и другими эксплуатационно-техническими характеристиками.

Методологическая основа и методы исследования

В процессе исследований предусмотрено применение комплекса взаимодополняющих физико-химических методов исследования состава, структуры и свойств силикатных материалов: растровой сканирующей микроскопии, рентгенофазового анализа, локального спектрального анализа, лазерной дифракции размера частиц и ряд других стандартных анализов и методик.
В целях направленного регулирования прочности, водостойкости, водопоглощения, морозостойкости силикатного камня большое внимание уделено исследованиям, связанным с выявлением особенностей синтеза гидратных фаз.

Сущность и степень новизны НИОКР

Анализ научно-практических и патентных данных показывает, что подобные технологии не реализуются в международной и российской практике. Применяемый продукт не требует энергоемкого процесса помола. Существующее оборудование не позволяет получить материалы подобной дисперсности.
Предыдущие этапы исследований позволяют сделать выводы о высокой реакционной способности к процессам синтеза и структурообразованию, оптимальной поровой структуры с устойчивыми новообразованиями.

Ожидаемый научный и научно-технический результат НИОКР

1. Новое положение о синтезе и процессах структурообразования силикатных композитов.
2. Концепция по долговечности силикатных композитов.

Предполагаемый научный и научно-технический продукт, предназначенный для реализации:  2 патента на изобретение, комплексный проект ресурсосберегающей технологии.
Потенциал коммерциализации научного проекта, в рамках которого выполняется НИОКР: Предприятия по выпуску силикатных материалов Тюменской области и в целом по России.

Практическая значимость НИОКР и проекта в целом

В настоящее время наблюдается неуклонный спад производства силикатного кирпича, альтернативной продукции в регионе нет. Если допустить уменьшение объемов на наших действующих предприятиях, то это приведет к росту поставок стеновых материалов из других регионов России, объем поставок может превысить 100 млн. усл. шт. кирпича.
Массовое использование ячеистобетонных изделий сдерживается ограниченными конструкционными характеристиками продукции. Внедрение разработанных технологий обеспечит эффективность производства и сохранит темпы строительства, существенно повысив долговечность и надежность строительных объектов при одновременном решении вопросов по стабильности ценовой политики, т.е. данные силикатные материалы имеют высокую конкурентную способность по цене позволит обеспечить эффективное применение местных природных сырьевых ресурсов. Предварительные технико-экономические расчеты позволяют заявить о высокой эффективности разрабатываемых проектных решениях.
Для ТИУ внедрение инновационных технологий будет способствовать повышению авторитета и формированию как центра реальной научно-технической информации. Публикации в международных изданиях так же повышают рейтинг ВУЗа.

Возможности реализации инновационного проекта на территории Тюменской области

Возможность реализации рассматривается для конкретного предприятия, где будет апробация результатов. В дальнейшем на основании поступающих предложений от производителей силикатного кирпича будет обеспечено расширение сферы применения, а так же внедрение разработанных в процессе проекта технологий механохимической активации кварцсодержащего и техногенного сырья. (Мордовская республика; Татарстан; Брянская и Владимирская области).

Имеющийся задел для НИОКР

Актуальность и новизна исследований, выполненных ранее по теме проекта, подтверждены патентом на изобретение и публикациями в 2 статьях, индексируемых Scopus, 3 статьях, индексируемых ВАК и обсуждением результатов, актуальности и перспектив внедрения, полученных на завершенном этапе, научных данных на международной конференции СИЛИКАТЕК (10-12 октября 2018г).
Полученные результаты исследований докладывались на международных конференциях в городах: Кемерово, Владивосток, Москва, Томск, Челябинск.

Научный коллектив проекта

• Руководитель: Зимакова Галина Александровна, доцент, к.т.н., зав. кафедрой СМ, Опыт более 40 лет. По тематике проекта: 2 патента на изобретение, 5 докладов на международных конференциях, 2 статьи Scopus, 6 статей ВАК, более 30 статей РИНЦ
• Солонина Валентина Анатольевна, к.т.н., доцент кафедры СМ, Опыт более 20 лет. По тематике проекта: 2 патента на изобретение, 2 доклада на международных конференциях, 2 статьи Scopus, 3 статьи ВАК, более 20 статей РИНЦ
• Константинов Александр Олегович, педагог ДО, НОЦ «Геология нефти и газа» ТИУ, Литолого-петрографические и геохимические исследования алевропелитовых пород Ишимской свиты. Опыт полевых геологических изысканий. По тематике исследований: 10 статей WoS.
• Новоселов Андрей Андреевич, педагог ДО, НОЦ «Геология нефти и газа» ТИУ, Литолого-петрографические и геохимические исследования алевропелитовых пород Ишимской свиты. Опыт полевых геологических изысканий. По тематике исследования: 1 статья WoS и 2 статьи ВАК.