+7 (342) 299 99 69

пн-пт с 900 до 1800

logotype

Теплоизоляционные композиты на основе рисовой шелухи

В настоящее время в связи с интенсивным развитием производства серьезной проблемой, нарушающей гармоничное развитие биосферы, является образование различных техногенных отходов, складирование которых ведёт не только к загрязнению, но и к нерациональному использованию земельных угодий, создаёт реальные угрозы значительных загрязнений атмосферы, ведёт к росту транспортных расходов и безвозвратной потере ценных материалов и веществ. Переработка же отходов позволяет высвобождать дефицитные земельные угодья, отводимые под отвалы, и весьма существенно снизить загрязнение природной среды. Поэтому все более актуальной задачей экономического развития промышленно развитых стран, в том числе и Казахстана, становится рациональное использование природных ресурсов, создание безотходных технологий и производств.

Значительная доля отходов приходится на сельскохозяйственное производство, к таким, в частности, относится и рисовая шелуха. Утилизация последней - важная задача для всех стран, занимающихся возделыванием и переработкой рисовой культуры: только в Казахстане на рисоперерабатьтающих заводах ежегодно образуется около 50 тыс. тонн вышеуказанных отходов, направляемых в основном в отвалы и создающих значительные экологические трудности. Задача переработки рисовой шелухи практически не решена и в других рисосеящих странах (Китае, Индии, США, России) и на протяжении многих лет не теряет своей актуальности.

В условиях активного проведения политики внедрения ресурсосберегающих технологий и предотвращения загрязнения окружающей среды существенное значение приобретает утилизация рисовой шелухи в энергосберегающем режиме, то есть в ее естественном виде, в частности, получение композиционных материалов различного назначения. При этом решаются как задачи комплексного использования растительного сырья, так и экологические проблемы в регионах рисопереработки.

Утилизация отходов рисопереработки в энергосберегающем режиме позволит сократить площади сельскохозяйственных земель, занимаемых этими отходами и снизить выбросы токсичных веществ в атмосферу, выделяемых при пиролизе рисовой шелухи вследствие деструкции ее компонентов. Одним из перспективных направлений утилизации рисовой шелухи без ее термохимической переработки является создание новых теплоизоляционных материалов с использованием рисовой шелухи в качестве наполнителя.

Следует отметить, также что в настоящее время одной из актуальных задач современной технологии строительных теплоизоляционных материалов является поиск альтернативных видов сырья для замены дорогостоящих и дефицитных ингредиентов, к которым относятся, например, полимерные наполнители.

Теплоизоляционные материалы широко применяются в отечественной и зарубежной практике при строительстве жилых и промышленных зданий, а также для теплозащиты технологического, энергетического и холодильного оборудования. Теплоизоляционные материалы - разновидность строительных материалов, характеризующихся малой теплопроводностью. Разность температур в средах, разделенных ограждением, приводит к переходу тепла от нагретой к холодной среде.

Цель теплоизоляции - ограничить количество передаваемого тепла.Однако для достижения значительного теплосопротивления необходимо делать либо ограждения большой толщины, что нецелесообразно как с экономической, так и технологической точек зрения, либо применять теплоизоляционные материалы, позволяющие существенно уменьшить толщину ограждения. Последнего можно достичь, применяя теплоизоляционные материалы с высокой пористостью, поскольку воздух, заполняющий поры таких материалов, является плохим проводником тепла. Теплоизоляционные материалы получают из различных видов минерального и полимерного сырья по различным технологиям.

Наиболее старыми теплоизоляционными материалами являются камышит и соломит, а также минеральная вата. В настоящее время к теплоизоляционным материалам относятся древесноволокнистые плиты, цементный фибролит, ячеистый бетон, пеностекло, газонаполненные пластмассы, поли-мербетоны и др. Однако, полимерные материалы, в том числе и наполнители, в Казахстане не производятся, а потребность в теплоизоляционных строительных материалах не иссякает. Наполненные вспененным полистиролом строительные блоки в настоящее время импортируются из Китая.

На основании изложенного целью данной работы является исследование возможности замены импортных полимерных наполнителей строительных теплоизоляционных материалов на отходы рисопереработки - рисовую шелуху (РШ). Объектом исследования в настоящей работе является рисовая шелуха Кызылординской области - отход ри-сопереработки.

Истинная плотность шелухи равна 0,735 г/см3, а насыпная - лишь 0,1 г/см3. Измельченная в различной степени шелуха имеет насыпную плотность от 0,19-0,21 до 0,380,4 г/см3. Насыпная плотность золы рисовой шелухи 0,1-Ю,2 г/см3 [1]. Основу рисовой шелухи составляют различные полимерные органические соединения в количестве до 70% весовых. Самый высокий процент приходится на долю целлюлозы - 40-45%, лигнина ~ 20-25% и гемицеллюлозы ~ 15% [2]. Спектральным анализом установлено присутствие в шелухе следующих элементов: Ca, Mg, Al, Cu, Mn, Fe, K, Na, Ti, Co и др. Преобладают оксиды Ca, Mg, Al, Fe.

Методы исследования - анализы термический, рентгенофазовый, ИК-спектроскопический. Теплоизоляционные материалы получали путем замеса цемента, песка и воды при различных соотношениях и последующем твердении образцов в естественных условиях, то есть в энергосберегающем режиме. Водоцементное отношение выбирали в пределах 0,3 - 0,6.

В качестве образца сравнения использовали теплоизоляционные материалы с добавкой полистирола по традиционной технологии [3]. В исследуемых образцах полистирол был заменен на рисовую шелуху. Для полученных образцов рассчитывали среднюю плотность, определяли пористость, а об удобоукладываемости или подвижности бетонной смеси судили по расплыву конуса, для чего определенный объем смеси помещали на специальную подставку и замеряли диаметр окружности в основании образовавшегося конуса.

В процессе приготовления теплоизоляционных материалов было также использовано в качестве добавки полимерное связующее марки ENVIRO-BOND SBRTM - каучуковая эмульсия, модифицированная стирол-бутадиеном, представляющая собой белую жидкость, применяемую для повышения качества замешиваемых на месте цементных растворов. Кроме того, была использована органическая добавка, полученная в результате пиролиза рисовой шелухи, содержащая, согласно данным газо-жидкостной хроматографии [4], карбоновые кислоты, фенолы и органические спирты. Поданным авторов [4], эта добавка обладает выраженным антимикробным действием на культуры Е. coli, Вас, subtilis, St. Aureus, Botritis cinerea и др. и может быть использована в качестве бактерицидного и обеззараживающего средства. Полученные результаты приведены в таблице.

Таблица. Состав и свойства стройматериалов с добавкой РШ (марка цемента М-400)

Содержание компонентов, г/дм3

Водоцем.

Рас-

По-

Средняя рас-

Цемент

Песок

Вода

Рш

Полистирол

ДобавкаENVIROBOND SBR

Орг. добавка

Отношение В/Ц

плыв конуса, мм

ристость,

%

четная плотность,

г/см3

420

210

120

0

12

0

0

0,3

35

4,2

762,0

210

105

60

0

6

22

0

0,28

29

1,68

403,0

420

210

120

24

0

0

0

0,3

21

4,2

774,0

160

0

100

26

0

0

0

0,6

20

4,8

286,0

160

0

100

52

0

0

0

0,6

45

4,8

312,0

80

0

60

52

0

0

0

0,75

37

5,2

192,5

80

100

40

52

0

0

0

0,5

30

2,4

272,0

200

0

50

54

0

17,5

0

0,25

30

1,0

321,5

600

0

150

162

0

50

0

0,25

27

3,0

962,0

311

0

33

54

0

0

0

0,1

33

-

398,0

311

0

133

54

0

0

0

0,4

35

6,22

498,0

311

0

111

56

0

4,5

0

0,35

35

4,67

482,5

422

0

189

87,5

0

0

0

0,45

37

10,45

698,5

700

0

400

125

0

0

82,5

0,57

31

25,9

1307,5

700

0

250

125

0

20

0

0,35

45

10,5

1095,0

420

210

350

50

0

0

67

0,83

34

26,46

1097,0

420

0

189

145

0

0

47

0,45

35

10,45

801,0

270

0

27

45

0

0

0

0,10

26

-

342

270

0

108

45

0

0

0

0,40

29

5,4

423

373

0

145

55

0

0

43

0,38

21

6,71

616,0

311

0

166

55

0

0

37

0,53

23

10,26

569,0

Из анализа представленных результатов следует, что образцы, полученные на основе цемента М-400 с добавкой песка и полистирола по традиционной технологии при водоцементном отношении 0,30-0,38, имеют среднюю расчетную плотность 400-760 г/см3 и расплыв конуса в пределах 32-35 мм. Пористость этих образцов лежит в пределах 1,6-4,2 % (таблица 1).

Добавка рисовой шелухи вместо полистирола при том же водоцементном отношении несколько снижает расплыв конуса, тогда как пористость и средняя расчетная плотность материала практически не меняются (таблица 1). При замене песка на рисовую шелуху для получения удобоукладываемой смеси водоцементное отношение пришлось увеличить в 2 раза, при этом средняя плотность образцов уменьшилась при некотором увеличении пористости.

Следует отметить, что при низком водоцементном отношении прочность образцов была невысокая и они легко разрушались Увеличение расхода цемента и рисовой шелухи при массовом отношении цемент : рисовая шелуха = 6:1 и водо-цементном отношении 0,4-0.6 не только в 2 раза увеличило среднюю плотность, но и привело к значительному увеличению пористости -от 4,2 до 10-25%.

Более высокая пористость способствует повышению теплопроводности, поэтому для дальнейших исследований теплопроводности и прочности в качестве оптимальных составов были выбраны образцы с водо-цементным отношением 0,4-0,45 и соотношением цемент : рисовая шелуха = 6:1.

Из анализа полученных результатов следует, что оптимальным составом тегшоизоляционных материалов, обладающих высокими прочностными и теплоизоляционными свойствами и исключающих использование импортных органических добавок, являются материалы, содержащие цемент марки М-400, воду и рисовую шелуху в соотношении Ц/РШ = 6:1 при водоцементном отношении 0,40-0,45. Кроме того, возможно добавление органической добавки, получаемой при пиролизе рисовой шелухи в количестве 10 масс.% от массы цемента.

Технология получения заключается в смешении цемента, воды и рисовой шелухи при заданном соотношении в течение 10 минут в смесителе. Возможна также добавка органического компонента - продукта пиролиза рисовой шелухи в количестве 10 масс.% от расхода цемента. Полученная смесь укладывается в формы, затем на смесь кладут гиперплиту и подводят форму под пресс. Сформованная панель сушится в естественных условиях в течение 2-3 суток (в зависимости от количества добавленной воды). Затем производят распалубку форм, снятие панелей, проверки их качества и отправки на склад. Формы очищают, смазывают и собирают для формования следующей партии панелей.

Данная технология является энергосберегающей, так как процесс сушки и формования панелей проводят без подвода внешнего тепла. Кроме того, в технологии предусматривается использование отходов рисового производства, что будет способствовать улучшению экологической обстановки в Кызылординской области. При изготовлении строительных панелей с добавлением к бетонной смеси органической добавки, полученной в результате пиролиза рисовой шелухи, разработанные материалы приобретают также бактерицидные свойства, что будет препятствовать развитию различных грибковых поражений строительных конструкций.

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голосов)
  • Комментарии к статье
  • Вконтакте
  • Facebook

Содержимое второго блока