Учёные Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарёва запатентовали экологичный и импортозамещающий строительный материал – пористую стеклокерамику. Новая технология превосходит аналоги по прочности, теплопроводности, химической и биологической стойкости, отсутствию эмиссии вредных веществ. Благодаря этим свойствам пористая стеклокерамика может использоваться при утеплении атомных станций, строительстве в зонах вечной мерзлоты и создании конструкций газодобывающей и нефтедобывающей промышленности.
Как решается проблема импортозамещения?
Сейчас более 95% пеностекла завозится из-за рубежа, от транснациональной корпорации из США и Европы – PittsburgCorning. Разработка к.т.н., доцента кафедры строительных материалов и технологий МГУ им. Н.П. Огарёва Александра Родина, аспиранта кафедры строительных материалов и технологий Анатолия Ермакова и других молодых ученых – пористая стеклокерамика, позволит импортозаместить пеностекло за счёт конкурентности по свойствам, стоимости и экологичности.
В Республике Мордовия большая сырьевая база цеолитсодержащих месторождений для производства пористой стеклокерамики. Если отработать технологию – масштабировать производство можно будет по всей стране. Не нужно будет возить этот материал из-за границы и дальних регионов. Для республики – это новые высокооплачиваемые рабочие места и социальные программы.
Как создаётся экологичный материал?
«Технология проста и уникальна: сухой помол, порода, не требующая никаких газообразующих добавок, и кальцинированная сода. Данный состав значительно облегчает процесс производства – получается одностадийная технология, в то время как для пеностекла сначала варится стекло, затем оно остывает, размалывается с газообразующими добавками и нагревается повторно», – комментирует к.т.н., доцент кафедры строительных материалов и технологий МГУ им. Н.П. Огарёва Александр Родин.
Подобные материалы производятся уже сейчас. Преимущество разработки мордовских учёных – экологичность. Вместо щелочи, которая испаряется при нагревании и может, в связи с этим, вызывать химический ожог слизистых оболочек и кожи, стать причиной пожара и быстрого износа оборудования, в новой разработке используется сода – менее агрессивное вещество. Процесс вспенивания порошка происходит за счет минералов цеолита, содержащихся в породе.
Кремнистые породы могут иметь разный химический и минералогический состав. Повышенное содержание кальцита в породе делает структуру стеклокерамики неравномерной. На данный момент учёные работают над улучшением свойств и структуры материала – изучают влияние вида и количества хлорида на свойства стеклокерамики.
Было доказано, что введение небольшого количества хлоридов в состав шихты, позволяет получить образцы стеклокерамики с равномерной мелкопористой структурой в виде блоков.
Преимущества в сравнении с другими материалами
· Температура использования. Максимальная температура использования у пеностекла – не более 550 градусов, пористая керамика позволяет увеличить этот показатель в 1,5 раза до – 900 градусов.
· Пористая керамика не обрастает плесенью. Микроскопические споры и частицы плесени могут проникать в респираторные органы людей, оседать на продуктах, предметах личной гигиены и, попадая в организм, вызывать тяжелые заболевания: менингит, ринит, аспергиллез и повышать риск онкологических заболеваний. Новая разработка способна решить эту проблему за счет состава, который образуется после обжига.
· Материал более легкий. В сравнении с газобетоном – в 2,5 раза. Таким образом, его расход в 2,5-3 раза меньше при возведении дома, что позволяет экономить ресурсы при строительстве.
· Высокая химическая стойкость – наравне с пеностеклом. Разработанный материал показал высокую стойкость после кипячения в воде, в водных растворах кислот и щелочей.
· Термическая стойкость по сравнению с пеностеклом высокая. Пористая стеклокерамика способна выдержать более резкие перепады температур.
· Прочность. По сравнению с пеностеклом, с газо- и пенобетоном, газо- и пеносиликатом и с теплой керамикой – он прочнее более, чем в 2 раза при равной плотности.
· Это экологичное производство – нет выбросов и вредных газов во время производства. Материал экологичен во время эксплуатации, потому что получен из природного сырья.
Преимущества использования материала в строительной отрасли.
· Благодаря легкости материала в высотных домах можно корректировать технологию монолитного строительства. Наружные стены можно выкладывать пористой стеклокерамикой. При этом стена будет тоньше и теплее.
· Отходы, образуемые при резке материала на изделия необходимых размеров и форм, можно использовать в качестве заполнителя для сухих строительных смесей. Ими можно склеивать те же изделия. Вместо обычного песка в строительном растворе лучше использовать этот – он легкий, прочный, и, соответственно, тепло будет меньше проходить через шов.
· Материал будет особенно востребован в зонах вечной мерзлоты – и защитит от холода, и ускорит строительство.
· Пористая стеклокерамика может быть интересна для нефте- и газодобывающей промышленности. Состав, химически стойкий и не пропускает влагу, потому и материал не подвержен коррозии. Материал можно использовать для утепления труб в земле.
· Утепление атомных станций – материал подходит для высоких температур. В промышленности полученный материал можно использовать для теплоизоляции и звукоизоляции, при строительстве несущих стен зданий и криогенных материалов.
«Мы говорим об импортозамещении пеностекла – его значительный объем сейчас завозится из-за рубежа. В идеале нужна замена на новый материал – пористую стеклокерамику. Разработка наших молодых учёных – это стимул для строительной промышленности, поскольку материал позволит увеличить темпы строительства, и для экономики в целом. По уровню готовности технологии разработка сейчас находится на стадии TRL5 – создания производственной технологии. Основным партнером является «Комбинат теплоизоляционных изделий» в Саранске. Планируется, что этот производитель станет первым выпускать новый экологичный материал», – отметил ректор МГУ им. Н.П. Огарёва Дмитрий Глушко.
Пористая стеклокерамика разрабатывается в рамках гранта Российского научного фонда Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными «Разработка и внедрение энергоэффективных экологически чистых строительных материалов с высокой максимальной температурой эксплуатации, термической и химической стойкостью, полученных на основе кремнистых и карбонатных пород и добавок отечественного производства за один нагрев исходного сырья», а также в рамках стратегического проекта «Материалы нового поколения и энергосбережение» и мероприятия «Создание новых функциональных материалов с уникальными эксплуатационными свойствами для промышленного сектора экономики, медицины и строительной отрасли» по программе Минобрнауки «Приоритет 2030».
Ссылки на материалы в «Газета.ru»: https://www.gazeta.ru/science/news/2022/08/03/18253328.shtml
И на сайте Минобрнауки России: https://minobrnauki.gov.ru/press-center/news/nauka/55953/?lang=ru