«Ячеистые композиты на основе наноструктурированного вяжущего» (стр. 1 )

Международный конкурс молодежных бизнес-проектов

«Деловая Евразия»

ПРОЕКТ

«Ячеистые композиты на основе

наноструктурированного вяжущего»

Руководитель проектной команды:

канд. техн. наук

Участники проектной команды:

Капуста Мариана Николаевна,

ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный

технологический университет им. »

Белгород, Россия

2013 г.

Наименование инновационного проекта «Ячеистые композиты на основе наноструктурированного вяжущего»

Цель проекта – Разработка и реализация технологии производства теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных ячеистых композитов с использованием наноструктурированного вяжущего (НВ) на основе сырья различных генетических типов строительного и специального назначения.

Задачи проекта:

·  создание эффективного теплоизоляционного материала, который будет соответствовать возрастающим требованиям к теплозащите ограждающих конструкций зданий, что позволит уменьшить толщину и массу стен для увеличения свободной площади помещения и снижения нагрузки на фундамент;

·  увеличение энергоэффективности процесса производства строительного материала. В настоящее время практически безальтернативным вяжущим для производства широкого спектра строительных материалов остается портландцемент, для получения которого необходимы колоссальные энергозатраты на высокотемпературную обработку сырья;

·  улучшение показателей экологичности производственного процесса. Производство цемента оказывает сильнейший техногенный прессинг на окружающую среду: потребление большого количества невозобновляемых природных ресурсов (минералы, ископаемое топливо); выброс значительных объемов CO2 в атмосферу;

§  снижение себестоимости и увеличение доступности сырья для производства строительных материалов;

§  повышение показателей безопасности использования строительного материала.

Научная новизна:

Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность получения теплоизоляционного и конструкционно-теплоизоляционного ячеистых бетонов с использованием бесцементного наноструктурированного вяжущего полимеризационно-конденсационного твердения на основе сырья различного генезиса. Создание рациональной ячеистой структуры происходит при высокой концентрации твердой фазы вяжущего, наличии рационального количества нанодисперсного компонента в системе, низком водосодержании пеномассы и формировании высокоплотной межпоровой перегородки ячеистого композита, что объясняется особенностями состава и структуры вяжущего и обеспечивает получение материалов с высокими прочностными характеристиками. Обоснована повышенная огнестойкость ячеистых композитов на основе НВ, которая связана с составом и типом твердения вяжущего, исключающего гидратацию. При воздействии на материал температуры свыше 1000 0С, его прочность возрастает, что обусловлено протеканием кристаллизационных процессов с участием кремнеземистых и алюмосиликатных составляющих, упрочняющих межпоровую перегородку.

Актуальность решаемой задачи (соответствие приоритетным задачам экономики, экологии и социальной политики)

Расчетами Росстроя РФ, выполненными для реализации федеральной целевой программы «Жилище» в рамках Национального проекта «Доступное и комфортное жилье – гражданам России», определена потребность в эффективных теплоизоляционных материалах для строительства. При объеме нового строительства 56 млн. квадратных метров жилой площади в год и объеме реконструкции – 20 млн. квадратных метров понадобится около 18 млн. кубических метров эффективных утеплителей. Проблема энергосбережения в строительстве, обозначенная требованиями изменений № 3 к СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника», определила интенсивное направление по созданию и производству эффективных дешевых материалов с высокими теплофизическими свойствами.

В связи с этим традиционные и широко применяемые в строительстве стеновые материалы, такие как керамический и силикатный кирпич, легкие бетоны на различных пористых заполнителях и другие, оказались неэффективными. При использовании многослойных конструкций, согласно новым нормам, толщину слоя утеплителя в стенах приходится увеличивать, но при этом возрастают усадочные явления и температурные деформации, что приводит к образованию трещин, разрывам контактных зон с конструкционными материалами, изменяется воздухопроницаемость, паропроницаемость, и, в конечном итоге, снижаются теплозащитные качества наружных ограждающих конструкций.

Одним из наиболее перспективных материалов такого класса является экологически чистый негорючий ячеистый бетон неавтоклавного твердения – пенобетон. Однако производство эффективного по теплофизическим параметрам пенобетона на основе цемента является проблемным в виду сложности обеспечения стабильности ячеистой структуры и высокой пористости, так как увеличение прочности при постоянной плотности может быть обеспечено только за счет повышения прочности матрицы поризованного материала.

Помимо выше перечисленного, в базовой для строительства отрасли – цементной промышленности объем инвестиций на 1 тонну цемента возрастет от 5–6 долларов на тонну мощности в год при поддержании и ремонте существующих мощностей, до 250–300 долларов на тонну при строительстве новых заводов. Степень износа технологического оборудования цементной промышленности составляет 70 %. Вследствие этого, мощность 45 действующих цементных заводов официально оценивается в 71,2 млн. тонн, но фактически, по независимым оценкам, заводы в их нынешнем состоянии могут произвести максимум 65 млн. тонн цемента в год.

Цементная промышленность является одной из наиболее топливно - и энергоемких отраслей. Удельный вес топлива и энергии в структуре затрат на производство и реализацию продукции доходит до 41 %. При сохранении нынешней ситуации в отрасли уже в скором времени на рынке возникнет устойчивый дефицит цемента, особенно по его высшим маркам.

При производстве цемента потребляется большое количество невозобновляемых природных ресурсов (минералы, ископаемое топливо). Кроме того, это производство является источником значительных выбросов CO2 –5% мирового объема выбросов. А это, предположительно одна из причин глобального потепления, 60% выбросов происходят вследствие преобразования сырья при высоких температурах («декарбонизация» известняка), 40% выбросов являются результатом сжигания топлива при нагреве материала до нужной температуры. (Необходимая температура для образования клинкера – 1500°C).

Решение экологических проблем требует колоссальных капитальных вложений.

Немало важным является постоянный рост цен на цемент. Особенно актуальна это проблема для северных, восточных регионов нашей страны, где отсутствуют крупнотоннажные предприятия по производству цемента, а стоимость импортного материала неоправданно высока.

В связи с этим актуальна разработка энергоэффективных и экологически чистых строительных материалов различного функционального назначения на основе альтернативных бесцементных вяжущих, обеспечивающих заданные строительно-технические свойства готовых изделий. К таким вяжущим можно отнести бесцементное наноструктурированное вяжущее (НВ).

Проект соответствует приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники в Российской Федерации: индустрия наносистем и материалов, энергетика и энергосбережение

Практическая значимость:

Разработаны составы ячеистых бетонов: пенобетон, газобетон, микроармированные ячеистые композиты на основе НВ. Предложена технология производства, бизнес идея и схема реализации инновационного проекта.

Описание проекта

Одним из главных направлений решения проблемы энергосбережения является сокращение потерь тепла через ограждающие конструкции зданий, сооружений, промышленного оборудования, тепловых сетей, которое не может быть обеспечено без применения высокоэффективных теплоизоляционных материалов. Потребность в утеплителях особенно возросла после ужесточения нормируемых теплопотерь через ограждающие конструкции зданий.

Несмотря на это, существующая номенклатура теплоизоляционных материалов российского производства остается очень ограниченной и расширяется крайне медленно.

В настоящее время основным сырьевым компонентом при получении ячеистого материала является цементное вяжущее. Но в связи с высокой энергоемкостью производства цемента и негативным влиянием процесса на экологию возникает потребность в разработке новых безклинкерных вяжущих для получения строительных материалов, к которым и относятся наноструктурированные вяжущие негидратационного типа твердения.

В процессе работы сформулирована фундаментальная задача исследований, которая позволила установить закономерности изменения технико-эксплуатационных характеристик ячеистых композитов на основе наноструктурированного вяжущего при варьировании концентраций, типа сырьевых материалов и технологических параметров производства, что позволило направленно регулировать процесс формирования оптимально-структурированной ячеистой матрицы. Изучены закономерности размерных и концентрационных параметров наноразмерных фаз силикатного и алюмосиликатного минерального сырья на процессы структурообразования неорганических вяжущих поликонденсационно-полимеризационного типа твердения и поризованных неокомпозитов на их основе, с целью оптимизации финальных эксплуатационных свойств разрабатываемых материалов.

Разработаны основные теоретические принципы получения ячеистых композитов с применением наноструктурированного вяжущего с учетом его структурно-минералогических особенностей. Сформулированы принципы выбора НВ на основе минерального сырья различной минералого-генетической принадлежности как эффективного вяжущего компонента при получении ячеистых композитов.

Предложены механизмы оптимизации структуры ячеистых композитов при направленном регулировании реологических характеристик наноструктурированных вяжущих, а также путем подбора и применения различных пенообразующих добавок. Выявлен характер влияния нанодисперсного компонента в наноструктурированном вяжущем негидратационного твердения на особенности формирования полидисперсной ячеистой структуры. При проведении научных исследований разработаны теоретические принципы создания оптимально-структурированной ячеистой матрицы за счет комплексного взаимодействия пенообразующих добавок. Выявлены особенности минерализации пены и разработаны принципы получения эффективной поровой структуры в многофазной системе пеномассы на основе наноструктурированных вяжущих различных генетических типов.

Определены и проработаны основные технологические параметры получения сырьевой смеси ячеистого композита на основе наноструктурированного вяжущего, выбраны рациональные режимы минерализации пеносистем, проранжированы продолжительность и интенсивность активации с учетом требуемых физико-механических характеристик композита. Разработаны теоретические принципы механизма упрочнения ячеистых композитов неавтоклавного твердения на основе наноструктурированного вяжущего, с учетом специфики полимеризационно-поликонденсационного структурообразования вяжущего, установлены закономерности и особенности структурообразования ячеистого композита на основе наноструктурированного вяжущего в процессе упрочнения посредствам химического активирования контактных связей. Разработаны технологические принципы производства пенобетона на основе наноструктурированного вяжущего различных генетических типов, изучены основные физико-механические характеристики ячеистых композитов и проведен сравнительный анализа с существующими аналогами.

Специфика технологии бесклинкерных вяжущих негидратационного типа твердения, позволяет использовать в качестве основного сырьевого компонента широкий спектр кремнеземсодержащих пород (песок, перлит), что дает возможность адаптировать технологию получения вяжущего и пенобетона на его основе к различным регионам, в зависимости от наличия месторождений.

Подобные вяжущие были получены ранее, но применялись они, как правило, для получения материалов специального назначения, что прежде всего связано с тоннажностью производства. Отсутствие возможности организации такого производства строительных материалов на основе бесцементного кремнеземсодержащего вяжущего, прежде всего связано со спецификой реологических характеристик (вязкость, предельное напряжение сдвига, тиксотропия) вяжущей системы.

Например, при производстве пенобетона этот факт очень важен. Низкая подвижность вяжущего, усложняет процесс минерализации пены, отсутствует возможность равномерного перемешивания смеси, что пагубно сказывается на формировании структуры пенобетона и его характеристиках.

Разработанное и применяемое при получении ячеистых композитов наноструктурированное вяжущее является неорганической полидисперсной и полиминеральной системой, обладает высокой концентрацией активной твёрдой фазы, содержащей нанодисперсный компонент в количестве 3–15 %. Процентное соотношение частиц наноразмерного уровня в системе напрямую зависит от типа используемого сырья.

Производство наноструктурированного вяжущего основывается на направленной пространственной оптимизации структуры высококонцентрированных вяжущих систем (ВКВС) за счет введения модифицирующих добавок. Что открыло перспективное направление в создании нового типа безобжиговых теплоизоляционных материалов, основным достоинством которых является экологическая чистота на всех этапах производства. Данный положительный эффект постигается за счет полной замены в производстве цемента. Получение ВКВС основано на обнаруженной способности для традиционно считавшихся инертными кремнеземистых и алюмосиликатных материалов (кварциты, кварцевые пески и алюмосиликатные породы) образовывать вяжущие суспензии в результате механо-химической активации в промышленных помольных агрегатах. Последующее твердение высококонцентрированных вяжущих систем проходит по полимеризационно-поликонденсационному механизму.

Получение вяжущего, как правило, осуществляется методом мокрого помола в шаровой мельнице с постадийной загрузкой измельчаемого материала. Выбор концентрации системы на первом этапе измельчения осуществлялся с учетом коэффициента упаковки исходного материала и других его характеристик, а также габаритных размеров мельницы. На первой стадии помола обычно вводят всю жидкость, рассчитанную по конечной концентрации суспензии. Продолжительность этой стадии процесса в зависимости от многих факторов колеблется в пределах 1–5 часов. Степень дисперсности при этом должна быть такой, чтобы средний размер частиц был, по крайней мере, в 10–20 раз меньше размера вводимого при очередной загрузке материала. Оптимальные результаты, как правило, могут быть получены в том случае, когда на первой стадии помола достигается дисперсность, характеризуемая значительным (до 20–40 %) содержанием частиц фракции менее 5 мкм. В этом случае суспензия является как бы сжатой, ускоряющей процесс последующего измельчения после введения очередной порции материала. При постадийной загрузке материала по мере повышения объемной концентрации уменьшается эффективная плотность мелющих тел и существенно возрастает влажность. Благодаря постепенному понижению объемного содержания жидкости увеличению сил трения возрастает температура процесса, которая в значительной степени определяет реологические свойства системы непосредственно в процессе измельчения, а также свойства высококонцентрированных вяжущих систем после измельчения. Так, с ростом температуры значительно уменьшается как общая вязкость системы, возрастает ее текучесть, так и дилатантные свойства, что позволяет вести процесс помола при повышенных концентрациях. Установлено, что оптимальный зерновой состав и высокая полидисперсность твердой фазы в высококонцентрированных вяжущих системах оказывают превалирующее влияние при формировании оптимальной поровой структуры пенобетона. С уменьшением размера частиц повышается дисперсность пор и увеличивается равномерность их распределения.

Вяжущие свойства ВКВС проявляются, прежде всего, потому, что их дисперсионной средой являются неорганические кислоты, хлориды (или золи). Последние образуются непосредственно в процессе получения суспензии за счет взаимодействия фаз. При этом в систему, как правило, вводятся разжижающие добавки и катализаторы растворения. В зависимости от кислотно-основных характеристик твердой фазы ВКВС механизм проявления вяжущих свойств может быть различным. Например, для наиболее распространенных ВКВС кремнеземистого и алюмосиликатного составов их твердение преимущественно основано на поликонденсационных явлениях. В частности, вяжущие на основе ВКВС кремнезема в процессе нагрева характеризуются непрерывным ростом прочности вследствие поликонденсационной сшивки с переходом силанольной связи в силоксановую:

º Si - OH + HO - Si º º Si - O - Si º + H2O

Прочностные свойства материала при этом определяются составом дисперсионной среды, состоянием поверхности и дисперсностью частиц твердой фазы в особенности содержанием в ВКВС коллоидного компонента (частицы с размером менее 0,1–0,3 мкм) плотностью их упаковки в материале, режимами и условиями упрочнения.

После приготовления вяжущей суспензии проводится ее комплексная модификация с целью получения НВ, которая заключается в последовательном введении в систему, в качестве пластифицирующей добавки высокодисперсной глины Латненского месторождения (марка ЛТ-1, содержание Al2O3 – 35–37%, SiO2 – 48–50 %), с влажностью 33 % в количестве 1,5–5 % , в качестве модифицирующей – комплексного дефлоккулянта в количестве 0,02–0,1 % от массы вяжущего в перерасчете на сухое вещество.

Принцип оптимизации структуры системы основан на реализации двух механизмов воздействия на систему вяжущего: электростатического и адсорбционно-сольватного, апробирован при разработке комплексных дефлоккулянтов, состоящих из триполифосфата натрия и суперпластификатора СБ-5. Высокая эффективность комплексной добавки обусловлена суммированием различных механизмов воздействия компонентов на частицы дисперсной фазы вяжущего и смесей. Если для минеральных добавок типа жидкого стекла или триполифосфата натрия разжижение обусловлено образованием двойного электрического слоя (ДЭС), изменением рН дисперсионной среды ВКВС, увеличением значения электрокинетического потенциала, то для органических добавок (типа СБ-5) характерна их адсорбция на поверхности частиц и гидрофилизация за счет наличия в них полярных групп.

Таким образом, наличие в ВКВС наночастиц, а также направленная оптимизация пространственной структуры системы с целью получения наноструктурированного вяжущего за счет дополнительного введения наночастиц определенного размера и формы (глинистый компонент) и сложного воздействия дефлоккулянтов оказывает комплексное положительное влияние. Последнее касается как структуры и технологических аспектов производства вяжущего, так и технико-эксплуатационных характеристик получаемых на их основе материалов. При производстве пенобетонов дисперсность частиц, В/Т отношение, подвижность системы оказывает значительное влияние на устойчивость, плотность и прочность получаемого материала.

Установлено, что оптимальный зерновой состав, высокая полидисперсность твердой фазы, реологические свойства вяжущих оказывают превалирующее влияние при формировании рациональной поровой структуры пенобетона и его технико-эксплуатационные характеристики.

Для получения качественного бетона одним из необходимых условий является предотвращение образования усадочных микротрещин на начальной стадии твердения бетона. Для решения этой проблемы можно использовать различные виды фиброволокон: стальные, базальтовые, стекловолоконные, полиамидные, полипропиленовые. При получении микроармированных ячеистых композитов наиболее перспективным типом фиброволокна является полипропиленовая фибра.

Известно, что пластично-вязкие характеристики пены при производстве пенолегковесных изделий могут быть повышены путем ее минерализации. Минеральные частицы, покрывающие заключенные в пленках пены пузырьки воздуха, стабилизируют их механически, не допуская соприкосновения пузырьков друг с другом и их сливания (коалесценции), введение фиброволокна позволяет регулировать структурообразование ячеистого композита. Прочность пенобетонной массы, армированной фиброволокном, связана со слипанием твердых частиц на поверхности пузырька в тонкую корку.

Использование наноструктурированного вяжущего при производстве фибропенобетона приводит к уплотнению структуры, способствует улучшению реологических свойств вяжущего. В целом, повышает технико-эксплуатационные характеристики.

Использование НВ, выбор правильных режимов активации пены, подбор оптимального типа и концентрации фиброволокна, перемешивания пенобетонной смеси обеспечивают создание однородной формовочной массы и эффективность процесса структурообразования, что позволяет получать легковесный материал.

Ячеистые материалы на основе НВ характеризуются низкой нанопористостью межпоровой перегородки. Измерение полного объема пор, нанопористости (пористость межпоровой перегородки), определяли на приборе SoftSorbi-II ver.1.0, с помощью многоточечного метода БЭТ. Усредненное значение объема пор с радиусом меньшим 19,4 нм составляет 0,016 см3/г, а для пенобетона на основе цементного вяжущего – 0,099 см3/г. Что объясняется наличием нанодисперсного компонента, который заполняет естественные наноразмерные пустоты. Это обеспечивает создание более гладкой структуры внутренних стенок пор, повышение плотности межпоровой перегородки, что предопределяет увеличение прочностных характеристик материала.

Весьма перспективным является применение наноструктурированного вяжущего при производстве ячеистых композитов путем газообразования. Проведен комплекс исследований направленных на расширения сырьевой базы при получении наноструктурированных вяжущих и композитов на их основе.

В результате работы над проектов также было произведено: обоснование принципов разномасштабного структурообразования наноструктурированных вяжущих на основе разноформационного минерального сырья при синтезе поризованных материалов различного функциоанльного назначения; разработку количественных математических моделей зависимости финальных свойств пенобетонов и газобетонов в зависимости от типа силикатного и алюмосиликатного минерального сырья различной геолого-формационной принадлежности, используемого для получения наноструктурированного вяжущего; обоснование вклада природы и структуры пенообразователей, процессов воздухововлечения и поликонденсационного и полимеризационного механизмов твердения наноструктурированных вяжущих в формировании прочностных свойства поризованных бетонов. Все это позволит проектировать высокоэффективные поризованные композиты различного функционального назначения с заранее заданными свойствами.

Основными достоинствами наноструктурированного вяжущего являются низкая себестоимость и высокая технологичность. Низкая себестоимость обусловлена доступностью и широчайшим распространением минерального сырья и, как следствие, минимальными транспортными расходами, отсутствием энергозатрат на высокотемпературную обработку сырья при его производстве и неограниченным сроком хранения. Высокая технологичность связана с уникальными свойствами вяжущего при низкой водопотребности и значительным температурным интервалом хранения. Наряду с уже отмеченными преимуществами наноструктурированного вяжущего и изделий необходимо выделить абсолютную огнестойкость материала, что связано с составом и типом твердения вяжущего, исключающим процесс гидратации. При воздействии на материал температуры свыше 1000 0С, его прочность возрастает, что обусловлено протеканием кристаллизационных процессов с участием кремнеземистых и алюмосиликатных составляющих, упрочняющих межпоровую перегородку.

Применение ячеистых композитов на основе бесцементного наноструктурированного вяжущего позволяет:

§ создавать эффективные облегченные стеновые конструкции минимальной толщины (пенобетон на основе бесцементного НВ – 0,50 м, традиционный – 0,94 м), что обеспечивает увеличение полезной площади помещения, способствует уменьшению нагрузки на фундамент и повышению эффективности строительства;

§ снизить себестоимость строительства за счет более дешевых технологий производства строительных материалов с улучшенными эксплуатационными характеристиками, и решить проблему доступного жилья;

§ обеспечить регионы, испытывающие дефицит в производстве цемента, альтернативным строительным материалом, тем самым решив там проблему завышенной себестоимости строительства.

Готовность разработки к использованию (НИОКР, опытный образец, промышленное использование).

Начальным этапом реализации проекта послужили разработки опытного образца в лабораторных условиях. В последующем на базе Белгородского государственного технологического университета им. был создан Инновационный опытно-промышленный цех «Наноструктурированных композиционных материалов» (ИОПЦНКМ), где имеется все необходимое оборудование для получения пенобетона на основе наноструктурированного вяжущего. Это позволяет проводить ряд дополнительных исследований по отработке состава и технологии. В настоящий момент проводится комплекс мероприятий по масштабированию технологии, подготовлены соответствующая нормативная документация. Производительность цеха составляет 0,8 м3 в сутки, что не позволяет организовать производство материалов строительного назначения, в связи с этим на оборудованной площадке планируется реализовать производство огнеупорных материалов по технологии получения ячеистых композитов на основе НВ. Возможна реализация производства ячеистых композитов строительного назначения на арендованных площадках, или создание собственной (производительность 5 м3 в сутки) при условии финансирования. Проект находится на стадии завершенной НИР, реализации стадии НИОКР.

Результаты проекта апробированы в рамках действующих производств: г. Белгород, г. Улан-Удэ. Пенобетон на основе бесцементного НВ использован в индивидуальном жилищном домостроении, предприятием .

В связи с малыми мощностями цеха было создано малое инновационное предприятие по производству ячеистых композитов на основе наноструктурированного вяжущего. На сегодняшний момент планируется масштабирование технологии с привлечением широкого круга потребителей и инвесторов для организации крупнотоннажного производства пенобетона на основе наноструктурированного вяжущего, реализации новой продукции и целесообразности применения пенобетонных блоков при строительстве.

Профессиональные достижения команды проекта

Проект многократно докладывался на форумах, конференциях, конкурсах различного уровня, презентовался перед инвесторами, получено финансирование по ряду грантов и федерально-целевых программ.

Все представители команды активно участвуют в проработке и реализации проекта. Руководителем является – канд. техн. наук, старший научный сотрудник БГТУ им. . является лауреатом премии фонда поддержки молодых ученых ; член коллектива, являющегося лауреатом премии им. . За представление результатов своей научной деятельности была отмечена золотой медалью «Лауреат Всероссийского выставочного центра», дипломом о результативном участии в создании научно-технического проекта и его успешной демонстрации на выставке НТТМ-2009; дипломом за участие в смене Зворыкинского проекта «Инновации и техническое творчество» Всероссийского молодежного форума «Селигер-2010»; дипломом финалиста конкурса инновационных проектов Окружного молодежного инновационного конвента ЦФО в номинации «Инновационный проект» (Иваново, 2010); дипломом за лучший инновационный проект, представленный на секции «СНГ: взгляд молодежи» («Ломоносов-2010»); дипломом победителя конкурса молодежных бизнес-проектов экономического форума «МЭФ-2011» (Белгород). Отмечена дипломом за принятие участия в работе научной школе-семинаре «Наносистемы, наноматериалы и нанотехнологии» г. Москва. Проект под руководством был представлен на Всероссийском инновационном форуме «Россия вперед!» (Сколково) и вошел в число лучших проектов, подготовленных в 2010 году слушателями Открытого Инновационного Университета, является финалистом конкурса «Бизнес Инновационных Технологий Черноземья – 2012».

Остальные участники команды так же принимали участие в различных конкурсах, являются обладателями почетных дипломов за участие в конкурсе инновационный потенциал молодежи ХV Московского международного Салона изобретений и инновационных технологий «Архимед» (2011, 2012 гг.); Международной конференции «Ломоносов»; Всероссийском интеллектуальном форуме-олимпиаде «Нанотехнологии – прорыв в будущее» – Конкурс научно-исследовательских работ; премии за особые достижения в области наноматериалов и нанотехнологий Некоммерческой организации Фонда «Поколение» (г. Белгород); Международный семинар-конкурс молодых ученых и аспирантов, работающих в области вяжущих веществ, бетонов и сухих смесей (Москва, 2012 г.); занимали призовые места в региональном конкурсе квалификационных работ бакалавров и магистерских диссертаций (Тамбов, 2012 г.). Одна из участников команды проекта является стипендиантом главы администрации города Белгорода в 2013 году.

Технико-экономическая эффективность от использования разработки

Характеристики материалов изготовленных с использованием бесцементного НВ:

§  для теплоизоляционных композиционных материалов – плотность не более 300–400 кг/м3, прочность не менее 1,5–3 МПа, коэффициент теплопроводности 0,08–0,09 Вт/(м·◦С);

§  для конструкционно-теплоизоляционных 400–600 кг/м3, прочность не менее 3–7 МПа;

§  для жаростойких ячеистых композиционных материалов – плотность не более 500 кг/м3, прочность 4–6 МПа, предельная температура эксплуатации 1250 °С и выше;

§  для пенобетонного блока на основе бесцементного НВ при плотности 620 кг/м3 коэффициент теплопроводности составляет 0,12 Вт/(м·◦С).

Продуктом являются пенобетонные блоки на основе бесцементного НВ 400х200х200 мм полнотелые либо с двумя цилиндрическими пустотами диаметром 80 мм.

Для достижения эксплуатационной прочности пенобетона на основе бесцементного НВ использовалась дополнительная операция по упрочнению (орошение сырца материала щелочным раствором).

Получаемый материал может применяться в качестве конструкционного, теплоизоляционного и огнеупорного материала.

Применение инновационной технологии позволит:

§ организовать производство в рамках одного предприятия, начиная с получения вяжущего и заканчивая выпуском готовой продукции;

§ создать конкурентоспособный продукт, отвечающий всем современным требованиям строительства с улучшенными технико-эксплуатационными и теплофизическими характеристиками;

§ снизить себестоимость производства благодаря неэнергоемкой технологии и использованию доступной сырьевой базы;

§ решить экологические проблемы, благодаря отсутствию в технологическом процессе вредных выбросов.

Инвестиционный проект предполагает организацию промышленного производства бесцементного наноструктурированного вяжущего с установленной мощностью 28,8 тыс. м3 в год.

Учитывая, что потенциальный рынок теплоизоляционных и конструкционных материалов составляет 71 млн м3, а также конкурентные преимущества проекта перед традиционными материалами, можно с уверенностью утверждать, что новый продукт не будет испытывать сложности сбыта.

При одинаковой цене реализации пенобетона затраты на сырье и материалы почти в 2 раза ниже при производстве пенобетона на основе бесцементного наноструктурированного вяжущего.

Для построения финансовой модели использовались прогнозные схемы получения регулярного дохода, основанные на извлечении прибыли от производства и тиражирования технологии. Высокая ставка дисконтирования
, установленная на уровне 33%, отражает большой запас прочности проекта и привлекательность для потенциальных венчурных инвестиций.

Сравнительные показатели себестоимости производства пенобетона на основе бесцементного наноструктурированного вяжущего с традиционным

Сравнительные характеристики	1 м3 *
Себестоимость производства бесцементного пенобетона, руб.	638
Себестоимость производства традиционного пенобетона, руб.	1121
Средняя цена продажи 1 м3, руб.	2500
Рентабельность продажи бесцементного пенобетона, %	74,50%
Рентабельность продажи традиционного пенобетона, %	55%

Оценка экономической эффективности проекта

RUR, тыс.	2014 г.	2015 г.	2016 г.	2017 г.
Доходы	1 152	60 883	64 171	67 636
Себестоимость реализованной продукции	(459)
Коммерческие, общие и административные расходы	(1 829)	(6 313)	(6 808)	(7 417)
Налоговые платежи	-	(143)	(767)	(711)
EBITDA	(1 136)	29 081	29 595	30 732
EBITDA margin, %		47,80%	46,10%	45,40%
Амортизация основных средств	-	(3 089)	(3 089)	(3 089)
EBIT	(1 136)	25 992	26 506	27 642
Налог на прибыль	-	(5 198)	(5 724)	(6 633)
Налоговая защита процентных платежей	-	-	-	-
Налог на неоперационную прибыль (убыток)
EBIT x (1-T)	(1 136)	20 794	20 782	21 009
Амортизация основных средств	-	3 089	3 089	3 089
Изменение чистого оборотного капитала	(742)	(3 534)	244	(360)
Капиталовложения	(4 195)		-2 568	(2 577)
Чистый денежный поток, FCFO	(6 073)		21 547	21 161
Дисконтированный FCFO	(4 566)	(7 902)	9 159	6 763
Продленная стоимость по формуле Гордона, Terminal Value	65 475
Текущая стоимость FCFO	3 454
Текущая стоимость TV	15 733
Ставка дисконтирования, %	33%
IRR, %	75%
Чистая приведенная стоимость, NPV	19 187
Период окупаемости, год	3
Дисконтированный период окупаемости, год	4

Анализ эффективности инвестиций в развитие представленной инновационной технологии показывает, что с учетом всевозможных рисков горизонт окупаемости проекта составляет 4 года. При этом, общий синергетический эффект от применения данной технологии в РФ позволит перераспределить денежные потоки будущей компании от производства к получению роялти.