The selected physico-chemical properties of microspheres and possibility of their use in cement composites

• Autorzy: Haustein E.

Warianty tytułu

PL

Wybrane właściwości fizyczno-chemiczne mikrosfer i możliwość ich wykorzystania w kompozytach cementowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Microspheres are formed during the mineral transformation stage in coal combustion. Their content in fly ashes from the combustion of different types of coals varies over a rather wide range from 0.01 to 4.8 wt.%. The microspheres have three main elements, silicon, aluminum and iron, the oxides of which account for about 89.0 wt.% of the material. Mineralogical analysis using XRD shows that microspheres mainly contain mullite and quartz as the main crystalline phases. The size of microspheres varies between 5 and 500 µm and the most common dimension is 20÷300 µm. Microspheres are characterized by a low bulk density (0.2÷0.8 g/cm3 ) and can be easily separated by gravitational methods in the form of a concentrate in aqueous media or collected from the water surface of lagoons intended for storing of fly ash and slag. The unique properties of microspheres suggest the wide range of their use. They are currently used as lightweight filler which improves the thermal insulation properties of mortars and concretes based on mineral binders.

PL

Mikrosfery - drobna frakcja popiołów lotnych - powstają w procesie konwencjonalnego spalania węgli kamiennych. Ich zawartość w popiołach lotnych ze spalania różnych gatunków węgla zmieniać się może w szerokim zakresie: od 0,01 do 4,8 wag.%. Pod względem składu chemicznego głównymi składnikami mikrosfer w formie tlenkowej są krzem, glin i żelazo, stanowiące około 89% ich masy. Ich skład mineralny to głównie: kwarc i mulit. Wielkość cząstek sferycznych waha się od 5 do 500 µm, jednak rozmiar większości cząstek mieści się w granicach od 20 do 300 µm. Mikrosfery charakteryzują się niską gę- stością w zakresie 0,2÷0,8 g/cm3 . Na tej podstawie mogą być łatwo oddzielone metodą flotacji w środowisku wodnym, z powierzchni lagun lub bezpośrednio z basenów osadniczych. Wyjątkowe właściwości mikrosfer sugerują szerokie możliwości wykorzystania. Dzięki właściwościom pucolanowym mikrosfery wykorzystywane są jako lekki wypełniacz poprawiający własności termoizolacyjne zapraw i betonów na bazie spoiw mineralnych.

Słowa kluczowe

EN

microspheres; properties of physico-chemical; cement composites

PL

mikrosfery; właściwości fizyczno-chemiczne; kompozyty cementowe

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 16, nr 1
• Strony: 25--29
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Haustein E.

• Gdansk University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Department of Strength of Materials, ul. G. Narutowicza 12, 80-233 Gdansk, Poland

Bibliografia

• [1] Ochrona Środowiska, Główny Urząd Statystyczny, Warszawa 2012.
• [2] Sokol E.V., Maksimova N.V., Volkova N.I., Kalug V.M., Nigmatulina E.N., Frenkel A.E., Hollow silicate microspheres from fly ashes of the Chelyabinsk brown coals (South Urals, Russia), Fuel Proc. Technology 2000, 67, 35-52.
• [3] Vereshchagin S.N., Anshits N.N., Salanov A.N., Sharonova O.M., Vereshchagina T.A., Anshits A.G., Microspheres of fly ash as a source for catalytic supports, adsorbents and catalysts, Chemistry for Sustainable Development 2003, 11, 303-308.
• [4] Drozhzhin V.S., Shpirt M.Ya., Danilin L.D., Kuvaev M.D., Pikulin I.V., Potemkin G.A., Redyushev S.A., Formation processes and main properties of hollow aluminosilicate microspheres in fly ash from thermal power stations, Solid Fuel Chemistry 2008, 42, 2, 107-119.
• [5] Ngu L., Wu H., Zhang D., Characterization of ash cenospheres in fly ash from Australian power station, Energy & Fuels 2007, 21, 3437-3435.
• [6] Anshits N.N., Mikhailova O.A., Salanov A.N., Ansits A.G., Chemical composition and structure of the shell of fly ash non-perforated cenospheres produced from the combustion of the Kuznetsk coal (Russia), Fuel 2010, 89, 1849-1862.
• [7] Fomenko E.V., Anshits N.N., Pankova M.V., Mikhaylova O.A., Solovyov L.A., Shishkina N.N., Anshits A.G., Influence of the composition and structure of the glass-crystalline shell of cenospheres on helium permeability, Glass Physics and Chemistry 2012, 38, 2, 218-227.
• [8] Barbare N., Shukla A., Bose A., Uptake and loss of water in a cenospheres - concrete composite material, Cement and Concrete Research 2003, 33, 1681-1686.
• [9] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 27 września 2001 w sprawie katalogu odpadów (DzU nr 112, poz. 1206).
• [10] Blanco F., Garcia P., Mateos P., Atala J., Characteristics and properties of lightweight concrete manufactured with cenospheres, Cement and Concrete Research 2000, 30, 1715-1722.
• [11] Tao H.Q., Yao J.F., Zhang L.X., Xu N.P., Preparation of magnetic ZSM-5/Ni/fly-ash hollow microspheres using flyash cenospheres as the template, Mater. Lett. 63 (2009) 203-205.
• [12] Fenelonov V.B., Mel’gunov M.S., Parmon V. N., The properties of cenospheres and the mechanism of their formation during high-temperature coal combustion at thermal power plants, KONA, Power and Particle Journal 2010, 28, 189-208.
• [13] Kolay P.K., Singh D.N., Physical, chemical, mineralogical, and thermal properties of cenospheres from an ash lagoon, Cement and Concrete Research 2001, 31, 539-542.
• [14] Zhuge Y., Shen C.J., Lu G.X., Hesse G., Chen S., Ruan D., Materials properties and impact resistance of a new lightweight engineered cementitious composite, 23rd Australasian Conference on the Mechanics of Structures and Materials, Australia, 9-12 December 2014, 77-82.
• [15] Wang D.J., Tang Y., Dong A.G., Zhang Y.H., Wang Y.J., Hollow cancrinite zeolite spheres in situ transformed from fly ash cenosphere, Chinese Chemical Letters 2003, 14, 12, 1299-1302.
• [16] PN-EN 196-6:1997. Metody badania cementu. Oznaczanie stopnia zmielenia.
• [17] BN-79/6722-09. Popioły lotne i żużle z kotłów opalanych węglem kamiennym i brunatnym. Podział, nazwy i określenia.
• [18] PN-EN 450-1: 2009. Popiół lotny do betonu. Definicje, specyfikacje i kryteria zgodności.
• [19] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 września 2002 r. w sprawie standardów, jakości gleby oraz standardów jakości ziemi, Dz.U. Nr 165, poz.1359.
• [20] PN-EN ISO 14688-1:2006. Badania geotechniczne. Oznaczanie i klasyfikowanie gruntów. Część 1: Oznaczanie i opis.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.