Комбинированное применение строительных материалов на основе аэрогеля и графена Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 338.001.36

П.Е. Манохин

канд. техн. наук, доцент, кафедра «Промышленное и гражданское строительство»,

ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашников»

Е.В. Горланов

магистрант,

ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова»

Е.Ю. Григорьев

инженер техн. надзора II категории,

ООО «ТЭС» маг истр-инженер,

ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова»

КОМБИНИРОВАННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ АЭРОГЕЛЯ И ГРАФЕНА

Аннотация. В статье представлена теоретическая экономическая и научно-техническая выгода от промышленного применения конструкций, изделий, деталей и материалов на основе аэрогеля.

Ключевые слова: энергосбережение, тепло- и термоизоляционные материалы, термо- и теплоизоляция стен, физические свойства, применение, экономические и научно-технические выгоды.

P.E. Manokhin, Kalashnikov Izhevsk State Technical University

E.V. Gorlanov, Kalashnikov Izhevsk State Technical University

E.Yu. Grigoriev, Kalashnikov Izhevsk State Technical University

COMBINED APPLICATION OF BUILDING MATERIALS: AIRGEL AND GRAPHITE

Abstract. This article presents a theoretical economic and scientific-technical benefit of industrial application designs, products, parts and materials airgel.

Keywords: energy saving, heat and thermal insulation material, heat, insulation of walls, the physical properties, applications, economic and technological benefits.

В настоящее время в Российской Федерации отмечается стабильная тенденция увеличения потребления теплоизоляционных материалов. Данный факт говорит об осознании важности экономии энергоресурсов, цена которых устойчиво возрастает. Многие люди приучились применять для утепления здания пенопласт или минеральную вату. Но на данный момент ассортимент материалов разнообразен, среди этих материалов есть и современные уникальные разработки. Такие средства изоляции отвечают новейшим требованиям качества и являются альтернативой обычным решениям.

На данный момент в мире существует множество новых материалов, которые можно применять в строительстве, свойства некоторых предают своим «хозяевам» огромный потенциал. Однако их применение и внедрение сильно замедляется при нынешней экономической модели из-за больших рисков, связанных со всем инновационным и новым.

В ходе наших диссертационных работ было проделано множество исследований в области инновационных материалов, которые привели нас к мысли о возможности их использования. Это материалы на основе Аэрогеля, которые мы рассмотрим в данной статье [1; 2].

Аэрогель (рис. 1) - это легкий высокопористый материал, с уникальными свойствами. Материалы, содержащие аэрогель, обладают такими свойствами, как сверхнизкая теплопроводность и сильное поглощение ИК-излучения.

Рассмотрим подробнее его особенности.

Безопасность - материалы, содержащие в основе аэрогель, безопасны для людей. Данный факт допускает осуществлять теплоизоляцию трубопроводов и оборудования как в строившихся объектах, так и в эксплуатируемых.

Огнезащита (рис. 1-3) - материалы, содержащие в основе аэрогель, могут выдерживать экстремальные температуры - примерно от +650°С до -270°С - многие часы подряд, не меняя своих свойств. Естественно может выдержать гораздо большие краткосрочные термические воздействия.

Рисунок 1 - Пластина из аэрогеля не дает пламени температурой свыше 1000оС воспламенить цветок в нескольких миллиметрах от него

Cod fid =nti al Sc Propria tar;-1

^ИЖ -2 DO

LL 1.6-

(J

te — 1.4-

i 1.2-

=

т 1.0-

J

8 Ü.B-

| 0.6-

о

а. с 0.4-

е

0.2-

с

£

0.0

Температура (CF)

200 400 600 SOO 1000 1200

-250

Фасонные издегИ н s r.i и н E artíí

-200 3

Утепл1ттель изминеять

Ячеистое стекло

Кр и о гел ь Z ■'

.....ч-.........

П ер л кг

aspen aerogels

100 200 ЗОО 400 500 600 Температура (°С)

Рисунок 2 - Зависимость коэффициента теплопроводности от температуры

Легкий вес (рис. 4) - материалы, содержащие в основе аэрогель на 94-99%, состоят, по сути, из воздуха, вследствие чего не добавляют веса конструкций при изоляции труб различных инженерных систем и технологических трубопроводов. Но при этом остаются наиболее эффективными теплоизоляционными материалами. Рулон теплоизоляции на основе аэрогеля весом 20 кг рассчитан на 57 м трубы, диаметр которой 80 мм.

Транспортабельность (рис. 4) - использование для утепления емкостей, труб, оснащения, цистерн материалов, содержащих в основе аэрогель вместо минеральной ваты, позволяет сократить время транспортировки материала от склада на строившийся объект примерно в 6-8 раз. Форм-фактор изделия - плита.

Легкий монтаж - изоляционное изделие монтируется и закрепляться по месту. Поверхность изоляционной конструкции защищает паронепроницаемое и влагонепроницаемое покрытие.

Теплоизоляционные материалы, содержащие в основе аэрогель, показали лучшие результаты. Целесообразны внедрение, дальнейшее исследование и модернизация данного вида изделий.

В 2-1 %

i

К 1-1

Confidential & Proprietary

Тол щина { в «утр и) 3 4 5 6

Лучше У У Результаты теста, основанного на Ю^49 Период разрушения для

У У Криогель Z л

Хуже / у / различных видов и толщины изоляции

/ У у

ГИнрогель XT ■' Ячеистое стекло

пе рлит

^Сипин т кальци я

25

50

75 100 125 150 175 200

Толщина (мм)

aspen

aerogels

Рисунок 3 - Гистограмма расчета частиц

ContidEntial is¿ Ргс^лЧейг;-

Жесткое покрытие трубы Пироге.ть

Отдельная часть Голый изо.чщля 1

Отдельные части 45:1 соотношение 36 ООО частей 790 рулонов

Транспортньсн о5ъём й:2 соотношения 5700м5

Необходимая пло шальдля складирования 2 .и escoma atiojutii 53 и х 53 31 22м х 22 it 0

aspen aer0geig

Рисунок 4 - Сравнение материально-технического обеспечения Сверхнизкая теплопроводность (рис. 5) - от 0,01 Вт/(м^К).

Самым явным недостатком является его высокая стоимость, в первую очередь связанная с отсутствием промышленного производства данного строительного материала на территории Российской Федерации и СНГ.

Рисунок 5 - Сравнительная необходимая толщина материалов для теплоизоляции одной и той же стены, в мм

Гидрофобность - материал отталкивает воду и жидкости.

Квадратный метр данного материала толщиной 5 мм стоит сейчас на рынке от ~30 до 60 у.е.

Несколько видов материалов, основанных на аэрогеле.

1. Пирогель ХТ - утеплитель для объектов с очень высокими температурами. Термоизоляционный материал для использования при сверхвысоких температурах, основой которого является аэрогель и нетканая армированная стеклянно-волокнистая прослойка. Изоляция используется для термоизоляции емкостей, труб, цистерн, оснащения. Оптимальный выбор для снабжения наибольшей термической результативности. Максимальная температура эксплуатации: до +645°С.

2. Криогель 2 - теплоизоляция для сверхнизких температур. Это высокоэффективный теплоизоляционный материал промышленного назначения, предназначенный для применения в условиях сверхнизких температур. Криогель является наилучшим технологическим решением для изоляции труб и теплоизоляции оборудования, работающих в сверхнизких температурах. Диапазон эксплуатации: от -250°С до +90°С. Материал представляет собой стекловолокнистый холст с распределенными в нем частицами аэрогеля. Также в конструкции есть слой пароизо-ляции (алюминиевая фольга) с полимерной пленкой.

3. Спейс-Лофт - теплоизоляция, содержащая в основе аэрогель. Это высокоэффективный теплоизоляционный материал, предназначенный для утепления строительных конструкций в любых климатических условиях. Позволяет максимально увеличить энергетическую эффективность промышленных и гражданских зданий и сооружений. Материал представляет собой стекловолокнистый холст с распределенными в нем частицами аэрогеля [3-8].

Заключение. Описанные выше технологии и методы их применения могут произвести революцию не только в области строительства, но и во всех областях промышленности. Данные инновационные материалы обладают гигантским потенциалом. Внедрение, дальнейшее изучение и модернизация предоставленного вида изделий не только рационально, но и необходимо в условиях нынешней реальности.

Список литературы:

1. Акимов Ю. Аэрогель - материал удивительный [Электронный ресурс] / Сайт «Ядерная физика в Интернете». Режим доступа: http://nuclphys.sinp.msu.ru/ (дата обращения: 15.01.2014).

2. Наука и разработки: интеренет-портал R&D [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://rnd.cnews.ru (дата обращения: 22.10.2013).

3. Портал эксклюзивного дистрибьютора «Aspen Aerogels Inc.» в России [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.aerogel-russia.ru (дата обращения: 20.12.2013.).

4. Grahov V.P., Grigoriev E.Yu., Shutov E.E. Rating evaluation of thermal and thermal insulating materials placed on the inner side of the wall // Fourth forum of young researhcers. Proceedings April 23, 2014. Izhevsk, Russia Publishing House.

5. Grigoriev E.Yu. The latest and current heat insulation materials» / Collection «All-Russian student academic conference with international participation». April-22-26, 2013, Izhevsk, Russia. P. 342.

6. Грахов В.П., Якушев Н.М., Григорьев Е.Ю. Рейтинговая оценка термо- и теплоизоляционных материалов, применяемых в отопительных системах // Материалы научно-технической конференции молодых ученых инженерно-строительного факультета ИжГТУ им. М.Т. Калашникова «Строительная наука и производство глазами молодых». Ижевск: ИжГТУ, 2014. С. 124.

7. Тарануха Н.Л., Грахов В.П., Григорьев Е.Ю. Рейтинговая оценка термо- и теплоизоляционных строительных материалов, размещенных с наружной стороны стены // Сборник материалов ежегодной международной научно-практической конференции «Фотинские чтения». Ижевск, 2014. С. 79.

8. Григорьев Е.Ю., Манохин П.Е., Горланов Е.В. Общая рейтинговая оценка термо- и теплоизоляционных строительных материалов // Вестник Ижевского государственного технического университета имени М.Т. Калашникова. Ижевск, 2015. № 3.