КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 21-79-10422

НазваниеРазработка 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

РуководительРодин Александр Иванович, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва", Республика Мордовия

Период выполнения при поддержке РНФ

07.2021 - 06.2024

Конкурс№61 - Конкурс 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-205 - Разработка новых конструкционных материалов и покрытий

Ключевые словаПористая стеклокерамика, теплоизоляционные огнеупорные материалы, энергоэффективность, кремнистые породы, термическая стойкость, химическая стойкость, прочность

Код ГРНТИ67.09.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Пористые стеклокерамические материалы в большом объеме используются в строительной отрасли. Стеклокерамические материалы обладают высокой прочностью, низкой теплопроводностью, высокой стойкостью к химическим агрессивным средам, широким диапазоном рабочих температур и др. Их используют в качестве утеплителя при строительстве промышленных и гражданских объектов, атомных электростанций, предприятий газовой и нефтяной промышленности. Данные материалы поставляются в Россию в основном из-за рубежа и используется только на особо ответственных промышленных (АЭС, ВПК и др.) и социально значимых объектах. Самой крупной транснациональной корпорацией, а также самым крупным поставщиком высококачественной теплоизоляционной продукции на основе пористой стеклокерамики и пеностекла в Россию является «Pittsburgh Corning», которая имеет ряд заводов в США и Европе. С конца 90-х годов прошлого века вопрос создания производства пеностекла и пористых стеклокерамических материалов в России встал особенно остро, причиной этому являются суровые климатические условия, ужесточение теплотехнических требований к ограждающим конструкциям, рост цен на данный вид теплоизоляционных материалов и др. Именно в этот период в России возобновляется производство пеностекла на заводах: «СТЭС-Владимир» (г. Владимир), «Пеноситал» (г. Пермь), «PENOSTEK» и «SAiTAX» (Московская область) и др. Производят пеностекло и пористые стеклокерамические материалы как в России, так и за рубежом, в основном по двухстадийной технологии. На первом этапе производят варку стекла. Затем, остывшую массу размалывают с газообразующими добавками и повторно нагревают с последующим отжигом полученного материала. Использование данной технологии привело к значительному удорожанию стоимости конечного продукта, отказу от использования в производстве дешевого сырья. Максимальная температура эксплуатации таких материалов не превышает +600°С. Все больший интерес представляет внедрение в производство одностадийной технологии получения пористых стеклокерамических материалов. Данная технология основана на использовании в качестве сырья дешевых кремнистых пород. Запасы сырья в России огромны. С использованием данной технологии стало возможным получение пористых стеклокерамических материалов с высокой максимальной температурой эксплуатации, что значительно расширит рынок сбыта продукции. Несмотря на огромные запасы кремнистых пород (диатомит, трепел, опока) в России, использование их в качестве сырья для получения обожженных теплоизоляционных огнеупорных материалов также ограничено. Основной проблемой стала низкая термическая стойкость полученной керамики (высокий коэффициент линейного температурного расширения). Отмеченный эффект является следствием большого количества температурных превращений модификаций кремнезема в материале (кристобалита, кварца, тридимита). Известно, что кремнистые породы совместно с карбонатными можно использовать в качестве сырья для получения силиката кальция (волластонита). Данный минерал имеет низкий коэффициент линейного температурного расширения, высокую температуру плавления. В последние годы его все больше используют при производстве огнеупорных энергоэффективных материалов. Данные материалы имеют низкую плотность, и, как следствие, теплопроводность, безвредны для человека, не содержат вредных химических волокон, не выделяют токсические вещества и удовлетворяют экологическим требованиям. Максимальная температура эксплуатации достигает +1100°С. Качественные материалы на основе силиката кальция на российском рынке, как правило импортные: Silca (Германия), Skamol (Дания), Promat (Бельгия). Получают кальций силикатные теплоизоляционные огнеупорные материалы в основном методом прессования предварительного синтезированного, либо добытого волластонита. Запасы данного минерала в России ограничены, а современные технологии синтеза основаны в основном на гидротермальном способе. Данный способ достаточно технологически сложен, трудоемок. Получение готовой продукции занимает достаточно большой период времени. Перспективным является получение экологически чистых теплоизоляционных огнеупорных материалов на кальций силикатной связке на основе кремнистых и карбонатных пород, добавок отечественного производства и легких огнеупорных заполнителей. Разработка энергоэффективных экологически чистых строительных материалов с высокой максимальной температурой эксплуатации (для пористой стеклокерамики - не менее +900°С, для обожженных теплоизоляционных огнеупорных материалов на кальций силикатной связке - не менее +1100 °С), термической и химической стойкостью, полученных на основе кремнистых и карбонатных пород и добавок отечественного производства за один нагрев исходного сырья является актуальной. Полученные материалы могут быть использованы в качестве теплоизоляционного и конструкционно-теплоизоляционного материала как в промышленном (утепление АЭС, трубопроводов, промышленных установок, плавильных печей, котельного оборудования и т.п.), так и в жилищно-гражданском строительстве (утепление каминов, печей и т.д.). Расшириться сырьевая база для получения энергоэффективных экологически чистых строительных материалов с высокой максимальной температурой эксплуатации, термической и химической стойкостью. Упростится технология получения таких материалов. Разработанные материалы будут полностью безопасны для человека, экологически безвредны, не будут иметь химически вредных примесей, при нагревании не будут выделять опасных веществ, а значит, их с уверенностью можно использовать в жилых помещениях. Себестоимость полученных материалов будет минимум на 30 % меньше чем у аналогов. Увеличатся межремонтные периоды работы оборудования, в следствии использования разработанных материалов с высокими показателями химической и термической стойкости. - Научная новизна исследований: 1. Будет разработана технология и предложены оптимальные составы компонентов для получения энергоэффективных экологически чистых строительных материалов (пористой стеклокерамики) на основе кремнистых пород и добавок отечественного производства за один нагрев исходного сырья плотностью 180-400 кг/м3, прочностью при сжатии 2,5-8 МПа и более, теплопроводностью 0,060 Вт/м∙К и более, с максимальной температурой эксплуатации материала не менее +900°С, стойких в условиях агрессивного воздействия химических сред и переменной влажности. 2. Будет разработана технология и предложены оптимальные составы компонентов для получения энергоэффективных экологически чистых строительных материалов (пористой стеклокерамики) на основе кремнистых пород и добавок отечественного производства за один нагрев исходного сырья плотностью 140-180 кг/м3, прочностью при сжатии до 2,5 МПа и более, теплопроводностью менее 0,060 Вт/м∙К, с максимальной температурой эксплуатации материала не менее +800°С, стойких в условиях агрессивного воздействия химических сред и переменной влажности. 3. Будет установлен механизм действия функциональных добавок (корунд, боксит, каолинит, магнезит, доломит и др.) на изменение пористости, максимальную температуру эксплуатации, термическую и химическую стойкость стеклокерамических материалов. 4. Будут получены качественные и количественные зависимости изменения фазовых превращений, происходящих при нагревании в шихте на основе кремнистых пород, от вида и количества модифицирующей добавки (корунд, боксит, каолинит, магнезит, доломит и др.), режима механохимической активации и обжига шихты. 5. Планируется выявить основные зависимости в системе состав–технология–структура–свойства энергоэффективных экологически чистых строительных материалов (пористой стеклокерамики) на основе кремнистых пород и добавок отечественного производства от содержания его составляющих компонентов, особенностей механохимической активации шихты и ее термообработки. 6. Будут получены количественные зависимости изменения стойкости энергоэффективных экологически чистых строительных материалов (пористой стеклокерамики) на основе кремнистых пород и добавок отечественного производства после экспонирования в стандартных средах мицелиальных грибов, водных растворах кислот и щелочей различной концентрации, условиях повышенных температур и переменной влажности. 7. Будет разработана технология и предложены оптимальные составы компонентов для получения кальций силикатной керамики методом твердофазного синтеза из шихты, полученной посредством совместной механохимической активации кремнистых и карбонатных пород, а также добавок отечественного производства с максимальной температурой эксплуатации не менее +1100 °С, а также высокими показателями термической стойкости. 8. Планируется получить количественные зависимости влияния режима механохимической активации шихты, химического и минералогического состава компонентов (кремнистых пород - диатомит, трепел, опока; карбонатных пород - мел, доломит и др.; добавок отечественного производства), а также режимов термической обработки образцов на технологические особенности получения, дисперсность и фазовые изменения в шихте, а также фазовый состав, физико-механические, теплофизические, гидрофизические и другие свойства кальций силикатной керамики. 9. Будет разработана технология и предложены оптимальные составы компонентов для изготовления энергоэффективных экологически чистых обожженных строительных материалов на кальций силикатной связке на основе кремнистых и карбонатных пород, добавок отечественного производства и легких огнеупорных заполнителей (вспученный вермикулит и др.) плотностью 300-500 кг/м3, прочностью при сжатии 0,3-1 МПа и более, теплопроводностью 0,075 Вт/м∙К и более, с максимальной температурой эксплуатации материала до +1100°С, высокими показателями термической стойкости. 10. Будут получены количественные зависимости влияния состава и технологических особенностей получения энергоэффективных экологически чистых обожженных строительных материалов на кальций силикатной связке на её технологические, физико-механические и другие свойства. 11. Планируется установить количественные зависимости изменения технологических, физико-механических, теплофизических и физико-химических свойств энергоэффективных экологически чистых обожженных строительных материалов на кальций силикатной связке от гранулометрического состава заполнителя, соотношения «шихта/заполнитель», вида и количества функциональных добавок, режимов обжига.

Ожидаемые результаты
Ожидаемые результаты: 1. Технология изготовления и составы компонентов для получения энергоэффективных экологически чистых строительных материалов (пористой стеклокерамики) на основе кремнистых пород и добавок отечественного производства за один нагрев исходного сырья плотностью 180-400 кг/м3, прочностью при сжатии 2,5-8 МПа и более, теплопроводностью 0,060 Вт/м∙К и более, с максимальной температурой эксплуатации материала не менее +900°С. 2. Технология изготовления и составы компонентов для получения кальций силикатной керамики методом твердофазного синтеза шихты, полученной посредством совместной механохимической активации кремнистых и карбонатных пород, а также добавок отечественного производства с максимальной температурой эксплуатации не менее +1100 °С, а также высокими показателями термической стойкости. 3. Технология изготовления и составы компонентов для получения энергоэффективных экологически чистых строительных материалов (пористой стеклокерамики) на основе кремнистых пород и добавок отечественного производства за один нагрев исходного сырья плотностью 140-180 кг/м3, прочностью при сжатии до 2,5 МПа и более, теплопроводностью менее 0,060 Вт/м∙К, с максимальной температурой эксплуатации материала не менее +800°С. 4. Технология изготовления и составы компонентов для получения энергоэффективных экологически чистых обожженных строительных материалов на кальций силикатной связке на основе кремнистых и карбонатных пород, добавок отечественного производства и легких огнеупорных заполнителей (вспученный вермикулит и др.) плотностью 300-500 кг/м3, прочностью при сжатии 0,3-1 МПа и более, теплопроводностью 0,075 Вт/м∙К и более, с максимальной температурой эксплуатации материала до +1100°С, высокими показателями термической стойкости. 5. Качественные и количественные зависимости в системе состав–технология–структура–свойства для энергоэффективных экологически чистых строительных материалов (пористой стеклокерамики) от содержания его составляющих компонентов, особенностей механохимической активации шихты и ее термообработки. 6. Количественные зависимости изменения стойкости энергоэффективных экологически чистых строительных материалов (пористой стеклокерамики) на основе кремнистых пород и добавок отечественного производства после экспонирования в стандартных средах мицелиальных грибов, водных растворах кислот и щелочей различной концентрации, условиях повышенных температур и переменной влажности. 7. Результаты исследований будут внедрены на предприятии реального сектора экономики при получении готовых энергоэффективных экологически чистых строительных изделий (пористой стеклокерамики и обожженных теплоизоляционных огнеупорных материалов) на основе кремнистых и карбонатных пород, добавок отечественного производств за один нагрев исходного сырья, с высокой максимальной температурой эксплуатации, термической и химической стойкостью. Результаты исследований планируется внедрить на ООО "Комбинат теплоизоляционных изделий" (г. Саранск). (Письмо прилагаем). 8. Результаты НИР будут внедрены в образовательный процесс на Архитектурно-строительном факультете МГУ им. Н.П. Огарёва. Будет подготовлен лекционный материал, который будет включен в программу преподавания аспирантам дисциплины «Современные строительные материалы» (направление подготовки 08.06.01 Техника и технологии строительства) в раздел: «Современные и перспективные строительные материалы». Область применения разрабатываемых материалов: Полученные материалы могут быть использованы в качестве теплоизоляционного и конструкционно-теплоизоляционного материала как в промышленном (утепление АЭС, трубопроводов, промышленных установок, плавильных печей, котельного оборудования и т.п.), так и в жилищно-гражданском строительстве (утепление каминов, печей и т.д.). Экономическая и социальная значимость: - Расшириться сырьевая база для получения энергоэффективных экологически чистых строительных материалов с высокой максимальной температурой эксплуатации, термической и химической стойкостью. - Упростится технология получения таких материалов. - Разработанные материалы будут полностью безопасны для человека, экологически безвредны, не будут иметь химически вредных примесей, при нагревании не будут выделять опасных веществ, а значит, их с уверенностью можно использовать в жилых помещениях. - Себестоимость полученных материалов будет минимум на 30 % меньше чем у аналогов. - Увеличатся межремонтные периоды работы оборудования, в следствии использования разработанных материалов с высокими показателями химической и термической стойкости. - И др.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
1. Разработана технология и составы компонентов для получения энергоэффективных экологически чистых строительных материалов (пористой стеклокерамики) на основе кремнистых пород и добавок отечественного производства за один нагрев исходного сырья. В планетарной шаровой мельнице проводили механохимическую активацию кремнистой породы вместе с кальцинированной содой и добавками. Для увеличения предельной температуры эксплуатации образцов в качестве добавок использовали оксид алюминия, бокситы, каолин и бентонит. Для получения стеклокерамических образцов с равномерной мелкопористой структурой в качестве добавки использовали хлориды (NaCl, KCl, MgCl2·6H2O, CaCl2). В планетарной шаровой мельнице проводили совместную механохимическую активацию компонентов. Полученную шихту обжигали при температуре 850°С. Влияние вида и количества добавок на свойства шихты и стеклокерамики установлено методами термического и рентгенофазового анализа, сканирующей электронной микроскопии и др. Стеклокерамические материалы из кремнистых пород имеют ячеистую (мелкопористую) структуру. Размер пор большинства образцов не превышает 1,5 мм. Количество открытых пор в материале в зависимости от состава от ≈5% до >70%. Из кремнистой породы с повышенным содержанием кальцита (более 10%) удалось получить стеклокерамические материалы с равномерной мелкопористой структурой за счет модификации шихты хлоридами (NaCl, KCl, MgCl2·6H2O, CaCl2) в количестве до 0,368%. Основной кристаллической фазой стеклокерамики из шихты без кальцита является анортоклаз и кварц. Образцы из шихты с кальцитом дополнительно содержат волластонит и девитрит. Увеличивая в составе шихты количество добавки Al2O3, боксита и каолина в стеклокерамике появляется нефелин. Используемые добавки (хлориды) незначительно влияют на фазовый состав образцов. Установлено влияние фазового состава стеклокерамики на свойства образцов. Разработанная пористая стеклокерамика имеет кажущуюся плотность 180-400 кг/м3, прочность при изгибе и сжатии до 3,2 МПа и 13 МПа соответственно, коэффициент теплопроводности 0,06-0,107 Вт/м∙°С, термическую стойкость до 230°С, предельную температуру эксплуатации до 920°С включительно, высокую химическую стойкость. Предельная температура эксплуатации образцов увеличена за счет введения в состав шихты добавок Al2O3, боксита и каолина. Количество добавки зависит от количества кальцита в кремнистой породе. С увеличением количества CaCO3 необходимо увеличить количество добавки. При содержании в кремнистой породе кальцита в количестве 10,5% получена пористая стеклокерамика с температурой эксплуатации 920°С. В состав шихты введена добавка Al2O3 в количестве 8,14% и более. Пористые стеклокерамические материалы из кремнистых пород по многим показателям превосходят пеностекло и пористую стеклокерамику из отходов промышленного производства. Данный материал можно использовать при строительстве и ремонте объектов промышленного и гражданского назначения (для тепло- и звукоизоляции, в качестве огнеупорной футеровки печей, для защиты конструкций от коррозии и др.). 2. Разработана технология и составы компонентов для получения кальций силикатной (волластонитовой) керамики методом твердофазного синтеза шихты, полученной посредством совместной механохимической активации кремнистых и карбонатных пород, а также добавок отечественного производства. В планетарной шаровой мельнице проводили совместную механохимическую активацию компонентов. После активации шихту смешивали с водой, формовали, сушили и обжигали при температуре 900 °С. Влияние состава и режимов активации шихты на свойства керамики установлено методами рентгенофазового, дифференциального термического, термомеханического анализа и др. Совместная механохимическая активация кремнистых и карбонатных пород существенно влияет на их реакционную активность. Количество волластонита в образцах после обжига увеличилось с увеличением центробежных перегрузок внутри стаканов мельницы и продолжительности активации шихты. В результате температуру твердофазного синтеза кальций силикатной (волластонитовой) керамики удалось снизить до 900 °С. После обжига в течение 2 часов получены образцы керамики почти на 90 % состоящие из минерала волластонита. Образцы разработанной керамики имеют кажущуюся плотность 1270–1300 кг/м3, прочность при сжатии в среднем 22–23 МПа, относительно малый и стабильный коэффициент линейного температурного расширения (КЛТР) ≤ 7,76∙10-6 K-1, предельную температуру эксплуатации до 1100 °С включительно, высокую термическую стойкость. Подтверждена возможность использования разработанной шихты для получения огнеупорных теплоизоляционных материалов. Из разработанной шихты и вспученного перлита после обжига при температуре 900 °С получены образцы с кажущейся плотностью 435 кг/м3, прочностью при сжатии 2,2 МПа, коэффициентом теплопроводности 0,099 Вт/(м∙°С) и предельной температурой эксплуатации до 1050 °С включительно. По отдельным показателям полученные материалы превосходят некоторые аналоги. Их можно использовать в качестве огнеупорной теплоизоляции промышленных печей, оборудования и т.п.

Публикации

1. Ермаков А.А., Абрашин П.И., Родин А.И. Пористые стеклокерамические материалы на основе кремнеземсодержащих пород Республики Мордовия Материалы научной конференции "L Огарёвские чтения". Издательство: Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва (Саранск), L Огарёвские чтения. Материалы всероссийской с международным участием научной конференции. В 3-х частях. Отв. за выпуск А.М. Давыдкин, сост. Г.В. Терехина. САРАНСК, 2022. С. 613-618. https://elibrary.ru/item.asp?id=49930963 (год публикации - 2022)

2. Родин А.И., Ермаков А.А., Абрашин П.И., Ерофеев В.Т. Влияние алюмосиликатов на свойства пористой стеклокерамики из кремнистых пород Строительство и реконструкция, № 3 (101). С. 119-130. (год публикации - 2022) https://doi.org/10.33979/2073-7416-2022-101-3-119-130

3. Родин А.И., Ермаков А.А., Ерофеев В.Т. Структура и свойства пористой стеклокерамики из шихты на основе кремнистых пород, модифицированной бокситами Региональная архитектура и строительство, № 2 (51). С. 5-16. (год публикации - 2022) https://doi.org/10.54734/20722958_2022_2_5

4. Родин А.И., Ермаков А.А., Ерофеев И.В., Ерофеев В.Т. Effect of Chlorides Content on the Structure and Properties of Porous Glass Ceramics Obtained from Siliceous Rock Materials, 15, 3268. https://doi.org/10.3390/ma15093268 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.3390/ma15093268

5. Родин А.И., Ермаков А.А., Кяшкин В.М., Родина Н.Г., Ерофеев В.Т. Porous glass ceramics from siliceous rocks with high operating temperature Magazine of Civil Engineering, № 8 (116). С. 11615. (год публикации - 2022) https://doi.org/10.34910/MCE.116.15

6. Родин А.И., Ермаков А.А., Кяшкин В.М., Родина Н.Г., Ерофеев В.Т. Волластонитовая керамика из мела и диатомита для огнеупорной теплоизоляции Стекло и керамика, Т. 95. № 7 (1135). С. 29-42. (год публикации - 2022) https://doi.org/10.14489/glc.2022.07.pp.029-042

7. Родин А.И., Ермаков А.А., Ерофеев В.Т., Бочкин В.С., Кяшкин В.М., Родина Н.Г. Сырьевая смесь для изготовления высокотемпературных теплоизоляционных изделий (варианты) и способ ее получения -, 2022111463 (год публикации - )

8. - Молодые ученые университета – победители Президентской программы исследовательских проектов mrsu.ru (Новости), 07.07.2021 (год публикации - )

9. - Преподаватели МГУ им. Н.П. Огарёва участвуют в проекте "Учёные - в школы" mrsu.ru (Новости), 22.11.2021 (год публикации - )

10. - Как сэкономить на стройке? Газета "Мордовия", Выпуск № 36 (745) от 08.09.2021 (год публикации - )

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
1. Разработана технология и составы компонентов для получения энергоэффективных экологически чистых строительных материалов (пористой стеклокерамики) на основе кремнистых пород разного химического и минералогического состава, кальцинированной соды и корректирующих добавок (Mg(OH)2, MgCO3, Al2O3 и др.) отечественного производства за один нагрев исходного сырья. Пористые стеклокерамические материалы получены методом порошкового вспенивания. Компоненты шихтовой смеси совместно размалывали в планетарной шаровой мельнице и обжигали. Термическим, рентгенофазовым и другими методами анализа установлено влияние добавок, а также химического и минералогического состава кремнистых пород на процессы вспенивания и кристаллизации образцов пористой стеклокерамики при нагревании, а также на структуру и свойства образцов. Химический и минералогический состав кремнистой породы, а также используемые добавки в составе шихтовой смеси оказывают существенное влияние на температурные интервалы кристаллизации и фазовый состав образцов пористой стеклокерамики. Из шихтовой смеси на основе кремнистых пород и кальцинированной соды без кальцита и добавок получена анортоклазовая пористая стеклокерамика, из пород с кальцитом – волластонитовая и волластонито-комбеитовая стеклокерамики. При введении в состав шихтовой смеси магнийсодержащих добавок кристаллизуется диопсидовая стеклокерамика. Процесс кристаллизации диопсидовой пористой стеклокерамики завершается при температуре ≈790 °С, что на 50°С меньше чем для анортоклазовой стеклокерамики. Установлено влияние фазового состава образцов пористой стеклокерамики на их свойства. При увеличении в составе стеклокерамики минерала диопсида уменьшилась открытая пористость образцов, а также увеличилась их химическая стойкость в воде и водном растворе соляной кислоты. На предельную температуру эксплуатации разработанных стеклокерамических материалов оказывает существенное влияние количество минерала комбеита в их составе. С его увеличением предельная температура эксплуатации образцов уменьшилась. Разработанная пористая стеклокерамика имеет кажущуюся плотность 135–235 кг/м3, прочность при изгибе и сжатии до 1,6 МПа и 4,2 МПа соответственно, коэффициент теплопроводности 0,05–0,067 Вт/м∙°С, термическую стойкость 170 °С, предельную температуру эксплуатации до 870 °С, высокую химическую стойкость. Разработанные материалы рекомендуется использовать в качестве конструкционно-теплоизоляционного материала при строительстве жилых зданий и объектов промышленного назначения, а также в качестве теплоизоляции различного промышленного оборудования (плавильных котлов, печей и др.) и трубопроводов. 2. Разработана технология и составы компонентов для изготовления энергоэффективных экологически чистых обожженных строительных материалов на кальций силикатной связке на основе кремнистых и карбонатных пород, добавок отечественного производства и легких огнеупорных заполнителей (вспученный вермикулит и др.). Из мела, диатомита и вспученного вермикулита разработаны составы шихты для получения высокотемпературных теплоизоляционных материалов, основной кристаллической фазой которых является биотит и волластонит. Компоненты шихтовой смеси (мел и диатомит) совместно размалывали в планетарной шаровой мельнице, после размола полученную шихту смешивали с огнеупорным легким заполнителем (вспученный вермикулит) и водой, из полученной формовочной массы изготавливали образцы, затем их сушили и обжигали. Для практически полного завершения формирования структуры материала максимальная температура его обжига может варьироваться от 900 °С до 1000 °С. В производстве получить керамовермикулитовую теплоизоляцию на волластонитовой связке возможно по технологии обжига керамических изделий в туннельной печи. Образцы разработанных керамовермикулитовых материалов имеют кажущуюся плотность от 310 кг/м3 до 510 кг/м3, прочность при изгибе и сжатии соответственно до 1,0 МПа и 1,6 МПа, предельную температуру эксплуатации до 1050 °С включительно. По показателю предельной температуры эксплуатации полученные материалы превосходят некоторые аналоги. Их можно использовать в качестве огнеупорной теплоизоляции промышленных печей, оборудования и т.п.

Публикации

1. Ермаков А.А., Родин А.И., Ерофеев В.Т. Влияние химического и минералогического состава пористой стеклокерамики из цеолитсодержащих пород на ее химическую стойкость Региональная архитектура и строительство, № 2 (55). С. 4-13. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.54734/20722958_2023_2_4

2. Родин А.И., Ермаков А.А., Ерофеева И.В., Ерофеев В.Т. Structure and properties of porous glass ceramics from siliceous rocks with the addition of Mg(OH)2 Materials Physics and Mechanics, Т. 51. № 5. С. 127-141. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.18149/MPM.5152023_13

3. Родин А.И., Ермаков А.А., Кравчук А.С. Porous glass ceramics from siliceous rocks with the addition of magnesite AlfaBuild, Vol. 26, Article No 2605. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.57728/ALF.26.5

4. Родин А.И., Ермаков А.А., Кяшкин В.М., Родина Н.Г., Ерофеев В.Т. Высокотемпературная керамовермикулитовая теплоизоляция на волластонитовой связке Стекло и керамика, Т. 96. № 7 (1147). С. 25-34. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.14489/glc.2023.07.pp.025-034

5. Родин А.И., Ермаков А.А., Кяшкин В.М., Родина Н.Г., Ерофеев В.Т. Processes of foaming and formation of the structure of porous glass ceramics from siliceous rocks Magazine of Civil Engineering, № 5 (121). С. 125-135. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.34910/MCE.121.9

6. - Пористая стеклокерамика из кремнистых пород Сайт НАТТ, 14.05.2023 (год публикации - )

7. - Российские ученые запатентовали экологичный строительный материал для атомных станций Сайт Минобрнауки России, 03.08.2022 (год публикации - )

8. - Разное время "Мордовские учёные запатентовали экологичный строительный материал для атомных станций" (21 мин 10 сек) Радио России, 05.08.2022 (год публикации - )

9. - Пористая стеклокерамика. Учёные из Мордовии запатентовали экологический материал НТМ || Народное Телевидение Мордовии, 09.08.2022 (год публикации - )

10. - Мордовские учёные запатентовали экологичный строительный материал для атомных станций Газета Эрзянь правда, 04.08.2022 (год публикации - )

11. - Мордовские ученые запатентовали экологичный стройматериал, который даст толчок для развития строительной отрасли Сайт pikabu, 09.2022 (год публикации - )

12. - Учёные МГУ имени Огарёва запатентовали новый экологичный строительный материал — пористую стеклокерамику Газета Столица С, 04.08.2022 (год публикации - )

13. - В Мордовии запатентовали экологичный строительный материал для атомных станций Газета Вестник Мордовии, 03.08.2022 (год публикации - )

14. - Мордовские учёные запатентовали экологичный строительный материал для атомных станций Газета Известия Мордовии, 03.08.2022 (год публикации - )

15. - Мордовские учёные запатентовали экологичный строительный материал для атомных станций Сайт Мордовского государственного университета, 03.08.2022 (год публикации - )

16. - Ученые импортозаместили экологичный строительный материал для атомных станций Сайт vc.ru, 04.08.2022 (год публикации - )

17. - На рынке стройматериалов появится уникальная разработка мордовских учёных ГТРК "Мордовия", 10.08.2022 (год публикации - )

18. - Российские ученые запатентовали экологичный строительный материал для атомных станций Сайт Харб, 03.08.2022 (год публикации - )

19. - Мордовские учёные запатентовали экологичный строительный материал для атомных станций Сайт https://saransk.bezformata.com, 03.08.2022 (год публикации - )

20. - Чем занимаются научно-образовательные центры Первый канал, 18.10.2022 (год публикации - )

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
1. Получены качественные и количественные зависимости в системе состав–технология–структура–свойства для энергоэффективных экологически чистых строительных материалов (пористой стеклокерамики ПСК) от содержания его составляющих компонентов, особенностей механохимической активации шихты и ее термообработки. Пористая стеклокерамика на основе опок, кальцинированной соды и корректирующих добавок (мел, известняк, доломит, цеолитсодержащий трепел, глина) по физико-механическим и теплофизическим свойствам превосходит многие аналоги и может быть использована в качестве конструкционных, теплоизоляционных и других видов строительных материалов при строительстве, ремонте и реконструкции объектов различного назначения. Определены рациональные температурные режимы обжига и дозировки компонентов для получения пористой стеклокерамики из опок различных месторождений с добавлением различных карбонатных пород (мел, известняк, доломит) и цеолитсодержащих порода с различным содержанием кальцита в составе за один нагрев исходного сырья. В результате исследований получены образцы пористой стеклокерамики с кажущейся плотностью 140-400 кг/м3, прочностью при сжатии до 10 МПа, коэффициентом теплопроводности 0,060 Вт/м∙К и более, с предельной температурой эксплуатации материала не менее +850°С. Получены качественные и количественные зависимости изменения звукопоглощения и звукопроводности разработанной анортоклазовой, волластонитовой, волластонито-комбеитовой и диопсидовой пористой стеклокерамики от соотношения количества открытых и закрытых пор в материале, размера пор, а также фазового состава образцов. Пористую стеклокерамику рекомендуется использовать не только в строительной отрасли в качестве теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных материалов, но и, при обеспечении высокого показателя открытой пористости материала, в качестве звукопоглощающих материалов, в том числе в машиностроении. 2. Получены количественные зависимости изменения стойкости энергоэффективных экологически чистых строительных материалов (пористой стеклокерамики) на основе кремнистых пород и добавок отечественного производства после экспонирования в стандартных средах мицелиальных грибов, водных растворах кислот и щелочей различной концентрации, условиях повышенных температур и переменной влажности. По показателю стойкости к воздействию плесневых грибов, биологической стойкости в модельной среде бактерий, морозостойкости ПСК из цеолитсодержащих пород превосходит многие аналоги: газо- и пенобетон, газо- и пеносиликат, теплую керамику и др. 3. Разработаны составы высокотемпературной теплоизоляции на кальций силикатной связке с кажущейся плотностью 300-500 кг/м3, прочностью при сжатии 0,7-1,6 МПа, коэффициентом теплопроводности 0,075 Вт/м∙К и более, с предельной температурой эксплуатации материала не менее +1050°С для плавильных печей. Высокотемпературные теплоизоляционные материалы получены обжигом шихтовой смеси, состоящей из мела – 17,5-27,5%, диатомита – 17,5-27,5% и термостойких заполнителей (вспученного перлита (ВП), вспученного вермикулита (ВВ)) – 45-65%. Разработанные материалы имеют кажущуюся плотность от 300 до 630 кг/м3 и прочность при сжатии от 0,95 до 3,25 МПа. Получены качественные и количественные зависимости изменения теплопроводности высокотемпературной теплоизоляции на кальций силикатной связке при высоких температурах от плотности материала, вида и гранулометрического состава используемого высокотемпературного заполнителя (вспученный перлит, вспученный вермикулит). Поверхность высокотемпературной теплоизоляции на кальций силикатной связке не смачивается расплавами цветных металлов. По многим физико-механическим и теплофизическим свойствам полученные материалы не уступают известным аналогам. Разработанные керамоперлитовые материалы на волластонитовой связке могут быть использованы в качестве высокотемпературной теплоизоляции до +900 °С, а керамовермикулитовые на волластонитовой связке – до +1050 °С. 4. Получены готовые изделия энергоэффективных материалов с высокой максимальной температурой эксплуатации. Получены образцы пористой стеклокерамики в форме блока размерами 510*200*250 мм и в форме плит 510*510*100 мм с кажущейся плотностью не более 250 кг/м3, прочностью при сжатии не менее 3,5 МПа. Получены образцы высокотемпературной теплоизоляции на кальций силикатной связке в форме кирпича с кажущейся плотностью не менее 400 кг/м3, прочностью при сжатии не менее 1 МПа. Данный материал, полученный в лабораторных условиях, более 1,5 лет используется в качестве высокотемпературной теплоизоляции в лабораторной муфельной печи. 5. Разработан лекционный материал, который включен в программу преподавания аспирантам дисциплины «Строительные материалы и изделия» (направление подготовки 08.06.01 Техника и технологии строительства) в раздел: «Строительная керамика».

Публикации

1. Ермаков А.А., Буянкин Д.А., Родин В.М., Веселова В.С. Анализ месторождений опок Республики Мордовия и их пригодность для получения пористой стеклокерамики Актуальные вопросы архитектуры и строительства : материалы Двадцать второй Междунар. науч.-техн. конф., посвящ. 105-летию со дня рождения В. А. Карташова, - (год публикации - 2024)

2. Ермаков А.А., Захарова Е.А., Родин А.И. Стойкость пористой стеклокерамики из цеолитсодержащих пород к воздействию плесневых грибов Региональная архитектура и строительств, - (год публикации - 2024)

3. Родин А.И., Ермаков А.А., Коротаев С.А., Кяшкин В.М., Родина Н.Г. Теплоизоляционные свойства керамовермикулитовых и керамоперлитовых материалов на волластонитовой связке при высокой температуре Стекло и керамика, - (год публикации - 2024)

4. Родин А.И., Ермаков А.А., Кяшкин В.М., Асташов А.М., Буянкин Д.А. Пористая стеклокерамика из опоки, кальцинированной соды и корректирующих добавок Строительство и реконструкция, - (год публикации - 2024)

5. - Получил дорогой сердцу подарок сегодня от коллег! Telegram-канал ректора МГУ им. Н.П. Огарёва, 29.12.2023 (год публикации - )

6. - В России изобретен новый строительный материал Telegram-канал Лучшие изобретения России, 18.04.2024 (год публикации - )

Возможность практического использования результатов
1. Изделия из разработанной пористой стеклокерамики могут быть использованы в качестве теплоизоляционного и конструкционно-теплоизоляционного материала при строительстве и реконструкции объектов жилищно-гражданского строительства, атомной и нефтегазодобывающей промышленности, трубопроводов, различных промышленных установок (плавильных печей, котельного оборудования) и т.п. Низкая теплопроводность материала в сочетании с малым весом изделий из него позволит успешно применять его при строительстве зданий и сооружений в условиях крайнего Севера. Благодаря низкой теплопроводности при эксплуатации зданий уменьшиться потребление энергии в северных регионах, а легкость монтажа снизит стоимость и сроки строительства по сравнению с традиционными материалами. Материал получен полностью из отечественного сырья: цеолитсодержащие и др. кремнистые породы, карбонатные породы, глины и кальцинированная сода. Запасы сырья в Российской Федерации огромны, а их добычу можно вести самым простым открытым способом. Технология проста и уникальна одновременно и представляет собой совместный сухой помол кремнистых пород и кальцинированной соды с последующим обжигом. 2. Разработанные керамовермикулитовые и керамоперлитовые материалы на волластонитовой связке могут быть использованы в качестве высокотемпературной теплоизоляции различных промышленных агрегатов (печи, котлы и т.п.), ими можно защищать конструкции зданий и сооружений от огня и т.д. Материал также получен полностью из отечественного сырья: диатомит, мел, вспученный перлит, вспученный вермикулит. Сырьевые компоненты в большом количестве находятся на территории РФ. А технология производства лишь незначительно отличается от производства керамического кирпича. Подводя итог сказанному выше, заметим, что организовать производство разработанных материалов (пористая стеклокерамика, высокотемпературная теплоизоляция на кальций силикатной связке) возможно уже в ближайшие годы во многих регионах страны. Производства будут независимы от импортных поставок сырья и оборудования, что обеспечит кроме экономического роста и социального развития Российской Федерации, еще и ее технологический суверенитет.