CC BY
24
БОТ: 10.15587/2312-8372.2017.118958
ДОСЛ1ДЖЕННЯ М1НЕРАЛОГ1ЧНОГО СКЛАДУ, СТРУКТУРИ I ВЛАСТИВОСТ1 ПОВЕРХН1 ЗОЛЬНИХ М1КРОСФЕР УКРА1НИ
Демченко В. О., Ом'ячко О. I., Св1дерський В. А.
1. Вступ
Розвиток промисловосп, особливо в останш роки, вимагае створення но-вих будiвельних матерiалiв iз полiпшеними властивостями. В першу чергу, щ матерiали повиннi мати тдвищену мiцнiсть, тепло- i термостiйкiсть, знижену теплопровщнють, а також нижчу вартють порiвняно з аналогами, присутнiми на будiвельному ринку Украши.
З розвитком науково-техшчного прогресу все бтьш актуальним стае система-тичне виявлення факторiв, якi визначають експлуатацiйнi властивостi та варт1сть будiвельних матерiалiв та, як наслщок, потенцiйнi можливостi !х регулювання [1].
Значний iнтерес в цьому напрямi представляють зольнi мiкросфери. Це - по-рожнистi зольнi кульки розмiром в середньому вiд 20 до 500 мкм iз суцтьними не-пористими стiнками товщиною вщ 2 до 10 мкм. Зольш мiкросфери заповненi сумь шшю азоту i дiоксиду вуглецю пiд зниженим тиском (близько 0,3 атмосфер). Таю характеристики можуть дозволити використовувати 1х в промисловостi (зокрема i в будiвельнiй). Мiкросфери утворюються в результат високотемпературного факельного спалювання твердого палива на ТЕС та специфiчноi грануляцii розплаву мь нерально!' частини вуплля шляхом ii дроблення на окремi дрiбнi краплини i роздуву останнiх через збiльшення об'ему газових включень. Пiд дiею високих температур при спалюванш вуплля створюються умови для формування закрито! структури, так званих зольних мiкросфер. Вказанi матерiали мають низьку теплопровiднiсть, щiльнiсть, усадку та водопоглинання, компактну укладку частинок, високу теку-чiсть, мiцнiсть, термостшюсть та стабiльнiсть до дii факторiв зовнiшнього середо-вища. Саме вищенаведеш властивостi визначають потенцiйну здатнiсть мжросфер до використання в якостi наповнювача для будiвельних матерiалiв з шдвищеними теплоiзоляцiйними властивостями.
2. Об'ект дослщження та його технологiчний аудит
Об'ектами дослгдженъ було обрано зольнi мшросфери Приднiпровськоi, Криворiзькоi, Трипiльськоi, Бурштинсько1' та Курах1всько1' ТЕС (Украша).
Зольнi мшросфери знайшли застосування майже в ушх сферах промисло-востi, зокрема, в будiвництвi, нафтовiй i газовiй, хiмiчнiй промисловостi. У 2015 р. обсяг реаизацп золошлакових матерiалiв (в тому чи^ i зольних мжро-сфер) становив 348,2 тис. т, а виручка вщ продажу - 5 млн. дол. При цьому 31,5 тис. т зольних мжросфер реаизовано серед кшенлв на експортних ринках. Протягом останшх рокiв спостерiгаеться тенденщя збiльшення експорту та зменшення iмпорту зольних мiкросфер, що, в цшому, позитивно вщображаеть-ся на ринку промисловост Украши.
Використання зольних мшросфер в комеpцiйниx шлях мае екологiчний ефект. На даний момент золовщвали yкpaïнськиx ТЕС заповнеш на 50 %, а в деяких випадках - на 95 %. Вторинна переробка та використання зольних мш-росфер дозволяе знизити негативний вплив юнуючих золовiдвaлiв на навколи-шне середовище за paxyнок зменшення обсягiв ïx складування.
Сьогодш вироби iз зaстосyвaнням золошлакових вiдxодiв теплоелектро-стaнцiй нaбyли широкого зaстосyвaння як в yкpaïнськiй пpомисловостi, так i в промисловост краш Свропи та СНД. Використання золошлакових вiдxодiв (в тому числi i зольних мжросфер) ТЕС y виpобництвi бетонних i заизобетонних виpобiв дозволяе скоротити витрати цементу на 10,2 %; полiпшити фiзико-меxaнiчнi та експлyaтaцiйнi влaстивостi бyдiвельниx мaтеpiaлiв; скоротити витрати на створення i експлyaтaцiю вщваив [2-8].
Склад i властивост зольних мiкpосфеp, отриманих iз золи-виносу ТЕС, ви-значаються видом вугшля. Тому, дослiдження ïx структури i властивостей по-веpxнi е одним з прюритетних завдань, яке визначае доцшьшсть i можливостi використання останшх в якостi наповнювача з тдвищеними теплоiзоляцiйними властивостями [7].
На основi aнaлiзy попеpеднix дослiджень i вивчення структури та властивостей поверхш зольних мжросфер необxiдно визначити принцип застосування цих мaтеpiaлiв в сумшах на основi мiнеpaльниx в'яжучих.
3. Мета та задачi дослщжен я
Мета до^дження - встановити можливють використання поверхш зольних мшросфер Придншровсько!', Kpивоpiзькоï, Тpипiльськоï, Бурштинсько!' та Курах^всько!' ТЕС для наповнення композицшних бyдiвельниx мaтеpiaлiв на основi мшеральних в'яжучих.
Для досягнення поставлено!' мети виршувалися нaстyпнi зaдaчi:
1. Проанаизувати мiнеpaлогiчний склад украшських зольних мшросфер.
2. Дослiдити влaстивостi повеpxнi та структуру зольних мжросфер.
3. Ощнити piвень теплопpовiдностi дослiджyвaниx зольних мшросфер.
4. Оцiнити стyпiнь вiдповiдностi зольних мшросфер вимогам, якi став-ляться до нaповнювaчiв теплоiзоляцiйниx бyдiвельниx мaтеpiaлiв.
4. Дослiдження iснуючих р1шень проблеми
Останш досягнення в теxнологiï наповнення, як за рахунок регулювання густини упакування наповнювача у вихщному мaтеpiaлi дозволяють шдвищу-вати теплоiзоляцiйнi властивост бyдiвельниx мaтеpiaлiв, ще не знайшли широкого висвiтлення в лiтеpaтypi та використання на пpaктицi [9-17]. У бшьшост випaдкiв виготовлення бyдiвельниx виpобiв без нaповнювaчiв теxнiчно менш обгрунтовано, нiж з наповнених. Тому очевидно, що з розвитком технологи введення останшх буде збшьшуватись ефективнють використання наповнюва-чiв у склaдi бyдiвельниx мaтеpiaлiв [3].
Aнaлiз лггературних джерел по властивостях нaповнювaчiв композицшних мате-piaлiв засвщчив можливiсть використання зольних мкросфер в склaдi будшельних мaтеpiaлiв для шдвищення ïx теп^золяцшних та експлуатащиних властивостей [5, 6].
Досвщ роботи заводiв ряду кра!н показав, що економiчно доцiльно вводити зольш мiкросфери до складу бетонних сумшей. Вiдомо, що при замiнi частини цементу зольними мшросферами покращуеться зручшсть вкладення бетонно! сумiшi. Це вщбуваеться, за рахунок гладко! поверхнi i сферично! форми золь-них частинок, при чому, чим тоншi щ частинки, тим бiльша кiлькiсть !х необ-хiдна. Вiдповiдно до ше! залежностi зменшуеться i кiлькiсть води для отриман-ня необхщно! консистенцп бетонно! сумiшi та полiпшуються !! показники: шд-вищуеться пластичнiсть, однорщнють i щiльнiсть. Зольнi мiкросфери дозволя-ють полiпшити гранулометрiю пiску, в якому вщсутш дрiбнi фракцi!. Особливо доцшьно !х додавати в важкооброблюваш бетоннi сумiшi з малою кшьюстю цементу. В той же час сфери застосування обмежеш внаслiдок вщсутност ш-формацi! вiдносно властивостей поверхш зольних мiкросфер [9-13].
5. Методи дослщжень
Мiнералогiчний склад зольних мжросфер та кiлькiсне спiввiдношення мiж фазами визначали методом рентгеноструктурного аналiзу (дифрактометр ДРОН-2, Росiйська Федерацiя) та оптично! мiкроскопi! [8].
Крайовий кут змочування, пористють, питома поверхня, та коефщент лю-фiльностi визначали iз використанням води та ксилолу, теплопровiднiсть - ста-цiонарним методом цилiндра [4].
6. Результати дослщжень
Зольш мжросфери утворюються при пиловугтльному спалюваннi твердого па-лива, пiсля чого вловлюються електрофтьтрами та в сухому сташ вiдбираються за допомогою золовiдбiрника на виробничi потреби, або ж, разом iз водою i шлаком вщправляються на золовiдвал. Таким чином, мшералопчний склад зольних мжрос-фер залежить вiд виду твердого палива, яке спалюеться на ТЕС.
Встановлено, що основними складовими мiкросфер е склофаза, мулiт та кварц. У виглядi домiшок також присутнi гематит, польовий шпат, магнетит, пдрослюди та оксид кальцш.
У складi дослiджуваних мшросфер переважаючою е кристалофаза, за ви-нятком Курахiвсько! ТЕС. Представлена вона в основному мулггом (4398 мас. %). Його мiнiмальна кшьюсть (43 мас. %) виявлена для вищезгадано! станцi!, а максимальна (98 мас. %) - Трипiльсько! ТЕС (табл. 1).
Таблиця 1
Мшералопчний склад зольних мшросфер, мас. %_
Склофаза Кристалофаза Показник пере-
ТЕС Скло Опал- Мул1т Кварц ломлення скло-
кристобал1т фази
Бурштинська 2 - 95 3 1,519
Кривор1зька 6 - 93 1 1,512
Придншровська 3 1 91 5 1,512
Трипшьська 1 - 98 1 1,516
Курах1вська 14 37 43 6 1,518
Вмют кварцу у кристалофазi мiкросфер становить 1-6 мас. %. На рентге-нограмах змiщення рефлексiв кварцу в бш його викривлено! модифiкацii свщ-чать про наявнiсть домiшок. Вмют останнього в мiкросферах рiзноi насипно! густини вiдрiзняеться.
Пiдвищений вмiст склофази характерний для зольних мжросфер з золи-виносу ТЕС, що спалюють донецькi антрацити (Криворiзька, Приднiпровська, Курах^вська ТЕС) - 4-51 мас. %. Вмiст склофази у мiкросферах, що утворю-ються при спалюваннi кам'яного вугшля Львiвсько-Волинського басейну (Бур-штинська ТЕС), становить лише 2 мас. %.
Встановлено, що показники переломлення склофази мiкросфер знаходяться в штерваш 1,512-1,519, що вщповщае склу з вмютом кремнiю вiд 56,8 до 60,2 мас. %.
Дослiдження з використанням оптично! мiкроскопii показали, що зольш мiкросфери мають форму, близьку до сферично!, i гладку зовшшню поверхню, а з використанням скануючого електронного мiкроскопу виявило на !х зовшш-нiй поверхнi нерiвностi рiзноi форми i розмiрiв. Встановлена також наявшсть закрито! пористостi оболонок на сколах у окремих мжросфер (рис. 1).
в г д
Рис. 1. Мшроструктура зольних мшросфер украшських ТЕС: а - Бурштинсько!; б - Криворiзькоi; в - Курамвсько!; г - Приднiпровськоi;
д - Трипшьсько!
У немагнiтних зольних мшросферах, отриманих у результатi трьохстадш-ного роздтен я, то мiстять у своему складi як перфорованi, так i неперфорова-нi мiкросфери, поряд з фазою кварцу присутня також незначна (не бшьше 5 мас. %) кшьюсть мулiту. Останнiй знаходиться тшьки у перфорованих мжро-сферах, у той час як неперфороваш мютять лише фазу кварцу (рис. 1).
Основною вщмшнютю магнiтних мжросфер вiд немагнiтних е поява в !х складi поряд з кварцом фази магнетиту FeзO4. Необхiдно також вщзначити вiд-
сутшсть суттевих вiдмiнностей у мiнералогiчному складi перфорованих i непе-рфорованих мшросфер, де рееструються фази кварцу, магнетиту i мулiту (останнi на межi виявлення). У той же час мулгг не проявляеться у вшх досль джуваних золах з густиною 0,52 г/см3.
Можливост використання зольних мкросфер як наповнювача в значнш мiрi визначаються здатнiстю цього матерiалу змочуватись рiзними рiдинами з утворен-ням стшких стабтьних дисперсних систем. В цих системах рщина змочування ви-ступала б дисперсiйним середовищем, а зольнi мiкросфери - дисперсною фазою [10].
Так, з метою встановлення доцшьност застосування зольних мшросфер як наповнювача теплоiзоляцiйних будiвельних матерiалiв, визначалась !х змочу-ванiсть полярною та неполярною рщинами: дослiджуваною рщиною (вода) та рiдиною порiвняння, величина в'язкост та поверхневого натягу яко! е дуже ни-зькою - ксилол. Результати дослщження наведенi в табл. 2.
Таблиця 2
Властивост зольних мжросфер^__
Показник Бурштин-ська ТЕС Придншровська ТЕС Кривор1зька ^ ТЕС Трипшьська ТЕС Курах1вська ТЕС
Змочувашсть: - вода; 0,0872 0,0523 0,1045 0,0872 0,0349
- ксилол 0,5878 0,6018 0,6691 0,7771 0,5736
Ефективна пито-ма поверхня, м2/г 1,7 1,9 | 1,5 2,0 2,3
Коефщ1ент лю-фшьносп (Р) 0,148 0,087 ( 0,156 0,112 0,061
Умовний тан-
генс кута д1еле-
ктричних втрат: - висушеш; 0,021 0,025 0,026 0,024 0,016
- витриман1 у
вологому сере-довищ1 0,027 0,040 0,031 0,075 0,018
Встановлено, що зольнi мiкросфери значно краще змочуються неполярни-ми рiдинами (ксилол, С8Н10), нiж полярними (вода, Н2О). При чому, дослщжу-ваний матерiал змочуеться погано (кут змочування в точщ зiткнення трьох фаз становить 50-90°) [11, 12].
Найбтьшою змочуванютю як по водi, так i по ксилолу характеризуються зо-льш мiкросфери, отриманi шляхом спалювання вуплля Курахiвськоi (0,0349 - по водi та по ксилолу - 0,5736) та Придншровсько! ТЕС (по водi - 0,0523 та 0,0349 -по ксилолу). Найменша змочуванiсть характерна для зольних мкросфер по водi -Криворiзькоi ТЕС (0,1045), по ксилолу - Триптьсько! ТЕС (0,7771) [13, 14].
Коефщент лiофiльностi е найвищим у зольних мiкросфер, отриманих при спалюваннi вугiлля Бурштинсько! ТЕС, i становить 0,148, а найнижчим - у зольних мкросфер Курах^всько! ТЕС (0,061).
О^м змочуваносп, не менш важливою характеристикою при вивченш властивостей порошкоподiбних матерiалiв, у даному випадку зольних мшрос-фер, е !х питома поверхня.
Питома поверхня дисперсно! фази визначае характер !! взаемодi!' з матрицею та залежить вщ поверхнi контакту i розподiлу частинок у дисперсшному середовищi.
Зольнi мiкросфери мають вщносно низьку питому поверхню (табл. 2). Це безпосередньо пов'язано з !х гранулометричним складом: загальною крупнiстю фракцп, вмiстом фракцiй пiдвищено! крупностi (300-500 мкм), розподшом частинок в об'емц а також з його мшерально-фазовим складом.
Так, найвищу питому поверхню мають зольш мшросфери, отримаш при спалюваннi вугiлля Трипiльсько! та Курах^всько! ТЕС (2,0 та 2,3 м2/г). Найниж-ча величина даного показника у зразкiв з Криворiзько! ТЕС.
Зольнi мiкросфери проявляють властивост типового дiелектрика. Висуше-ний матерiал характеризуеться порiвняно низькими значеннями умовного тангенса кута дiелектричних втрат.
Однак, адсорбувавши на свою поверхню певну кшьюсть вологи, tg5 збшь-шуеться на порядок. Це свщчить про те, що дiелектричнi властивост зольних мiкросфер залежать вiд властивостей !х поверхнi: потенцiйно! енергi!, полярно-стi нескомпенсованих енергетичних потенцiалiв, адсорбцшно! здатностi повер-хнi та адсорбованих нею речовин. Чим вище значення tg5, тим вищу пдрофшь-шсть i нижчу гiдрофобнiсть мають дослщжуваш матерiали.
Отриманi данi показали, що найвище значення tg5 у зольних мшросфер Три-пiльсько! ТЕС, також висою показники для вiдходiв Криворiзько! та Придншров-сько! ТЕС. Мшмальне його зт лчення г я з* л Бурштинсько! та Курахiвсько! ТЕС. З вищезазначеного слiдуе, що зольш мжросфери двох останнiх ТЕС мають, вщпо-вiдно, i мшмальне вологопоглинання серед дослiджуваних матерiалiв.
Основш властивостi теплоiзоляцiйних матерiалiв визначаються !х пористiстю: повiтрянi пори рiзко знижують теплопровiднiсть матерiалу. Крiм того, вщ пористо-ст залежать щiльнiсть, мщнють, газопроникнiсть теплоiзоляцiйних матерiалiв.
Важливе значення мае рiвномiрний розподiл повiтряних пор у мшросферах i характер пор, а також хiмiчний склад i молекулярна будова каркасу та умови застосування даного матерiалу. Особливо це необхщно враховувати при виборi матерiалiв для високотемпературно! iзоляцi!.
Бiльш висою теплоiзоляцiйнi властивостi при однаковiй пористосп мають матерiали, що мають дрiбнi замкнутi пори внаслiдок зменшення передачi теп-лоти конвекцiею та випромшюванням.
Оцiнка пористостi зольних мiкросфер за методом з використанням рiдин рiзно! полярностi показана у табл. 3.
Найвища вона у випадку Трипшьсько! та Криворiзько! ТЕС (50 % та 45,2 % вщповщно), а найнижча - Курах^всько! ТЕС (38,8 %).
Враховуючи те, що властивосп мiкросфер дослiджувалися з метою дове-дення доцiльностi використання !х як наповнювача для теплоiзоляцiйних будi-вельних матерiалiв, то на даному етат важливим буде навести результати дос-лiдження теплопровiдностi зольних мiкросфер рiзних ТЕС Укра!ни [9].
Таблиця 3
Пористють зольних мкросфер, %_ _ _
ТЕС Вода Ксилол
Бурштинська 43,5 44,2 ^
Придншровська 39,4 41,3
Кривор1зька 45,2 47,1 ^
Трип1льська 50,0 51,8
Курах1вська 38,8 - ^9,6
Результати визначення коефщента теплопровiдностi (X) наведенi у табл. 4.
Таблиця 4
Коес лщент теплопровiдностi зольних мiкросфер, Вт/(мК)
Показник Бурштинська ТЕС Придн1провсь-ка ТЕС Кривор1зь-ка ТЕС Тритльсь-ка ТЕС Курах1всь-ка ТЕС
Коеф1ц1ент теп-лопров1дност1 (X) 0,184 0,162 0,173 0,190 0,177
Найвищий коефщент теплопровщност мають зольнi мкросфери, отрима-нi з Трипiльсько! та Бурштинсько! ТЕС (0,190 та 0,184 Вт/(мК) вiдповiдно), а найнижчий - Придншровсько! ТЕС. Оскiльки, нижчий коефщент теплопровщ-ностi зумовлюе менший теплообмш внутрiшнього середовища з зовнiшнiм, то бшьш високими теплоiзоляцiйними властивостями володшть зольнi мкросфе-ри Приднiпровсько!, Криворiзько! та Курахiвсько! ТЕС.
На основi отриманих даних з використанням незалежних методш фiзико-хiмiчного аналiзу встановлено, що в складi дослщжуваних зольних мкросферах зна-ходиться мулiт, кварц, скло та опал-кристобалiт. 1х кшьюсть визначаеться особливо-стями технологiчних процешв отримання зольних мiкросфер та родовища вугшля.
Вивчення мiнералогiчного складу зольних мкросфер дозволяе визначити основнi напрями реалiзацi! !х потенцiйних можливостей. Для отримання бшьш повно! картини необхщно охарактеризувати зв'язок мiнералогiчний склад на-повнювачiв - властивостi поверхнi [13].
Змочувашсть водою пов'язуеться з кристалохiмiчною будовою зольних мк-росфер, молекулярною природою поверхш i наявнiстю на нш таких центрiв чи радикашв, що приеднують до себе молекули води за допомогою водневих зв'язюв. Отже вихiднi властивостi поверхнi сировинних компонентiв необхiдно враховува-ти при практичному застосуванш зольних мiкросфер в якосп наповнювача для будiвельних матерiалiв з пiдвищеними теплоiзоляцiйними властивостями.
Наявнють деяких розбiжностей при оцiнцi взаемодп зольних мiкросфер з водою (за показником змочуваносп та умовним тангенсом кута дiелектричних втрат) зумовлено, о^м вiдмiнностей в мiнералогiчному складi, i рiзним ступе-нем розвитку питомо! поверхнi. В цьому зв'язку експериментально встановлено (табл. 2), що дослщна проба зольних мiкросфер Kриворiзько! ТЕС вiдрiзняеться вiд Курахiвсько! ТЕС бшьшою змочуванiстю полярною (водою) i неполярною (ксилолом) рщиною. А також вищезазначеш зразки вiдрiзняються коефiцiентом
люфшьносл (0,156 для Kp^0pi3bK0ï ТЕС проти 0,061 для KypaxiBCbKOï ТЕС) при дещо меншiй ефективнiй питомiй поверхш.
З метою визначення доцiльностi використання зольних мкросфер в якостi наповнювачiв для бyдiвельних матерiалiв з тдвищеними теплоiзоляцiйними властивостями необхiдно охарактеризувати зв'язок мшералопчний склад - по-ристють - теплопровiднiсть дослiджyваних вiтчизняних мкросфер.
Окрiм згаданих факторiв, фiзико-хiмiчнi властивост поверхнi зольних мк-росфер в певнш мiрi визначаються параметрами 1'х поровоï структури.
Ïï кiлькiсна ощнка з використанням води i ксилолу засвщчила наявнiсть значноï диференцiацiï. Так, мтмальний об'ем пор для дослщжуваних матерiа-лiв складае 38-43 % в залежност вiд виду рщини (вода), а максимальний 4751,8% (ксилол). Зразки зольних мкросфер Бурштинсько!' ТЕС вiдрiзняються приблизно однаковою пористютю як по водi, так i по ксилолу. Причиною такого явища може бути мшералопчний склад вугшля, що виступае сировиною для отримання зольних мкросфер [14].
Величина пористост значною мiрою впливае на мщшсть зольних мкрос-фер. В даному випадку, при збшьшенш пористост зменшуеться маса матерiалy, зменшуеться його теплопровщшсть, iстотно змiнюеться мiцнiсть, водопроник-нiсть, морозостiйкiсть тощо.
Явище змочування характеризуе молекулярну взаемодш мiж рщиною та зольними мiкросферами i суттево впливае на перспективи використання зольних мкросфер в якостi наповнювача для бyдiвельних матерiалiв з тдвищеними теплоiзоляцiйними властивостями.
Найкраща змочyванiсть при натканш спостерiгаеться для зольних мкрос-фер Kриворiзькоï, Бурштинсько1' та Трипшьсько1' ТЕС, найгiрша - для Kyрахiв-сько1' ТЕС. Вiдносно мiнералогiчного складу слщ вiдмiтити, що в перших трьох випадках переважае мyлiт, а в останньому - складовi (мулл та опал-кристобалiт) варiюються практично в однаковому спiввiдношеннi.
Взаемозв'язок мiж мiнералогiчним складом зольних, 1'х енергетичним станом (умовний тангенс кута дiелектричних втрат) та змочувашстю водою теж члко вiдстежyеться. Максимальнi значення tgS спостерiгаеться у випадку поганого змочування. З покращенням змочування умовний тангенс кута дiелектри-чних втрат зменшуеться [15].
Теплоiзоляцiйнi властивост бyдiвельних матерiалiв перш за все залежать вiд об'емно1' маси наповнювача (щшьносп). Деякий вплив на теплопровщнють спричиняють також структура пор i мшералопчний склад цього наповнювача (зольних мкросфер) [16, 17].
Коефщент теплопровщност дослщжуваних зольних мiкросфер коливаеть-ся в межах 0,162-0,190 Вт/(мК). Звщси слiдyе, що найвищими теплоiзоляцiй-ними властивостями володшть зразки, отриманi з Тритльсько1' ТЕС, а найниж-чими - Придншровсько1' ТЕС.
7. SWOT-аналiз результатiв дослiджень
Strengths. Серед сильних сторш даного дослiдження необхiдно вщмггити обгрунтований вибiр сировинно!' бази для використання зольних мкросфер в
якост наповнювача для будiвельних MaTepianÏB з пщвищеними теплоiзолящй-ними властивостями: золошлaковi вiдходи твердопаливних теплоелектростан-цiй (БурштинськоЛ, Приднiпровськоï, Криворiзькоï, Трипiльськоï та Курах^всь-ко50, бо на сьогоднi таю даш вiдсутнi.
Дослiдження мiнерaлогiчного складу, структури i властивостей поверхнi вггчизняних зольних мiкросфер дозволить розширити сфери використання цьо-го мaтерiaлу в якост наповнювача для композицiйних мaтерiaлiв (в тому числi i будiвельних). До того ж, зольнi мкросфери - це альтернативна сировина, яка виробляеться пiд час високотемпературного спалювання вугiлля на ТЕС та не потребуе додатково! обробки, i, як наслщок, фiнaнсових затрат в цьому напря-мку. Зольнi мiкросфери володшть досить високими теплоiзоляцiйними властивостями, а тому даний мaтерiaл мае перспективу використання в якост наповнювача для будiвельних мaтерiaлiв (зокрема, i для будiвельних сумiшей).
Weaknesses. Слабкою стороною даних дослiджень е те, що вивчення мшерало-пчного складу, структури i властивостей зольних мкросфер е недостатшм для пов-но! та всебiчноï оцiнки даних мaтерiaлiв для використання остaннiх в якост наповнювача будiвельних мaтерiaлiв з пiдвищеними теплоiзоляцiйними властивостями.
Ще одним недолiком даного дослiдження е те, що науковий експеримент проводиться протягом тривалого перюду експлуaтaцiï в режимi реального часу. В результат цього можуть виникнути неприпустимi похибки, зумовлеш фактором суб'ективiзму. Тому для запобшання зазначеного недолiку слщ особливу увагу придiляти чистотi само1' процедури дослiдження на всiх ïï етапах. Для за-побiгaння такого недолку необхiдно чiтко дотримуватися методики до^джень та чистоти експерименту.
Opportunities. На перспективу доцшьним е проведення шших дослiджень, пов'язаних з визначенням фiзико-хiмiчних, фiзико-технiчних та фiзико-мехашчних властивостей зольних мiкросфер. Такими властивостями можуть бути: хiмiчний склад мaтерiaлу, густина, IЧ-спектрометрiя та iншi. Дослщження вищенаведених властивостей зольних мiкросфер дозволить бшьш глибоко ви-значити доцшьнють використання остaннiх як наповнювача для будiвельних мaтерiaлiв (зокрема, сухих будiвельних сумiшей) з пiдвищеними теплоiзоляцiй-ними властивостями. Дослщження у цьому напрямку розширять можливостi застосування зольних мкросфер.
Threats. Складношд у впровaдженнi отриманих результапв можуть бути пов'язaнi з тим, що даний мaтерiaл не такий вщомий як, наприклад, скляш мк-росфери. Влaстивостi остaннiх не дослщженш в повному обсязi, а використання 1'х в якостi наповнювача для будiвельних мaтерiaлiв не таке, поширене, як iншi (наприклад, тсок). За рахунок невисоких мiцнiсних характеристик порiвняно з iншими наповнювачами, для використання зольних мкросфер в будiвельнiй промисловосп необхiдно 1'х модифiкувaти та вдосконалити.
Таким чином, SWOT-aнaлiз результапв дослщження дозволяе визначити основш напрямки щодо досягнення мети дослщжень, а саме:
- провести комплексш до^дження з визначення впливу окремих властивостей на потенцшну здaтнiсть використання зольних мкросфер для будiве-льних мaтерiaлiв з пiдвишеними теплоiзоляцiйними властивостями;
- розробити методику щодо додаткових дослджень властивостей зольних мкросфер;
- дослщити iндивiдyальнi характеристики модифiкованих зольних мкросфер з метою подальшо1' рекомендацп ïх використання у бyдiвельнiй промисловосп.
8. Висновки
1. З використанням методiв рентгенофазового аналiзy та оптично1' мкроско-mï дослiджено п'ять зразюв зольних мiкросфер, отриманих з рiзних ТЕС Украши. Зафiксовано присyтнiсть в ïх складi скла, опал-кристобалiтy, мулпу та кварцу.
2. Виявлено визначаючу роль кшькост адсорбовано1' води на змочува-нiсть дослiджyваних зольних мкросфер. Представлена порiвняльна кiлькiсна оцiнка 1'х змочyваностi водою i ксилолом на рiвнi 0,0349-0,1045 та 0,57360,7771 вщповщно та енергетичного стану поверхш.
3. Оцшено вплив питомоï поверхш рiзних зольних мiкросфер та характеру поровоï структури на фiзико-хiмiчнi властивостi поверхнi. Зокрема, вщ величини питомоï поверхнi залежить поглинальна здатнiсть дослiджyваного матерiалy. Також величина питомоï поверхнi характеризуе дисперснiсть зольних мкросфер. Результати дослщжень (табл. 2) тдтверджують доцiльнiсть використання зольних мкросфер в якост наповнювача для бyдiвельних матерiа-лiв з тдвищеними теплоiзоляцiйними властивостями.
4. Дослщжено теплопровiднiсть та охарактеризовано ïï взаемозв'язок з мшералопчним складом та пористютю yкраïнських зольних мiкросфер. Мшералопчний склад та пористiсть зольних мкросфер безпосередньо впливають на теплопровiднiсть останшх. За результатами дослiджень (табл. 1, 3) при однако-вому або близькому хiмiчномy складi теплопровiднiсть матерiалiв, що мають кристалiчнy будову, вище, шж матерiалiв аморфноï i змiшаноï будови. При од-наковiй пористост (табл. 3) бiльш високими теплоiзоляцiйними властивостями володiють матерiали, що мають дрiбнi замкнyтi пори внаслiдок зменшення пе-редачi теплоти конвекцiею та випромшюванням.
Лiтература
1. Chumakov, L. D. Tehnologiia zapolnitelei betona (praktikum) [Text]: Handbook / L. D. Chumakov. - Moscow: ASV, 2006. - 48 p.
2. Danilovich, I. Yu. Ispol'zovanie toplivnyh shlakov i zol dlia proizvodstva stroitel'nyh materialov [Text] / I. Yu. Danilevich, N. A. Skanavi. - Moscow: Vysshaia shkola, 1988. - 72 p.
3. Haluschak, M. O. Methods of Measuring the Thermal Conductivity of Bulk Solids and Thin Films (Review) [Text] / M. O. Haluschak, V. G. Ralchenko, A. I. Tkachuk, D. M. Freik // Physics and Chemistry of Solid State. - 2013. - Vol. 14, No. 2. - P. 317-345. -Available at: \www/URL: http://www.pu.ifua/inst/phys che/start/pcss/vol14/1402-03.pdf
4. Pashchenko, A. A. Gidrofobnyi vspuchennyi perlit [Text] / A. A. Pashchenko, M. G. Voronkov, A. A. Krupa, V. A. Svidersky. - Kyiv: Naukova dumka, 1977. - 204 p.
5. Kochergin, C. M. Betony. Materialy. Tehnologii. Oborudovanie [Text] / S. M. Kochergin. - Moscow: Stroiinform; Rostov na Donu: Feniks, 2006. - 424 p.
6. Kats, G. S. Napolniteli dlia polimernyh kompozitsionnyh materialov [Text] / ed. by G. S. Kats, D. V. Milevski. - Moscow: Khimiia, 1981. - 736 p.
7. Teriaeva, T. N. Fiziko-himicheskie svoistva aliumosilikatnyh polyh mikrosfer [Text] / T. N. Teriaeva, O. V. Kostenko, Z. R. Ismagilov, N. V. Shikina, N. A. Rudina, V. A. Antipova // Vestnik Kuzbasskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. -2013. - Vol. 5 (99). - P. 86-90.
8. Landel, R. F. Mechanical Properties of Polymers and Composites, Second Edition [Text] / R. F. Landel, L. E. Nielsen. - CRC Press, 1993. - 580 p.
9. Mironyuk, I. F. The Scientific Principles of Controlled Synthesis of Fumed Silica and its Physico-Chemical Properties [Text]: Thesis for a Doctor's Degree / I. F. Mironyuk. -Kyiv: The Institute for Surface Chemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2000. - 46 p.
10. Barthel, H. Fumed Silica - Production, Properties, and Applications [Text] / H. Barthel, L. Rosch, J. Weis // Organosilicon Chemistry II: From Molecules to Materials. - Weinheim: VCH Verlagsgesellschaft mbH, 1996. - P. 761-778. doi: 10.1002/9783527619894.ch91
11. Meyer, K. Fiziko-himicheskaia kristallografiia [Text] / K. Meyer, E. D. Shchukin, B. M. Summ. - Moscow: Metallurgiia, 1972. - 480 p.
12. Wang, Q. The role of fly ash microsphere in the microstructure and macroscopic properties of high-strength concrete [Text] / Q. Wang, D. Wang, H. Chen // Cement and Concrete Composites. - 2017. - Vol. 83. - P. 125-137. doi: 10.1016/j .cemconcomp.2017.07.021
13. Ivanov, M. G. Sorbtsiia formal'degida i tehnologiia polucheniia opoki, modifitsiro-vannoi silanom [Text] / M. G. Ivanov, O. B. Lihareva, A. I. Matern, O. V. Stoianov // Vestnik Kazanskogo tehnologicheskogo universiteta. - 2017. - Vol. 20, No. 12. - P. 22-26.
14. Bodnar, R T. Ekspres-metod vyznachennia kraiovoho kuta zmochuvannia porystykh til [Text] / R T. Bodnar // Metody ta prylady kontroliu yakosti. - 2016. - Vol. 1 (36). - P. 30-38. -Available at: \www/URL: http://elar.nung.edu.ua/bitstream/123456789/4256/1/5397p.pdf
15. Dai, S. The sources, pathway, and preventive measures for fluorosis in Zhijin County, Guizhou, China [Text] / S. Dai, W. Li, Y. Tang, Y. Zhang, P. Feng // Applied Geochemistry. - 2007. - Vol. 22, No. 5. - P. 1017-1024. doi: 0.1016/i.apgeochem.2007.02.011
16. Jow, J. Fly Ash-based Technologies and Value-added Products Based on Materials Science [Text] / J. Jow, Y. Dong, Y. Zhao, S. Ding, Q. Li, X. Wang, S. Lai // 2015 World of Coal Ash (WOCA) Conference in Nasvhille, May 5-7, 2015. - 26 p. -Available at: \www/URL: http://www.flyash.info/2015/047-iow-2015.pdf
17. Liu, H. Morphology and Composition of Microspheres in Fly Ash from the Luo-huang Power Plant, Chongqing, Southwestern China [Text] / H. Liu, Q. Sun, B. Wang, P. Wang, J. Zou // Minerals. - 2016. - Vol. 6, No. 2. - P. 30. doi: 10.3390/min6020030
