13 июня 2016

 

Ю.Д. КОЗЛОВ, д-р техн. наук, О.П. СИДЕЛЬНИКОВА, д-р техн. наук,
В.В. КРАЮШКИН, инженер (Пензенская государственная
архитектурно-строительная академия)

 

ХХ век ознаменовался чрезвычайным событием в истории естествознания — впервые была получена энергия из атома. Быстро развивались исследования в области прикладных наук.

 

В начале XXI века потребности выхода промышленности на более высокий уровень развития потребовали привлечения новых достижений науки и на их базе — высоких технологий.

 

Изучение химических, биологических и других явлений, происходящих под действием интенсивных потоков излучений, способствовало возникновению самостоятельных областей науки — радиационной химии, радиационного материаловедения, радиационной металлургии, медицины и др. [1, 2].

 

Реализация радиационных процессов в промышленном масштабе в последние 15—20 лет показала не только неоспоримые перспективы использования ядерной энергии на практике, но и огромные коммерческие преимущества применения высоких технологий на базе источников излучений для развития различных отраслей хозяйства страны. Значительные достижения науки по отдельным областям производства рассмотрены в монографиях [1—3] и специальной литературе [4—8]. Практическая значимость таких процессов неоднократно подчеркивалась на международных конференциях и симпозиумах [6, 8—12].

 

Техническая возможность и экономическая эффективность реализации промышленных процессов определяются в основном наличием достаточно мощных источников излучений с физическими параметрами, необходимыми для проведения процессов. Следует отметить, что изготовление, транспортирование мощных радиоизотопных источников излучений, создание соответствующих установок и манипулирование источниками при эксплуатации в настоящее время уже относятся к области инженерной практики. При разработке этих этапов в значительной мере теперь будет использоваться опыт предшествующей работы с гамма-установками и установками с ускорителями электронов.

 

Таким образом, XXI век начат не только разработанными на стадии исследований новыми технологическими процессами, но и проверенными в заводских условиях эксплуатации мощными, экономичными установками с выпуском многотоннажных партий совершенно новых материалов в строительной индустрии и других отраслях хозяйства.

 

Радиационная технология в индустрии в последние годы выросла в самостоятельную область. Толчок в развитии этого направления оказало резкое повышение цен на топливо еще в 80-х годах XX века. В мире были повышены цены на углеводородное топливо и электроэнергию по сравнению, например, с 1972 г. в 6 раз, что, естественно, отразилось на ценах на сырье для производства пластмасс, каучуков и других материалов. Эта ситуация послужила основной причиной развития новых тенденций в использовании ионизирующих излучений, обеспечивающих снижение расхода сырья, высокую эффективность использования энергии и отходов.

 

Опыт создания и эксплуатации гамма-установок и установок с ускорителями электронов позволил в ряде случаев перейти к их серийному выпуску. Общая мощность радиационных установок в мире в конце ХХ века составила около 35 Мвт, в том числе установок с ускорителями электронов более 25 Мвт [2, 5, 8, 11]. Следует подчеркнуть, что мощность каждой установки, вводимой в эксплуатацию, повышается, что влияет на производительность выпускаемой продукции и экономику процесса [12].

 

Широкое развитие получили работы по модифицированию обычных строительных материалов синтетическими моно- и олигомерами с последующей радиационной полимеризацией их в пористой структуре.

 

Таблица 1

Свойства материала

Модифицированная

ВПМ*

БПМ*

ТПМ*

ФГПМ*

ГПМ*

береза

осина
Плотность, кг/м3

1200

1100

1150

2900

2400

2500

2800
Содержание полимера, мас.%

35

40

40

3-9

10-20

14

12-16
Прочность, МПа
при сжатии

15

12

130

200

150-190

60-100

60-100
при изгибе

250

150

40

20-30

20-40

15-30

30
Водопоглощение за 24 ч, %

6

6,5

6

0

0,52

0,09

0,5
Степень истираемости, г/см2

0,23

0,55

0,11

0,04

0,09

(5-7)10-4

(5-7)10-4
Морозостойкость, циклы

250

250

250

5000

2000

2000

2000
Потеря прочности после воздействия кислот в течение 90 сут, %

—

—

25

25

20

30

30
Горючесть Трудносгораемые Несгораемые
* ВПМ — волокнистые плиты модифицированные; БПМ — бетонополимерные материалы; ТПМ — туфополимерные материалы; ФГПМ — фосфогипсополимерные материалы; ГПМ — гипсополимерные материалы

 

Таблица 2

Показатели

Паркет из березы или осины

Волокнистые плиты (ВПМ)

Отделочные плитки с радиационно-отверждаемым покрытием (вместо керамических)

 Плиты искусственного мрамора (ФГПМ, ГПМ)
Годовая производительность, тыс. м2/год

500

500

1500

 40
Капитальные затраты, тыс. р

17000

18000

17000

 18000
Годовые расходы, тыс. р

5000

6000

7000

 7000
Себестоимость,

р/м2

40-50

40-60

20-40

 200-300
Срок окупаемости, лет

0,8-1

0,8-1

0,6-1

 0,8–1,5

 

В России работают установки по модифицированию паркетной плитки, производству поропласта, радиационно-модифицированных полиэтиленовых сантехнических изделий (труб, радиаторов), монтажных муфт, манжет и пленок, процессы радиационного отверждения лакокрасочных покрытий на изделиях из древесины, металла, пластмассы и других материалов [1, 2, 11].

 

В последние годы нами было уделено большое внимание переработке сравнительно дешевого сырья (песок, гипс), бытовых и промышленных отходов (древесина и растительные отходы, фосфогипс, каменные строительные отходы и др.). На этой основе разработаны перспективные материалы: радиационно-модифицированые волокнистые, гипсо- и фосфогипсополимерные плиты (искусственный мрамор), композиционные отделочные с любой фактурой и рисунком плитки с радиационно-отверждаемым покрытием. Все эти и другие материалы в основном изготовляются из отходов или дешевого сырья, но имеют высокие физико-механические и химические показатели и красивую фактуру, позволяющие их использовать для наружной и внутренней отделки офисов, жилых и промышленных зданий. Особенно следует подчеркнуть возможность широкого использования модифицированных волокнистых плит для настила полов в животноводческих фермах. Для сравнения ниже приведены характеристики некоторых материалов.

 

Известно, что промышленность строительных материалов — ресурсоемкая отрасль. В ней расходы на сырье, топливо, электроэнергию составляют более 60% общих затрат на производство. На долю топливно-энергетических ресурсов в структуре материальных затрат приходится до 30—35%. Анализируя производство рассматриваемых материалов, следует подчеркнуть, что благодаря применению источников излучения затраты на энергетические ресурсы сокращаются до 15—20%. При отверждении каждого миллиона квадратных метров покрытия ускоренными электронами будет сэкономлено более 3 млн кВтч электроэнергии.

 

Основные физико-механические показатели отдельных радиационно-модифицированных материалов, представленных в работе [2], приведены в табл. 1.

 

Промышленность может существенно улучшить состояние окружающей среды при условии частичной замены природного сырья отходами промышленности — золами, шлаками, фосфогипсом и т. п.

 

Существенным является и то обстоятельство, что при использовании радиационной технологии и отходов с низкими удельными активностями, при облучении температура материала не поднимается выше 60оС, поэтому коэффициент эманирования радия в материале остается почти неизменным, а эффективная удельная активность низкая (20—30 Бк/кг). Этот эффект дает возможность использовать новые материалы (при необходимости) для снижения мощности дозы в помещении.

 

Целесообразность реализации радиационных процессов в значительной мере определяется их экономической эффективностью и коммерческой целесообразностью.

 

Для сравнения экономической эффективности радиационного способа производства, полагая неизменность средней отпускной цены на продукцию, производимую другими способами, показателем являются приведенные затраты (р/ед. продукции). Как известно, на этот показатель влияет: годовая производительность, капитальные (единовременные) затраты и годовые (текущие) расходы. В табл. 2 приведены основные экономические показатели производства некоторых радиационно-модифицированных материалов.

 

Анализируя представленные данные, следует подчеркнуть, что из всего многообразия наиболее перспективных радиационных технологий [2] следует выделить процессы радиационного модифицирования отходов (ВПМ), производство отделочных многоцветных плиток с радиационно-отверждаемым покрытием и искусственного мрамора.

 

Список литературы

  1. Козлов Ю.Д., Путилов А.В. Технология использования ускорителей заряженных частиц в индустрии, медицине и сельском хозяйстве. М.: Энергоатом-издат. 1997. 377 с.
  2. Козлов Ю.Д., Путилов А.В. Основы радиационной технологии в производстве строительных материалов. М.: Руда и металлы. 2002. 335 с.
  3. Козлов Ю.Д. Радиационно-химическая технология в производстве строительных материалов и изделий. М.: Энергоатом-издат. 1989. 273 с.
  4. Vrancken A. Применение радиационной обработки полимеров в 80-е годы // j. otl Color Chem. Assos. 1984. Vol. 67. № 5. P. 118-126.
  5. Вестник АДС «Радтех Евразия». М.: НИИТЭХИМ. 1992-1993. Вып. 1-5.
  6. Доклады международной конференции «Ядерная технология в СССР: проблемы и перспективы (экология, экономика, право)». Обнинск. Ядерное общество СССР. 1990.
  7. Указатель отечественных и зарубежных материалов. Сер. Радиационная техника. М.: ЦНИИ-атоминформ. 1984-1995.
  8. Proceeding of the IV International Congress of Radiology. Rio de Jeneiro, 1997.
  9. Пикаев А.К. Пятая международная конференция по радиационной технологии // Химия высоких энергий. 1985. Т. 19. № 2. C. 187-190.
  10. 7-th International Meeting Radiation Processing // Invited papers. April 23-28. Center. The Nother-lands, 1989.
  11. Доклады VI Международной конференции «Ядерная энергетика и промышленность». Обнинск. Ядерное общество. 2000.
  12. Tpansactions jf the Eight International Meeting on Radiation Processing // Radiat. Phys. and Chem., 1992. Vol. 3, № 4-5.

 

Статья взята из журнала «Строительные материалы»