Фундаментальные научные исследования новых бетонов с безобжиговым зольным гравием с переходом к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике и глубокой переработке угля

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 проекта 21-19-00324

НазваниеФундаментальные научные исследования новых бетонов с безобжиговым зольным гравием с переходом к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике и глубокой переработке угля

Руководитель Ватин Николай Иванович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" , г Санкт-Петербург

Конкурс №55 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

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

Ключевые слова охрана окружающей среды, ресурсосбережение, зольный гравий, зола уноса, золоотвалы, бетонная смесь, конструктивное энергосбережение

Код ГРНТИ67.09.33

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
ПРОЕКТ НАПРАВЛЕН НА РЕШЕНИЕ СЛЕДУЮЩИХ НАУЧНЫХ ПРОБЛЕМ: - создание нового бетона с конструктивными и энергосберегающими свойствами на основе искусственного зольного гравия, обеспечивающего при своем производстве экономию невоспроизводимых природных ресурсов; - создание на основе нового материала новых ограждающих конструкций зданий и сооружений с адаптивными системами вентилируемых фасадов; - переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике и глубокой переработки угля путем использования золы уноса угольных ТЭС и ТЭЦ; - защита окружающей среды путем сокращения объемов зооотвалов и сокращения добычи невозобновляемых нерудных сырьевых материалов для строительства (гравий, щебень). Научные проблемы в своем единстве являются значимыми для выбранного приоритетами научно-технологического развития (подпункт «б» пункта 20 Стратегии научно-технологического развития РФ): «Переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, повышение эффективности добычи и глубокой переработки углеводородного сырья, формирование новых источников, способов транспортировки и хранения энергии». АКТУАЛЬНОСТЬ НАУЧНОЙ ПРОБЛЕМЫ Развитие современной техники и технологии в энергетике, строительстве и охране окружающей среды неразрывно связано с решением целого ряда важнейших фундаментальных задач. Одной из этих задач является создание эффективных систем комплексного использования органического топлива, создание новых видов конструктивных бетонов, сокращение объема золошлаковых отходов и сокращение использования сокращения добычи невозобновляемых нерудных сырьевых материалов для строительства (гравий, щебень). Ближайшие два десятилетия предполагается продолжение работы российских ТЭС и ТЭЦ и на каменном, и на буром угольном топливе. При этом образуется большое количество золошлаковых отходов, захоронение которых представляет техническую проблему и существенную техногенную нагрузку на окружающую среду. Анализ научно-технической литературы свидетельствует о принципиальной возможности замены крупного заполнителя в бетонах гранулированной золой уноса, что является способом ее утилизации. Использование гранул из золы уноса в бетоне позволит не только утилизировать промышленные отходы ТЭЦ и ТЭС, но и сохранить окружающую среду за счёт сокращение расхода природных невозобновляемых нерудных сырьевых материалов (гравий, щебень) при изготовлении бетона, а также уменьшения объемов золоотвалов. Кроме этого, гранулы из золы уноса позволят повысить качество бетона, путем уменьшения его деформации усадки. Это достигается путем предварительного насыщения пористых гранул водой и называется “внутренний уход” за твердеющим бетоном. Получаемый бетон обладает повышенным сопротивлением теплопередачи и может быть использован в ограждающих конструкциях зданий и сооружений в сочетании с новыми системами конструктивного энергосбережения. В свою очередь ТЭС и ТЭЦ становятся системными производителями наукоемких строительных материалов, в производстве которых используется внутренняя энергия органического топлива. Ранее эта энергия, затрачиваемая на физико-химические превращения неорганических примесей в угле, фактически безвозвратно терялась. НАУЧНАЯ НОВИЗНА исследований заключается: - в научном обосновании критериев выбора параметров безобжигового искусственного зольного гравия для использования его в качестве крупного заполнителя конструкционных марок бетона; - в новой постановке задачи проектирования состава бетонной смеси, обеспечивающей учет водосодержания предварительно насыщаемого водой искусственного зольного гравия; - в технологической разработке бетона с крупным заполнителем из безобжигового зольного гравия и определение области его применения исходя из проведенных исследований; - в получении новых результатов по теплофизическим и теплотехническим свойствам бетонов и железобетонов, в том числе в составе ограждающий конструкций зданий и сооружений: - в научном обосновании разработок по конструктивному энергосбережению в ограждающих конструкциях из бетона с искусственным зольным гравием и вентилируемым фасадом с замкнутым и разомкнутым термогравитационным контуром циркуляции воздуха; - в использовании внутренней энергии сжигаемого угля, затрачиваемой на физико-химические превращения неорганических примесей в угле, обеспечивая тем самым глубокую переработку угля; - в уточнении механизма химических и физико-химических процессов при гидратации зол уноса на поверхности безобжигового заполнителя; - в определении влияния безобжигового заполнителя из золы уноса на гидратацию цемента и твердение бетона; - в научном обоснование методов и объемов утилизации зольных отходов ТЭС и ТЭЦ путем использования их для производства товарного бетона и строительных изделий; - в оценке экономии невозобновляемых природных ресурсов, используемых в качестве крупного заполнителя для бетонов (гравий, щебень); - в переходе к ресурсосберегающей энергетике с существенно уменьшенным воздействием на окружающую среду.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Амран M., Федюк Р.С., Мурали Г., Аюдайппан С., Озбаккалоглы Т., Ватин Н.И., Карелина М., Клюев С.В., Холампур А. Fly ash-based eco-efficient concretes: A comprehensive review of the short-term properties Materials (MDPI), Materials 14(15),4264 (год публикации - 2021)
10.3390/ma14154264

2. Хасанов Б.Б., Чориев М.Х., Ватин Н.И., Исмаилова З., Тилаев А.Х., Мирзаев Т. Fundamentals of property and compositions management concrete mix and concrete E3S Web of Conferences 264, E3S Web of Conferences 264,02061 (год публикации - 2021)
10.1051/e3sconf/202126402061

3. Ватин Н.И., Абдикаримов Р.А., Ходжаев Д.А. Vibrations of a geometrically nonlinear viscoelastic shallow shell with concentrated masses E3S Web of Conferences, E3S Web of Conferences 264, 02046 (2021) (год публикации - 2021)
10.1051/e3sconf/202126402046

4. Рыбаков В.А., Селиверстов А.В., Раимова И. Lightweight steel-concrete wall bearing structures under high-temperature exposure E3S Web of Conferences, Том 261215 Номер статьи 040002 (год публикации - 2021)
10.1063/5.0113976

5. Владимир Рыбаков, Анатолий Селиверстов, Ксения Усанова, Ирода Райимова Combustibility of lightweight foam concrete based on natural protein foaming agent E3S Web of Conferences, vol. 264, article No 05001 (год публикации - 2021)
10.1051/e3sconf/202126405001

6. Ешматов Б., Абдикаримов Р.А., Амабили М. Ватин Н. Nonlinear Vibrations and Dynamic Stability of Viscoelastic Anisotropic Fiber Reinforced Plates Magazine of Civil Engineering, 118(2). Article no. 11811 (год публикации - 2023)
10.34910/MCE.118.11

7. Ерофеев В.Т., Коротаев С.А., Ватин Н. Deformation and Heat-Insulating Characteristics of Light Concrete on Porous Burned Binder Under Heating Materials Physics and Mechanics, 51(1) Pp. 33-41 (год публикации - 2023)
10.18149/MPM.5112023_4

8. Мурали Г., Абид С.Р., Аль-Лами К., Ватин Н.И., Диксит С., Федюк Р. Pure and mixed-mode (I/III) fracture toughness of preplaced aggregate fibrous concrete and slurry infiltrated fibre concrete and hybrid combination comprising nano carbon tubes Construction and Building Materials, Том 3622 Номер статьи 129696 (год публикации - 2023)
10.1016/j.conbuildmat.2022.129696

9. Ватин Н.И., Котов Е.В., Хоробров С.В. Analytical solution of the problem of flow in a porous rectangular bulkhead Строительство уникальных зданий и сооружений, том 105 статья No 10501 (год публикации - 2022)
10.4123/CUBS.104.1

10. Котлярская И.Л., Яковлев Н.А., Ватин Н.И., Немова Д.В. Modular energy-efficient enclosing structures with the aerogel thermal insulation. A review AlfaBuild, Том 24 Статья No 2402. (год публикации - 2022)
10.57728/ALF.24.2

11. Барабанщиков Ю.Г., Усанова К.Ю., Умаров С., Салимбаев М. Properties of concrete containing high-calcium fly ash artificial aggregate E3S Web of Conferences, 401, art. no. 03016 (год публикации - 2023)
10.1051/e3sconf/202340103016

12. Усанова К, Ватин Н., Барабанщиков Ю. Properties of Cold-Bonded Lightweight Aggregate Based on High Calcium Fly Ash SPRINGER NATURE, Book Title: Fundamental and Applied Scientific Research in the Development of Agriculture in the Far East (AFE-2022), Part of the book series: Lecture Notes in Networks and Systems (LNNS, volume 733) (год публикации - 2024)

13. Котлярская И.Л., Синельников А.С., Ватин Н.И., Немова Д.В., Яковлев Н.А., Абдикаримов Р.А. Modular Construction. Modular Ventilated Façade Concept Lecture Notes in Civil Engineering, 335, pp. 23 - 31 (год публикации - 2024)
10.1007/978-3-031-30570-2_3

14. Лесовик В.С., Попов Д.Ю., Федюк Р.С., Усанова К.Ю. Composite binders with superabsorbent polymers Строительство уникальных зданий и сооружений, 108 Article No 10803 (год публикации - 2023)
10.4123/CUBS.108.3

15. Кавказский В.Н., Кирсанова Т.А., Усанова К.Ю., Вафаева Х.М. Drainage bridge trays made of glass fiber reinforced polymer: physical, mechanical and operational properties Строительство уникальных зданий и сооружений, 109 Article No 10919 (год публикации - 2023)
10.4123/CUBS.109.19

16. Кирсанова Т.А., Щетенков А.В., Якупов С.З., Вафаева К.М., Шинкарева М.К. Variants of pipeline assemblies made of composite materials and their connections and technological units AlfaBuild, 28, Article No 2804 (год публикации - 2023)
10.57728/ALF.28.4

Публикации