CC BY
43331.10, использующего бензин и газообразное топливо // Известия Международной академии аграрного образования. 2022. № 58. С. 54-57.
УДК 528.4
РАЗРАБОТКА СОВРЕМЕННЫХ ЭКОЛОГИЧНЫХ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ РАСТЕНИЕВОДСТВА
Золотарев А.С., бакалавр 4 курса направления подготовки 08.03.01 «Строительство». Научный руководитель: к.э.н. Питель Т.С. ФГБОУ ВО Орловский ГАУ
АННОТАЦИЯ
Повышение в России темпов и объемов строительства, в том числе малоэтажного, быстро увеличивает спрос на новые конструкционные и теплоизоляционные материалы в качестве альтернативы обычному кирпичу, дереву, бетону и полимерам. На этом фоне исключительно востребованы стали композиционные изделия, выполненные на базе древесного и растительного сырья - отходов от деятельности деревообрабатывающих предприятий минеральных связующих, термопластичных полимеров (древесно-полимерные композиты). В соответствии с целевой федеральной программой «Отходы» и законом «Об отходах производства и потребления», вовлечение в стройиндустрию, как в наиболее материалоёмкую отрасль, вторичных материальных ресурсов представляется одним из главенствующих направлений науки и техники. Одним из источников расширения сырьевой базы местных плитных спрессованных строительных материалов представлены отходы деревообработки и одревесневшие отходы сельского хозяйства. Данные отходы относятся к восстанавливаемым источникам сырья, следовательно, разработка технологии вовлечения их в переработку расширяет энергоресурсный потенциал производства теплоизоляционных материалов на основе естественных биополимеров.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Экологичность, биополимеры, органическое вяжущее, теплоизоляционные плиты, фурол, спрессованные отходы растениеводства.
ABSTRACT
The increase in the pace and volume of construction in Russia, including low-rise, is rapidly increasing the demand for new structural and thermal insulation materials as an alternative to conventional brick, wood, concrete and polymers. Against this background, composite products made on the basis of wood and vegetable raw materials - waste from the activities of woodworking enterprises of mineral binders, thermoplastic polymers (wood-polymer composites) have become extremely in demand. In accordance with the target federal program "Waste" and the law "On Production and Consumption Waste", the involvement of secondary material resources in the construction industry, as in the most material-intensive industry, is one of the main directions of science and technology. One of the sources of expansion of the raw material base of local slab pressed building materials is woodworking waste and lignified agricultural waste. These wastes belong to recoverable sources.
KEYWORDS
Environmental friendliness, biopolymers, organic binder, thermal insulation boards, furol, compressed crop waste.
Введение. В современном строительстве применяются самые разнообразные материалы на базе природных, искусственных и композитных веществ, сочетание которых может негативно воздействовать на самочувствие человека. Долгое время проблеме экологичности материалов для постройки и отделки жилых домов в нашей стране не придавалось большого значения. Одной из главных причин являлись исключительно экономические аспекты, так и недостаточное осознание тесной взаимосвязи здоровья человека и тех материалов, что его окружают в обыденной жизни. На данный момент отсутствуют научно-обоснованные рекомендации по применению и использованию отходов растениеводства в качестве основы для производства современных экологичных строительных материалов.
Целью работы является разработка состава и технологии изготовления современного экологически чистого теплоизоляционного материала, что в свою очередь позволит рационально использовать древесное и растительное сырье и улучшить экологическую ситуацию во многих регионах России/
Материалы и методы исследований. В настоящее время на территории РФ скопилось более 1 млрд. м2 природных отходов, которые занимают большие земельные площади, загрязняя окружающую среду. Кроме того, ежегодно тысячи тонн остатков урожая остаются невостребованными, их сжигают, вызывая загрязнение атмосферы. Представлены данные по урожайности соломы зерновых культур на территории России. Урожайность (тыс. тонн) соломы ржи составляет 903,9-1798,6; пшеницы - 976,3-2577,6; подсолнечника - 11187-1779; кукурузы - 431,5-617,1. По причине больших объемов производства до 40-50% соломы не используется. За сезон количество образующихся растительных отходов, выращиваемого в аграрных предприятиях, составляет примерно 110-150 тыс. тонн. На рисунке 1 представлена диаграмма валового сбора сельскохозяйственных культур в Орловской области.
Рисунок 1 - Валовый сбор основных сельскохозяйственных культур в Орловской
области (на 01.10.2022г.)
Основная часть. Органические теплоизоляционные материалы в зависимости от типа применяемого заполнителя можно условно разделить на две группы:
материалы на основе органических остатков (древесина, отходы деревообработки, торф, однолетние растения, шерсть животных и т. д.) и материалы, в основе которых применяют фенольные и фурроловые смолы. Анализируя данные отечественных и зарубежных источников можно суверенностью говорить о том, что наибольшее влияние на физические и механические свойства органических теплоизоляционных материалов оказывает влажность, исходный фракционной состав и вид растительного сырья, состав связующего компонента. Применение подготовительной автоклавной гидротермической обработки древесины позволяет понизить давление горячего прессования с 25 до 15 МПа и температуру прессования со 180 до 160°С, а также способствует пластификации растительной ткани и формированию связующих и гидрофобных веществ (ВВ, ЭВ, КЛ) в ней, тем самым повышая физико-механические характеристики спрессованных плит. Установлено, что в процессе автоклавной гидротермообработки древесины выполняется удаление парогазовой смеси, в следствии чего в атмосферу выбрасываются вещества, содержащие фурол. Однако это делать нецелесообразно, поскольку фурол способен взаимодействовать с ацетоном с образованием мономера ФА, а также способен вступать во взаимодействие с компонентами растительной ткани, образуя смолоподобные вещества [1]. В то же время использование жидкого стекла способствует росту огнестойкости теплоизоляционных материалов на заполнителях растительного происхождения. Учитывая современную конъюнктуру на рынке теплоизоляционных материалов, в проводимых исследованиях ставится задача получения экологически безопасного и эффективного теплоизоляционного материала с высокими физико-механическими показателями, позволяющего рационально утилизировать многотоннажные отходы растениеводства на территории РФ, и Орловской области в частности. С целью определения степени влияния количества вводимого вяжущего, расходов соломы и стеблей, а также давления формования на физико-механические свойства стебле-соломенных плит реализован 3-х факторный эксперимент, в таблице 1 представлены физико-механические характеристики растительных заполнителей используемых для изготовления теплоизоляционных материалов [2].
Таблица 1 - Физико-механические характеристики теплоизоляционных материалов _на основе растительных отходов сельскохозяйственного производства_
Физико-механические характеристики
№ плотность, кг/м3 прочность предел коэффициент
состава Заполнитель на сжатие при 10% деформации, МПа прочности при изгибе, МПа теплопроводности, Вт/(м°С)
1 Ржаная солома 225 0,35 0,82 0,059
2 Кукурузная солома 220 0,27 0,58 0,063
3 Пшеничная солома 220 0,29 0,65 0,056
4 Овсяная солома 210 0,27 0,6 0,058
5 Рисовая солома 210 0,23 0,5 0,062
6 Костра льна 230 0,5 0,62 0,054
7 Рисовая лузга 230 0,5 0,34 0,068
8 Волокно коры деревьев 200 0,21 0,75 0,052
9 Стебель подсолнечника 210 0,28 0,37 0,07
Для установления степени влияния факторов на выходные параметры была выполнена экспериментальная проверка возможности использования органического вяжущего путем заполнения связующего для двух вариантов: - без ввода органического вяжущего;
- с добавлением органического вяжущего. В качестве примера на рисунках 2, 3 приведены зависимости влияния изменения факторов на прочность на сжатие при 10% деформации и коэффициент теплопроводности (с использованием и без введения органического вяжущего).
2 - органические материалы Рисунок 2 - Влияние изменения факторов на коэффициент теплопроводности (органические и неорганические материалы)
Рисунок 3 - Влияние изменения факторов на прочность на сжатие при 10% деформации (в кодированных переменных)
Результаты работы. Таким образом, в ходе опытной проверки гипотезы о способности реализации способа кристаллизации растительных частей путем
распыления связующего было установлено, что органическое связующее на основе жидкого стекла отверждаемое холодным способом пригодно для распыления. Главная причина этого заключается в повышенной реакционной способности компонентов связующего и быстром повышении вязкости стекла после ее введения в растительную смесь. Установлено, что наиболее эффективными добавками для получения водостойкого жидкого стекла являются гексафторсиликат натрия, гипс, двухкомпонентные добавки извести и гипса, а также мела и гипса. Оптимальное количество вводимых добавок составляет 8-10%. При таких дозировках растворимость жидкого стекла с Na2SiF6 составляет не более 14% с образованием нерастворимого остатка в количестве 86-89%. Введение гипса позволяет получить нерастворимый остаток, равный 86-90% по массе. Двухкомпонентная добавка гипса и мела повышает водостойкость жидкого стекла до 88-90%, а добавка извести и гипса - до 92-95% [8].
Из полученных зависимостей, представленных на рисунках 2 и 3, в виде изотерм сорбции следует, что сорбционная влажность материала на основе рубленой соломы при относительной влажности воздуха до 60% ниже сорбционной влажности материала на основе смеси рубленой соломы и костры льна на 11,2%. Однако уже при влажности воздуха 80% сорбционная влажность материала на основе соломы равна 26,3%, что превышает на 32% сорбционную влажность материала на основе смеси соломы и костры льна, равную 20% [5].
По результатам испытаний установлено, что при температуре от минус 5 до минус 20 °С и влажности воздуха 50-95 % в холодном отделении камеры, эффективность плит из смеси соломы с кострой относительно соломенных плит по основным теплотехническим характеристикам выше на 15-45% [7]. При проведении исследований теплоизоляционные плиты закладывали в кладку наружной стены, укладывали на чердачном перекрытии, устанавливали на стеновом ограждении с вентилируемой системой утепления при возведении индивидуальных жилых домов. Показатели температур по толщине ограждений и плотностей тепловых потоков с помощью датчиков фиксировались информационно-измерительным комплексом РТП-1-16Т в течение осенне-зимне-весеннего периода [9].
Применение спрессованных стебле-соломенных плитных строительных материалов в качестве ограждающих конструкций позволяет снизить теплопотери более чем в 7 раз по сравнению с кирпичными или бетонными стенами вследствие простоты технологии и незначительного веса строительство дома площадью 70 кв. м займет всего 2-3 недели.
Заключение. Таким образом, при правильно подобранном давлении формования, расходе жидкого стекла и соотношении заполнителей рубленые стебли соломы с сохраненной капиллярной микроструктурой внутренней и внешней областей в процессе формовки совместно с кострой льна обеспечивают одновременно получение жесткой и прочной структурной системы «каркас в каркасе» в сочетании с высокими теплотехническими показателями теплоизоляционных плит. Результаты проведенных исследований наглядным образом показывают возможность создания плитных изоляционных материалов с добавками измельченной соломы, стеблей подсолнечника и кукурузы с неорганическим связующим. Изменение количеств добавляемых веществ позволяет создавать материалы с требуемыми теплопроводными и термостойкими свойствами.
Библиография:
1. Федеральный закон «Об охране окружающей среды» от 10.01.2022 N 7-ФЗ // URL: http://www.consultant.ru/document/cons doc LAW 34823 (дата обращения: 10.11.2022 г.).
2. Приказ Росстандарта от 15.12.2015 N 1579 «Об утверждении информационно-технического справочника по наилучшим доступным технологиям «Обезвреживание отходов термическим способом (сжигание отходов)».
3. Арбузов В.В., Озерова П.В. Экология с позиции экономики // Инновационные технологии организации и обучения инженеров-строителей: материалы XXVII научно-методической конференции. Пенза: ПГАСИ, 2020. С. 176-177.
4. Химия растительного сырья: Учебное пособие / А.В. Вураско, А.Р. Минакова, А.К. Жвирблите, И.А. Блинова // Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2021. С. 59-72.
5. Горбач С.П., Озерова Н.В., Когушов А.В. Токсикологические показатели модифицированных карбамидоформальдегидных смол // Научнотехнический семинар. Пенза: ПТИ, 2019. С. 185-186.
6. Неорганические компоненты соломы и шелухи овса / Л.А. Земнухова [и др.] // Химия растительного сырья. 2020. № 1. С. 147-152.
7. Мамина Д.Х., Озерова Н.В. Композиционные строительные материалы из отходов лесного и сельского хозяйства // Композиционные строительные материалы. Теория и практика: сборник материалов международной научно-практической конференции. Пенза: ПДЗ, 2021. С. 13-14.
8. Озерова Н.В. Прессованные строительные материалы из древесного и другого растительного сырья без связующих // Экология и жизнь: сборник материалов международной научно-практической конференции. Пенза: ПДЗ, 2020. С. 89-90.
9. Питель Т.С., Беликов К.Е. Проблемы поддержки строительной отрасли в период неопределенности // Наука без границ и языковых барьеров: материалы международной научно-практической конференции. Орёл, 2021. С. 341-344.
10. Питель Т.С. Управление инвестиционным портфелем интегрированных систем агропромышленного комплекса // Продовольственная безопасность как фактор повышения качества жизни: материалы Национальной (Всероссийской) научно-практической конференции. Орел, 2021. С. 27-31.
УДК 621.439
ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ГАЗОБАЛЛОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЧЕТВЕРТОГО ПОКОЛЕНИЯ АВТОТРАНСПОРТНОЙ ТЕХНИКИ
Коваливнич В.Д., старший преподаватель, Аносова А.И., к.т.н., доцент. ФГБОУ ВО Иркутский ГАУ
АННОТАЦИЯ
Основой развития производственных процессов, включая агропромышленный комплекс, являются современные технические средства и технологии. Становление агропромышленного комплекса на качественно новый уровень обеспечивается во многом разработками аграрной науки. Существенное значение при решении приоритетных задач развития сельскохозяйственного производства имеет его современное автотракторное сопровождение. В качестве горючего поршневых двигателей внутреннего сгорания все более широкое распространение получает газообразное топливо. На основе выполненного литературного обзора и анализа особенностей конструкции и, принципа функционирования газобаллонного оборудования четвертого поколения выявлены его положительные и отрицательные стороны. Установлены перспективы их развития.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Агропромышленный комплекс, автотранспортная техника, газобаллонное оборудование.
