Создание огнестойких покрытий и теплоизоляционных наполнителей на основе местного минерального сырья

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. На сегодняшний день в мировой практике в сфере обеспечения пожарной безопасности зданий и сооружений ведущее место занимает создание нового поколения средств защиты с комплексом свойств на основе достижений инновационных технологий. «На основании статистики пожаров, в мире пожары наносят значительный ущерб безопасности жизнедеятельности людей, экономике и экологии»1. Одной из наиболее актуальных задач в связи с бурным развитием науки и технологий, с увеличением количества промышленных объектов и сооружений со сложными конструкционными решениями является качественное обеспечения пожарной безопасности для этих и других типов объектов. В ведущих странах мира отдельное внимание уделяется разработке высокоэффективных огнезащитных средств и покрытий, обладающих комбинированными свойствами на основе минерального сырья для повышения огнестойкости строительных конструкций и материалов. В Республике Узбекистан проводятся широкомасштабные мероприятия по обеспечению пожарной безопасности зданий и сооружений путем создания и совершенствования современных огнезащитных средств и систем. В этой сфере, в том числе, по созданию огнезащитных средств обеспечения огнестойкости строительных конструкций и материалов на основе местного сырья, повышению качества технических средств и методов предотвращения пожаров, проводится ряд исследовательских работ. В мире для обеспечения пожарной безопасности зданий и сооружений особое внимание уделяется созданию, на основе современных технологий, вспучивающихся «пассивных» средств огнезащиты и повышению с их помощью огнестойкости строительных конструкций и материалов. В связи с этим, осуществление целенаправленных научных исследований по направлениям, включающим совершенствование разработки моделей механизмов теплофизических и термохимических процессов, происходящих в защитных покрытиях под действием тепла; разработка компактных, точных и скоростных методов комплексной оценки влияния огнезащитных наполнителей на показатели пожарной опасности строительных конструкций и материалов; создание высокоэффективных тепло- и огнезащитных покрытий нового поколения на основе широко распространенных в природе минералов, считается одной из важных задач. Проведение научных исследований по вышеприведенным научно-исследовательским направлениям подтверждает актуальность темы данной диссертации. Диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в Законе Республики Узбекистан «О пожарной безопасности» (2009), Постановлении Президента Республики Узбекистан № ПП-1048 от 27 января 2009 года «О программе локализации производства готовой продукции, комплектующих изделий и материалов на основе промышленной кооперации на 2009 год», постановление Кабинета Министров №89 от 28 марта 2013 года «О мерах по реализации закона Республики Узбекистан «О пожарной безопасности» а также в других нормативно-правовых документах, принятых в сфере. Целью исследования является создание противопожарных средств на основе местного минерального сырья. Научная новизна исследования заключается в следующем: разработаны высокодисперсные огнеупорные теплоизоляционные наполнители на основе минерала вермикулита; разработаны виды вермикулитов с низкой и увеличенной температурой вспучивания, гидрофобный вермикулит, вермикулит с повышенной степенью вспучиваемости и вермикулит с хорошо сохраненной пористостью; разработан метод увеличения огне- и теплозащитных функций вермикулитов путем модификации тонкодисперсных вермикулитов при помощи обработки ультразвуком и химическими реагентами; разработаны новые составы с многоступенчатой огнезащитной функцией, на основе модифицированных тонкодисперсных вермикулитов, позволяющие перевести деревянные строительные материалы в группу трудногорючих материалов согласно государственному стандарту (ГОСТ 12.1.044); разработана технология получения огнезащитной силикатной красящей продукции на основе тонко дисперсных модифицированных вермикулитов; разработан негорючий теплоизоляционный материал на основе вспученного вермикулита, предназначенный для применения в качестве противопожарных преград; создан негорючий неорганический пеноматериал на основе тонкодисперсного вермикулита и ортофосфорной кислоты; созданы новые жидкие огнетушащие составы на основе мелкодисперсных вермикулитов и разработан метод оценки эффективности дополнительных показателей этих составов. ЗАКЛЮЧЕНИЕ На основе проведенных исследований по докторской диссертации на тему «Создание огнестойких покрытий и теплоизоляционных наполнителей на основе местного минерального сырья» представлены следующие выводы: 1. Разработан новый эффективный метод получения и механизмы измельчения фракций Тебинбулакского вермикулита различной дисперсности при помощи акустического поля и химических реагентов. На основе зависимости основных свойств минерала вермикулита от размеров его частиц, разработаны механизмы проявления термических и теплофизических свойств дисперсного минерала вермикулита, таких как степень вспучиваемости, теплопроводность и эндотермические эффекты в термограммах. Разработка механизмов проявления термических и теплофизических процессов минерала вермикулита в зависимости от степени дисперсности даст возможность предварительно оценить эффективность огне- и теплозащитных составов на минеральной основе. 2. Определено, что эффективность термических и огнезащитных свойств вермикулитов различной дисперсности и пылеватых смесей на их основе, взаимосвязаны с эндотермическими эффектами их термограмм. Разработаны методы управления термическими и теплофизическими свойствами минерала вермикулита и составов на основе вермикулита путем воздействия на термические свойства минерала. 3. Разработана математическая модель пористой дисперсной системы на основе высокодисперсных частиц минерала вермикулита. 4. Разработан новый двухэтапный способ воздействия на термические и теплофизические свойства минерала вермикулит. Для этого на первом этапе на вермикулит проводится воздействие сильными кислотами: ортофосфатом (Н3РО4) и азотом (HNO3), и на втором этапе воздействуют различными реагентами. Разработанный новый метод даёт возможность влиять на величину температуры вспучивания минерала вермикулит и созданных на его основе огнезащитных составов и изменять в нужном направлении. 5. На основе Тебинбулакского вермикулита разработаны новые виды вермикулита с улучшенными свойствами. Это вермикулиты с относительно низкой температурой вспучивания, вермикулиты с увеличенной температурой интервалом вспучивания, гидрофобный вермикулит и вермикулиты с хорошо сохраненной пористостью. На основе этих вермикулитов с улучшенными свойствами созданы новые по составу эффективные огне- и теплозащитные материалы и огнетушащие составы. 6. Впервые использованы новые активированные и модифицированные вермикулиты при получении смесей, защищающих от огня деревянные и металлические строительные материалы. Применение разработанных огнезащитных составов позволило придать горючему древесному сырью свойство трудногорючести и увеличить время достижения критической температуры для металлов (500°С). Применение разработанных огнезащитных покрытий позволило деревянные материалы из группы Г4 (сильно горючие) перевести в П (слабо горючие) согласно требованиям государственного стандарта и дало возможность увеличить время достижения критической температуры в металлах от 15 мин до 45 мин (в 3 раз). 7. Разработаны активированные и модифицированные вермикулиты и на их основе эффективные огнезащитные покрасочные материалы и покрытия, и создана технология их производства. 8. На основе вспученного вермикулита, натриевого жидкого стекла, концентрата минерала вермикулита и ортофосфорной кислоты разработаны новые пористые материалы двух видов, входящие в группу теплоизоляционных негорючих материалов. 9. Разработанная технология получения нового силикатного покрасочного материала на основе новых модифицированных тонкодисперсных вермикулитов внедрена в ООО «Уз-ДонгЖУ Пэинт Ко» г. Андижан. Полученный по созданной технологии покрасочный материал прошёл испытания в аккредитованной Национальной сертификационной системой пожарно-технической лаборатории Главного управления пожарной безопасности Министерства внутренних дел РУз, подтвердившей соответствие эффективности огнезащитных древесных строительных материалов требованиям государственного стандарта. 10. Впервые показана возможность получения стабильных суспензий на основе минерала вермикулита ультразвуковым способом в водной среде. Исследование полученных суспензий показало существование в них вермикулитсодержащих наночастиц и на основе этих суспензий получены новые эффективные огнетушащие составы. На основании проведенных исследований разработан способ определения дополнительного параметра, используемого при оценке эффективности жидких огнетушащих составов.