Введение к работе
Актуальность темы. Нехватка энергетических ресурсов - одна из основных глобальных проблем развития человеческой цивилизации в конце 20 ІО и начале 21 '"века. Атомная промышленность, являясь поставщиком важнейшего альтернативного вида энергии, уже не может успешно функционировать и развиваться без проведения крупномасштабных исследований по безопасной эксплуатации объектов ядерной энергетики, градостроительных структур, гражданских и промышленных зданий.
С момента зарождения атомной энергетики минуло всего несколько десятков лет. но вследствие катастроф рахтичного характера на ее объектах обширные территории нашей страны в западных, центральных и северных областях, а также в Приуралье подверглись радиоактивному заражению. На человека, архитектурную среду, ее здания и сооружения стали оказывать неблагоприятное воздействие такие новые факторы, как повышенный фон радиоактивного излучения и накопление вредных отходов атомной промышленности.
Традиционные ограждающие конструкции и их материалы, предназначенные для зашиты внутренней среды обитания от неблагоприятных климатических и агрессивных воздействий в этих условиях не могут обеспечить ее защиту от проникающего излучения и формирование необходимых параметров микроклимата помещений. В связи с этим весьма актуальной является задача создания материалов и конструкций с высокими защитными свойствами от гамма- и нейтронного ігзлучения.
В то же время острый энергетический кризис требует концентрации усилий специалистов на разработке эффективных теплозащитных материалов, что, с одной стороны, обеспечивает существенную экономию расходования энергоресурсов на отопление, горячее водоснабжение и другие нужды эксплуатируемых зданий, а с другой - позволяет уменьшить экологический ущерб от извлечения из недр, транспортировки и сжигания миллионов тонн топлива. Действительно, энергоснабжение только гражданских зданий требует более 1/3 добываемого в нашей стране твердого и газообразного топлива, а использование эффективных теплоизоляционных материалов в рацион&тьно спроектированных наружных ограждающих конструкциях здания дает возможность уменьшить его теплопотери в среднем на 10-20%.
Эти актуальные вопросы развития науки в области материаловедения позволили сформулировать цель настоящей работы.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является создание и исследование защитных материалов (на основе промышленных отходов) от ионизирующего излучения, обладающих повышенными теплозащитными свойствами. Помимо этого, в задачу работы входило также исследование таких важных эксплуатационных качеств этих материалов, как термическое расширение, сорбпионная способность, прочность.
Для достижения поставленной цели последовательно решались следующие задачи:
-
Исследовать процессы теплопередачи в высоко- и предельнона-полненных композитах путем использования концептуальных подходов к описанию теплопроводности в ісгерогенньгх телах и построения на их основе упрощенной расчетной схемы теплопроводности для исследуемых типов материалов.
-
Исследовать влияние вида и количества связующего на теплофизи-ческие и другие эксплуатационные свойства.
-
Исследовать влияние гранулометрического состава на прочностные и теплофизические свойства композитов.
-
Разработать составы композитов, обладающих одновременно хорошими теплоизоляционными и прочностными свойствами.
-
Изучить защитные свойства разработанных составов от действия проникающей радиации.
-
Выполнить анализ теплотехнической эффективности полученных композитов в сравнении с традиционными материалами, широко используемыми в архитектуре и строительстве.
Научная новизна работы состоит в том, что на основе концептуальных представлений о формальной схожести процессов переноса тепла и электричества для ПНКМ была разработана рабочая гипотеза, на основании которой предложена упрощенная расчетная схема по опенке величины теплопроводности исследованных композиционных маїериалов. Анализ полученных результатов экспериментов показал возможность использования данной расчетной схемы для предварительной оценки теплопроводности изучаемых ПНКМ.
На основе экспериментальных данных построены экспериментально-статистические зависимости теплопроводности (ЭС модели) от состава
J ПНКМ. Показана эффективность использования симплекс-решетчатых планов для нахождения зависимостей такого рода.
Получены составы высоконаполненных композиционных материалов для зашиты от радиации, обладающих оптимальным сочетанием теплоизоляционных и прочностных свойств, а также другими улучшенными тепло-физическими характеристиками. Обоснована возможность создания композитов с высокой плотностью (3000...4000 кг/м1) из отходов производства с целью их использования в конструкциях тепловой зашиты зданий, проектируемых или эксплуатируемых на территориях с повышенным фоном радиоактивного излучения в различных климатических условиях.
Практическая значимость и реализация результатов работы:
Построена экспериментально-статистическая (ЭС) модель, которая позволяет описать взаимосвязь между видом связующего, гранулометрическим составом, степенью наполнения ПНКМ с одной стороны и коэффициентом теплопроводности - с другой. На основании полученных ЭС уравнений была решена практическая задача по оптимизации состава ПНКМ для условий, когда основным фактором оптимизации является теплопроводность материала, знание величины которой позволяет изготовить ПНКМ с повышенными теплозащитными или теплоотводяшими свойствами в зависимости от вида проектируемого сооружения и условий эксплуатации.
Разработаны реиептурно-технологические параметры изготовления элементов ограждающих конструкций в виде плиток с улучшенными теп-лофизическими свойствами на основе ПНКМ высокой плотности, применяемых для зашиты от радиации.
Разработанные составы композитов и элементы на их основе получили промышленную проверку на заводе АО "Красный гигант" путем устройства защитных слоев на поверхности ограждающих конструкций.
Экологическая значимость работы заключается в использовании для получения композитов отходов местного промышленного производства, а также в разработке материала с повышенными теплозащитными свойствами, что обеспечивает определенную экономию топливно-энергетических ресурсов при эксплуатации зданий и, как следствие, некоторое улучшение экологической обстановки в местах добычи и сжигания топлива.
Апробация работы. По результатам исследований сделаны доклады и сообщения: на III Международной научно-практической конференции
4 "Вопросы застройки городов" (23-24 мая 1996 і.), і- Пенза, на Международной научно-практической конференции "Хозяйственно-питьевая и сточные воды: проблемы очистки и использования" (27-28 ноября 1996 г.), г. Пенза, на XXIX научно-технической конференции ПГАСА (24-28 марта 1997 г.), г. Пенза, на IV Международной научно-практической конференции (29-30 мая 1997 г.), г. Пенза.
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 10 работ, подана заявка на патент.
Структура и объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка литературы, приложения, содержит 153 страниц машинописного текста, 37 рисунков, 44 таблицы. Список литературы состоит из 94 работ советских и зарубежных авторов.
