AP13068424 «Разработка мобильной установки по производству пенобетона методом двухстадийного введения пены с использованием модифицированной добавки из отходов промышленности»

По конкурсу на грантовое финансирование молодых ученых по научным и (или) научно-техническим проектам на 2022-2024 годы (Министерство науки и высшего образования Республики Казахстан)

Актуальность
В современном строительстве широко применяются ячеистые бетоны, однако существующие технологии производства пенобетона сталкиваются с рядом проблем: высокой водопотребностью, неравномерной структурой материала, усадочными деформациями и нестабильными физико-механическими характеристиками. Эти факторы ограничивают применение пенобетона в строительстве и повышают его себестоимость. Традиционные методы производства пенобетона часто не обеспечивают равномерного распределения пор в структуре материала, что снижает его прочность и долговечность. Кроме того, использование стандартных добавок для улучшения характеристик пенобетона не всегда приводит к ожидаемым результатам, так как некоторые пластификаторы увеличивают сроки схватывания и усадки материала. В связи с этим актуальной задачей является разработка нового технологического процесса, позволяющего минимизировать данные недостатки. Предлагаемый проект направлен на создание мобильной установки по производству пенобетона методом двухстадийного введения пены с использованием модифицированной добавки на основе отходов промышленности. Данный метод обеспечит более равномерное распределение пор, повысит прочностные характеристики материала и снизит его водопоглощение. Использование отходов промышленности в составе модифицированной добавки позволит не только улучшить свойства пенобетона, но и сократить затраты на производство, а также снизить нагрузку на окружающую среду за счет утилизации промышленных отходов. Таким образом, разработка и внедрение данной технологии позволит повысить качество пенобетона, снизить себестоимость его производства и расширить области его применения в строительстве. Это делает проект актуальным с точки зрения технологического развития, экономической эффективности и экологической безопасности.

Цель
Разработка мобильной производственной установки по изготовлению пенобетона предлагаемым методом двухстадийного введения пены с использованием модифицированной добавки-пластификатора.

Достигнутые результаты

2022 год:
1. Проведены исследования характеристик компонентов состава пенобетона (песка, цемента, пеноконцентрата).
2. Разработан технологический состав производства пенобетона методом двухстадийного введения пены; будут исследованы характеристики компонентов состава модифицированной добавки (послеспиртовая барда, микрокремнезем).
3. Разработан технологический состав модифицированной добавки для производства пенобетона.
4. Опубликованы следующие научные статьи:
— Complex laboratory studies of modified additive influence on concrete physical and mechanical properties / Altynbekova, A., Lukpanov, R., Yenkebayev, S., Tsygulyov, D., Nurbayeva, M. // GEOMATE Journal. — 2022. — Vol. 23, No. 100. — P. 26-33. DOI:10.21660/2022.100.3641 (процентиль 42%, квартиль Q3 по CiteScore в базе Scopus).
— Research of foam concrete components in the regional production conditions of Nur-Sultan / Lukpanov, R., Dyussembinov, D., Altynbekova, A., & Zhantlesova, Z. // Technobius, 2(3), 0023, 2022. https://doi.org/10.54355/tbus/2.3.2022.0023;
— Research on the effect of microsilica on the properties of the cement-sand mixture / Lukpanov, R., Dyussembinov, D., Altynbekova, A., & Zhantlesova, Z. // Technobius, 2(4), 0027, 2022. https://doi.org/10.54355/tbus/2.4.2022.0027;
— Study of the pore structure of foam concrete using a two-stage foaming method / Lukpanov, R., Dyussembinov, D., Altynbekova, A., Zhantlessova, Z., & Smoljaninov, A. // Technobius, 3(4), 0047, 2022. https://doi.org/10.54355/tbus/3.4.2023.0047.
2023 год:
1. Выполнено строительство опытной линии по производству пенобетона методом двухстадийного введения пены, для изготовления опытных образцов.
2. Проведены исследования оптимальной пенной концентрации в промышленных условиях производства пенобетона.
3. Исследовано влияние технологии двухстадийного введения пены на поровую структуру пенобетона.
4. Опубликованы следующие научные статьи:
— Research of Foam Concrete Components by Two-Stage Injection Method / Lukpanov, R. E., Dyussembinov, D. S., Altynbekova, A. D., & Zhantlesova, Z. B. // In Lecture Notes in Civil Engineering, Vol. 436, 2023. https://doi.org/10.1007/978-3-031-44432-6_5;
— Development of an Admixture to Improve the Quality of Heavy Concrete Based on Recycled Industrial Waste / Lukpanov, R. E., Dyussembinov, D. S., Tsygulyov, D. V., & Yenkebayev, S. B. // AIP Conference Proceedings, 2758, 2023.  https://doi.org/10.1063/5.0146595;
— Research on the Effect of Post-alcohol Bard on the Properties of the Cement-Sand Mixture / R.E. Lukpanov, D. S. Dyussembinov, A. D. Altynbekova, and S. B. Yenkebayev // Lecture Notes in Civil Engineering, Industrial and Civil Construction 2022, Springer Nature Switzerland, 2023, P. 107-114 https://doi.org/10.1007/978-3-031-44432-6_14;
— Исследование физико-механических свойств песка и цемента для производства пенобетона / Лукпанов Р.Е., Дюсембинов Д.С., Алтынбекова А.Д., Енкебаев С.Б., Жантлесова Ж.Б. // Вестник КазГАСА №1 (87), 2023: 217 – 228;
— Исследование степени однородности пенобетона, изготовленного методом двухстадийного введения пены / Лукпанов Р.Е., Дюсембинов Д.С., Енкебаев С.Б., Цыгулев Д.В. // Республиканский журнал «Труды университета», № 1 (90), КарТУ, 2023, 177 – 184;
— Optimal concentration of post-alcohol bard and microsilica in cement-sand mixtures determination / R.E. Lukpanov, D.S. Dyussembinov, A.D. Altynbekova, S.B. Yenkebayev, Talal Awwad // Kompleksnoe Ispolzovanie Mineralnogo Syra = Complex Use of Mineral Resources Volume 330, No. 3, 2023 P. 92-103 https://doi.org/10.31643/2024/6445.33;
— Approximative approach to optimize concrete foaming concentration in two stage foaming / Lukpanov, R., Dyussembinov, D., Zhantlessova, Z., Altynbekova, A., & Smoljaninov, A. // Technobius, 3(3), 0041, 2023. https://doi.org/10.54355/tbus/3.3.2023.0041.
5. Получен следующий охранный документ:
— Патент на изобретение №36408, от 13.20.2023 г «Способ производства неавтоклавного пенобетона двухстадийным введением пены», Лукпанов Р.Е., Дюсембинов Д.С., Цыгулев Д.В., Енкебаев С.Б., Утепов Е.Б., Базарбаев Д.О., Алтынбекова А.Д., Жантлесова Ж.Б.
2024 год:
1. Выполнены исследования по влиянию модифицированной добавки на свойства пенобетона; будет выполнено производство мобильной установки по производству пенобетона методом двухстадийного введения пены;
2. Выполнены модельные испытания конструкций из пенобетона.
3. Опубликованы следующие научные статьи:
— Investigation of Effect of Proposed Two-Stage Foam Injection Method and Modified Additive on Workability of Foam Concrete / Lukpanov R, Dyussembinov D, Altynbekova A, Yenkebayev S, Zhumagulova A. // Materials. — 2024. — Vol. 17, No. 9. — P. 1-15. https://doi.org/10.3390/ma17092024 (процентиль 72%, квартиль Q2 по CiteScore в базе Scopus);
— Durability assessment of cellular concrete through strength evaluation under adverse environmental conditions / R.E. Lukpanov, D.S. Dyussembinov, Zh. Zhantlessova, A.D. Altynbekova, S.B. Yenkebayev //  International Journal of GEOMATE (процентиль 42%, квартиль Q3 по CiteScore в базе Scopus);
— Influence assessment of phosphogypsum on concrete strength when used as part of a two-component modified additive / R. Lukpanov, D. Dyussembinov, A. Altynbekova, S. Yenkebayev, D. Tsygulov, Y. Sabitov // Proceeding of 2 International Conference on Wireless Technologies, Networks & Sciences-2024;
— Performance evaluation of foamed concrete by the proposed method of two-stage foam injection using a modified additive / R. Lukpanov, D. Dyussembinov, A. Altynbekova, S. Yenkebayev, M.Kozhahmet, T. Seidmarova // Proceeding of 2 International Conference on Wireless Technologies, Networks & Sciences-2024;
— Assessment of the physical and mechanical characteristics of sand for the production of foam concrete using the two-stage foam injection method / Lukpanov R.E., Dyussembinov, D. S., Altynbekova, A. D., Yenkebayev, S. B., Awwad, T. // Kompleksnoe Ispolzovanie Mineralnogo Syra= Complex use of mineral resources. – Volume 332, No. 1, 2024 P. 5-18. DOI: https://doi.org/10.31643/2025/6445.01;
— Effect of soapstock in the composition of modified additive for improving strength characteristics of concrete structures / Duman Dyussembinov, Rauan Lukpanov, Aliya Altynbekova, Zhibek Zhantlesova, Talal Awwad // Complex use of mineral resources (KIMS), 2024. DOI: https://doi.org/10.31643/2024/6445.33;
— Complex additive for improving the strength properties of heavy concrete based on industrial waste / Lukpanov, R., Dyussembinov, D., Yenkebaev, S., Tsygulyov, D., & Karacasu, M. // Technobius, 2024, 4(4), 0067. https://doi.org/10.54355/tbus/4.4.2024.0067;
— Investigation of the influence of post-alcohol distillers’ grains on the strength of concrete used in a two-component modified additive / Duman Dyussembinov, Rauan Lukpanov, Zhibek Zhantlessova, Aliya Altynbekova, Serik Yenkebayev, Denis Tsygulyov, Meyram Kozhahmet //  Вестник Таразского регионального университета им. М.Х.Дулати, 2024;
— Research of foam concrete quality by two-stage foam injection method in comparison with classical foam concrete / Lukpanov, R., Dyussembinov, D., Altynbekova, A., Zhantlesova, Z., & Seidmarova, T. // Technobius, 4(1), 0052, 2024. https://doi.org/10.54355/tbus/4.1.2024.0052.
4. Получены следующие охранные документы:
— Патент на полезную модель №9205 от 16.03.2024 «Способ производства неавтоклавного пенобетона и мобильная установка для его осуществления», Лукпанов Р.Е., Дюсембинов Д.С., Цыгулев Д.В., Енкебаев С.Б., Утепов Е.Б., Базарбаев Д.О., Алтынбекова А.Д., Жантлесова Ж.Б., Сабитов Е.Е.;
— Авторское свидетельство № 43818 от 19 марта 2024 года «Влияние фосфогипса на прочностные показатели цементно-песчаной смеси в составе пенобетона методом двухстадийного введения пены». Авторы – Лукпанов Р.Е., Дюсембинов Д.С., Алтынбекова А.Д., Жантлесова Ж.Б., Цыгулев Д.В., Енкебаев С.Б.;
— Авторское свидетельство № 39776 от 19 октября 2024 года «Технология производства неавтоклавного пенобетона методом двухстадийного введения пены с применением модифицированной добавки из отходов промышленности», Авторы – Лукпанов Р.Е., Дюсембинов Д.С., Алтынбекова А.Д., Жантлесова Ж.Б., Енкебаев С.Б., Цыгулев Д.В., Қожахмет М.С.;
— Авторское свидетельство №50631 от 21 октября 2024 года «Модифицированная добавка-пластификатор для производства пенобетона» Лукпанов Р.Е., Дюсембинов Д.С., Алтынбекова А.Д., Жантлесова Ж.Б., Енкебаев С.Б., Цыгулев Д.В.
5. Разработаны следующие документы:
— Проект «Промышленная линия по производству пенобетона методом двухстадийного введения пены, малой мощности»;
— Проект «Мобильная установка по производству пенобетона методом двухстадийного введения пены»;
— Технологический регламент на производство пенобетона методом двухстадийного введения пены;
— Технологический регламент на производство модифицированной добавки для улучшения физико-механических характеристик пенобетона;
— Стандарт организации на производство пенобетона методом двухстадийного введения пены; — Стандарт организации на производство модифицированной добавки для улучшения физико-механических характеристик пенобетона.

Исследовательская группа проекта

Информация для потенциальных пользователей

Продукт, представленный мобильной установкой для производства пенобетона, имеет преимущества над имеющимися на строительном рынке изделиями из легкого бетона. Выпускаемая продукция отличается улучшенными физико-механическими характеристиками за счет уникальной технологии двухстадийного введения пены и использования модифицированных добавок. Предлагаемая технология способствует получению однородной и прочной структуры материала со стабильными эксплуатационными характеристиками, а мобильность установки позволяет быстро и качественно производить монолитные работы.