vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2020-22-4-140-146vestniktgasu-831Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯCONSTRUCTION MATERIALS AND PRODUCTSОсобенности формирования структурно-фазового состава микросфер на основе материалов алюмосиликатной группыStructure and phase composition of aluminosilicate-based microspheresВласовВ. А.VlasovV. A.

Власов Виктор Алексеевич, докт. физ.-мат. наук, профессор

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

Viktor A. Vlasov, DSc, Professor

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk, Russia

rector@tsuab.ruШеховцовВ. В.ShekhovtsovV. V.

Шеховцов Валентин Валерьевич, ст. преподаватель

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

Valentin V. Shekhovtsov, Senior Lecturer

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk, Russia

shehovcov2010@yandex.ruВолокитинО. Г.VolokitinO. G.

Волокитин Олег Геннадьевич, докт. техн. наук, доцент

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

Oleg G. Volokitin, DSc, A/Professor

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk, Russia

volokitin_oleg@mail.ruСкрипниковаН. К.SkripnikovaN. K.

Скрипникова Нелли Карповна, докт. техн. наук, профессор

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

Nelli K. Skripnikova, DSc, Professor

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk, Russia

nks2003@mail.ruВолокитинГ. Г.VolokitinG. G.

Волокитин Геннадий Георгиевич, докт. техн. наук, профессор

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

Gennady G. Volokitin, DSc, Professor

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk, Russia

vggtomsk@mail.ruГафаровР. Е.GafarovR. E.

Гафаров Руслан Евгеньевич, аспирант

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

Ruslan E. Gafarov, Research Assistant

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk, Russia

GreexRayne@gmail.comТомский государственный архитектурно-строительный университетРоссияTomsk State University of Architecture and BuildingRussian Federation202027082020224140146Copyright © Власов В.А., Шеховцов В.В., Волокитин О.Г., Скрипникова Н.К., Волокитин Г.Г., Гафаров Р.Е., 20202020Власов В.А., Шеховцов В.В., Волокитин О.Г., Скрипникова Н.К., Волокитин Г.Г., Гафаров Р.Е.Vlasov V.A., Shekhovtsov V.V., Volokitin O.G., Skripnikova N.K., Volokitin G.G., Gafarov R.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/831

В большинстве случаев оболочка микросфер алюмосиликатной группы представлена рентгеноаморфным состоянием, что существенно снижает прочностную характеристику. Однако есть ряд технологических особенностей, применяемых в промышленности, где осуществляется образование стеклокристаллического и кристаллического состояния конденсированной фазы, представленной оболочкой микросферы. Наиболее интересным на сегодняшний день является процесс формирования структурно-фазового состава при взаимодействии материалов алюмосиликатной группы (отношение SiO2/Al2O3 варьируется в широком диапазоне 0−100 %) с высокотемпературным газовым потоком (плазма − температура ≥ 5000 К). В статье представлены результаты исследований, показывающие изменение структурно-фазового состояния конденсированной фазы на основе материалов алюмосиликатной группы при производстве микросфер. По результатам качественного рентгенофазового анализа определено, что процесс формирования структурно-фазового состава оболочки микросфер на основе тугоплавких поликристаллических материалов обеспечивает: образование рентгеноаморфной структуры оболочки после охлаждения при концентрации SiO2 ≥ 60 масс. % в исходном порошке; переход скрытокристаллической модификации γ-Al2O3 в высокотемпературную α-Al2O3 при алюмооксидном исходном порошке.

The paper focuses on aluminosilicate-based microspheres, whose shell represents an X-ray amorphous state, which significantly reduces their strength properties. However, a number of technological characteristics used in industry provide the formation of glass-ceramic and crystalline states of the condensed phase, which is the shell microsphere. Presently, the formation of the structure and phase composition during the interaction between aluminosilicates (the SiO2/Al2O3 ratio varies between 0−100 %) and high-temperature (≥ 5000 K) plasma is most interesting. This paper presents the research results of the structure and phase composition of the aluminosilicate-based condensed phase during the microsphere production. The X-ray phase analysis shows that after cooling, the structure and phase composition of the microsphere shells based on refractory polycrystalline materials promotes the formation of the X-ray amorphous structure at SiO2 ≥ 60 wt. % in the initial powder and the transition of γ-Al2O3 cryptocrystalline phase to high-temperature α- Al2O3 phase with the use of the initial alumina powder.

микросферыплазмарентгенодифракционные спектрызолакварцевый песокбемитmicrospheresplasmaX-ray diffraction patternashsilica sandboehmiteReferencesHanifa Asad, Lu Zeyu, Li Zongjin. Utilization of fly ash cenosphere as lightweight filler in cement- based composites A review // Construction and Building Materials. 2017. V. 144. № 30. P. 373–384.Hanifa Asad, Lu Zeyu, Li Zongjin. Utilization of fly ash cenosphere as lightweight filler in cement- based composites A review. Construction and Building Materials. 2017. V. 144. No. 30. Pp. 373–384.Перфилов В.А., Котляревская А.В., Канавец У.В. Влияние полых стеклянных микросфер на свойства легких мелкозернистых бетонов // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2016. № 43 (62). С. 93–103.Perfilov V.A., Kotlyarevskaya A.V., Kanavets U.V. Vliyanie polykh steklyannykh mikrosfer na svoistva legkikh melkozernistykh betonov [Influence of hollow glass microspheres on light finegrained concrete properties]. Vestnik Volgogradskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. Seriya: Stroitel'stvo i arkhitektura. 2016. No. 43 (62). Pp. 93–103. (rus)Navid R., Carsten K. Cenospheres: A review // Fuel. 2017. V. 207. № 1. P. 1–12.Navid R., Carsten K. Cenospheres: A review. Fuel. 2017 V. 207. No. 1. Pp. 1–12.Иноземцев А.С., Королев Е.В. Деформации высокопрочных легких бетонов на полых микросферах и способ их снижения // Строительные материала. 2015. № 5. C. 23–30.Inozemtsev A.S., Korolev E.V. Deformatsii vysokoprochnykh legkikh betonov na polykh mikrosferakh i sposob ikh snizheniya [Deformation of high-strength lightweight concretes on hollow microspheres and method of deformation reduction]. Stroitel'nye materialy. 2015. No. 5. Pp. 23−30. (rus)Kornienko E.E., Lapushkina E.J., Kuzmin V.I. Air plasma sprayed coatings of self-fluxing powder materials // Journal of Physics: Conference Series. 2014. V. 567. № 1. P. 012010.Kornienko E.E., Lapushkina E.J., Kuzmin V.I. Air plasma sprayed coatings of self-fluxing powder materials. Journal of Physics: Conference Series. 2014. V. 567. No. 1. P. 012010.Yi Li, Xiangpeng Gao, Hongwei Wu Further Investigation into the Formation Mechanism of Ash Cenospheres from an Australian Coal-Fired Power Station // Energy Fuels. 2013. V. 27. № 2. P. 811–815.Yi Li, Xiangpeng Gao, Hongwei Wu. Further investigation into the formation mechanism of ash cenospheres from an Australian Coal-Fired Power Station. Energy Fuels. 2013. V. 27. No. 2. Pp. 811–815.Shelby J.E. Introduction to glass science and technology // Cambridge: The Royal Society of Chemistry. 2005. 312 p.Shelby J.E. Introduction to glass science and technology. Cambridge: The Royal Society of Chemistry. 2005. 312 p.Vassilev S.V., Menendez R., Diaz-Somoano M., Martinez-Tarazona M.R. Phase-mineral and chemical composition of coal fly ashes as a basis for their multicomponent utilization. 2. Characterization of ceramic cenosphere and salt concentrates // Fuel. 2004. V. 83. P. 585–603.Vassilev S.V., Menendez R., Diaz-Somoano M., Martinez-Tarazona M.R. Phase-mineral and chemical composition of coal fly ashes as a basis for their multicomponent utilization. 2. Characterization of ceramic cenosphere and salt concentrates. Fuel. 2004. V. 83. Pp. 585–603.Донской А.В., Клубникин В.С. Электроплазменные процессы и установки в машиностроении. Ленинград : Машиностроение, 1979. 221 с.Donskoi A.V., Klubnikin V.S. Elektroplazmennye protsessy i ustanovki v mashinostroenii [Plasma processes and plants in mechanical engineering]. Leningrad: Mashinostroenie, 1979. 221 p. (rus)Li G.W. Li L.T.W., Tian Z. C. et al. General and facile method to prepare uniform gammaalumina hollow microspheres from waste oil shale ash // Materials Letters. 2014. V. 133. P. 143–146.Li G.W. Li L.T.W., Tian Z. C., et al. General and facile method to prepare uniform gammaalumina hollow microspheres from waste oil shale ash. Materials Letters. 2014. V. 133. Pp. 143–146.Vakalova T.V., Khabas T.A., Revva I.B., Pavlova I.A. Heat-Insulating Ceramics which Have a Nanoporous Structure and are Made with the Use of Ash-Bearing Wastes from Power Plants // Refractories and Industrial Ceramics. 2015. V. 55. № 6. P. 505–510.Vakalova T.V., Khabas T.A., Revva I.B., Pavlova I.A. Heat-insulating ceramics which have a nanoporous structure and are made with the use of ash-bearing wastes from power plants. Refractories and Industrial Ceramics. 2015. V. 55. No. 6. Pp. 505–510.Maciej Z., Rui C.N., Luis F.S., Karol W. Characterization of fly-ash cenospheres from coal-fired power plant unit // Fuel. 2016. V. 174. P. 49–53.Maciej Z., Rui C.N., Luis F.S., Karol W. Characterization of fly-ash cenospheres from coalfired power plant unit. Fuel. 2016. V. 174. Pp. 49–53.Kim G.H., Sohn I. Effect of Al2O3 on the viscosity and structure of calcium silicate-based melts containing Na2O and CaF2 // J. Non-Cystalline Solids. 2012. V. 358. P. 1530–1537.Kim G.H., Sohn I. Effect of Al2O3 on the viscosity and structure of calcium silicate-based melts containing Na2O and CaF2 // J. Non-Cystalline Solids. 2012. V. 358. P. 1530–1537.Kwan A.K.H. Chen J.J. Adding fly ash microsphere to improve packing density, flowability and strength of cement paste // Powder Technology. 2013. V. 234. P. 19–25.Kwan A.K.H. Chen J.J. Adding fly ash microsphere to improve packing density, flowability and strength of cement paste // Powder Technology. 2013. V. 234. P. 19–25.Шеховцов В.В., Волокитин О.Г. Технология получения микросфер различной структуры на основе золошлаковых отходов плазменным методом // Техника и технология силика- тов. 2017. Т. 24. № 3. С. 2−6.Шеховцов В.В., Волокитин О.Г. Технология получения микросфер различной структуры на основе золошлаковых отходов плазменным методом // Техника и технология силика- тов. 2017. Т. 24. № 3. С. 2−6.Волокитин Г.Г., Шеховцов В.В., Скрипникова Н.К., Волокитин О.Г., Волланд С. Физико-химические процессы получения зольных микросфер с использованием низкотемпературной плазмы // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного уни- верситета. 2016. № 3 (56). С. 139−145.Волокитин Г.Г., Шеховцов В.В., Скрипникова Н.К., Волокитин О.Г., Волланд С. Физико-химические процессы получения зольных микросфер с использованием низкотемпературной плазмы // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного уни- верситета. 2016. № 3 (56). С. 139−145.Шеховцов В.В., Волокитин О.Г., Гафаров Р.Е., Семеновых М.А. Получение микросфер на основе материалов алюмосиликатной группы // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2019. Т. 21. № 6. С. 134−139.Шеховцов В.В., Волокитин О.Г., Гафаров Р.Е., Семеновых М.А. Получение микросфер на основе материалов алюмосиликатной группы // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2019. Т. 21. № 6. С. 134−139.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.