Using anthropogenic raw materials in the process of synthesizing foam glass with heterogeneous microstructure

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Thermal insulation materials, including foam glass, are used to reduce heat losses in buildings. Foam glass has low thermal conductivity, high strength and environmental safety. Researches of scientists, including I.I. Kitaygorodsky and B.K. Demidovich, are aimed at controlling the process of foam glass synthesis and regulating the crystallization process. The cost reduction of foam glass is possible through the utilization of industrial waste.Materials and methods. The potential for reusing and obtaining foam glass is being studied using ash and slag waste from a power station in the Rostov region. The study of foam glass batch mixture includes preparation of raw materials, molding and firing. The research of the structure was conducted using an automatic diffractometer, micro-tomograph, and scanning electron microscope. Tests were carried out to assess the properties of foam glass specimens, such as thermal conducti-vity, strength, density, and load impact. The composition of raw materials for foam glass include broken glass, ash and slag mixture and Na2B4O7·10H2O. Foam glass synthesis was performed using anthracite, zirconium dioxide, chromium oxide, and magnesium oxide.Results. The research revealed the formation of crystalline phases in the amorphous foam glass framework. The presence of quartz, pyroxene, cristobalite, eskolaite, and wollastonite in foam glass composition was confirmed.Conclusions. Batch compositions and synthesis parameters were developed, leading to the production of nine modifications of foam glass with uniform porous structure and varying content of crystalline phases. Crystalline inclusions are evenly distributed. The role of crystallization centres is played by the crystalline phases present in the raw materials (in the composition of ash-and-slag mixture) and additional crystallization initiators (chromium oxide, zirconium dioxide and magnesium oxide). The conformity of foam glass properties to standard requirements was demonstrated.

About the authors

S. V. Fedosov

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: fedosov-academic53@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6117-7529
SPIN-code: 1840-8194

M. O. Bakanov

Ivanovo Fire Rescue Academy of State Firefighting Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters (IFRA of SFS of EMERCOM of Russia)

Email: mask-13@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8460-9056

I. S. Grushko

M.I. Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI) (SRSPU (NPI))

Email: grushkois@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7552-1885

References

  1. Китайгородский И.И., Кешишян Т.Н. Пеностекло. М. : Промстройиздат, 1953. 80 с.
  2. Демидович Б.К. Производство и применение пеностекла. Минск : Наука и техника, 1972. 301 с.
  3. Manevich V.E., Subbotin K.Yu. Foam glass and problems of energy conservation // Glass and Ceramics. 2008. Vol. 65. Issue 3–4. Pp. 105–108. doi: 10.1007/s10717-008-9026-1
  4. Кетов A.A., Конев A.B., Пузанов И.С., Саулин Д.В. Тенденции развития технологии пеностекла // Строительные материалы. 2007. № 9. С. 28–31. EDN IBEQAZ.
  5. Минько Н.И., Пучка О.В. Основные направления развития технологии производства и применения пеностекла // Строительные материалы. 2007. № 5. С. 97–100. EDN HZZITZ.
  6. Spiridonov Y.A., Orlova L.A. Problems of foam glass production // Glass and Ceramics. 2003. Vol. 60. Issue 9/10. Pp. 313–314. doi: 10.1023/B:GLAC.0000008234.79970.2c
  7. Кетов A.A. Нанотехнологии при производстве пеностеклянных материалов нового поколения // Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал. 2009. Т. 1. № 3. С. 15–23. EDN KYVQAD.
  8. Дамдинова Д.Р., Хардаев П.К., Карпов Б.А., Зонхиев М.М. Технологические подходы к получению пеностекол с регулируемой поровой структурой // Строительные материалы. 2007. № 3. С. 68–70. EDN HZITJV.
  9. Шелковникова Т.И., Баранов Е.В. Исследование влияния теплотехнических факторов на процесс формирования структуры пеностекла // Огнеупоры и техническая керамика. 2006. № 10. С. 21–24. EDN NUXDCN.
  10. Kaz’mina O.V., Vereshchagin V.I., Abiyaka A.N., Mukhortova A.V., Popletneva Yu.V. Temperature regimes for obtaining granular material for foamed crystal glass materials as a function of the batch composition // Glass and Ceramics. 2009. Vol. 66. Issue 5–6. Pp. 179–182. doi: 10.1007/s10717-009-9160-4
  11. Kaz’mina O.V., Vereshchagin V.I., Abiyaka A.N. Assessment of the compositions and components for obtaining foam-glass-crystalline materials from aluminosilicate initial materials // Glass and Ceramics. 2009. Vol. 66. Issue 3–4. Pp. 82–85. doi: 10.1007/s10717-009-9133-7
  12. Shutov A.I., Yashurkaeva L.I., Alekseev S.V., Yashurkaev T.V. Study of the structure of foam glass with different characteristics // Glass and Ceramics. 2007. Vol. 64. Issue 9–10. Pp. 297–299. doi: 10.1007/s10717-007-0074-8
  13. Федосов С.В., Баканов М.О. Совершенствование технологии получения пеностекла на основе методов сетевого моделирования // Вестник МГСУ. 2022. Т. 17. № 11. С. 1551–1563. doi: 10.22227/1997-0935.2022.11.1551-1563. EDN LSLSDF.
  14. Федосов С.В., Баканов М.О. Пеностекло: особенности производства, моделирование процессов теплопереноса и газообразования // Academia. Архитектура и строительство. 2015. № 1. С. 108–113. EDN TLLYXB.
  15. Sha B., Xiong H., Zheng H., Yuan K., Wen M., Zhang Y. Analysis of the temperature field and deformation characteristics of foam glass thermal insulating decorative integrated board system // Case Studies in Thermal Engineering. 2022. Vol. 38. P. 102299. doi: 10.1016/j.csite.2022.102299
  16. Méar F.O., Podor R., Lautru J., Genty S., Lebullenger R. Effect of the process atmosphere on glass foam synthesis: A high-temperature environmental scanning electron microscopy (HT-ESEM) study // Ceramics International. 2021. Vol. 47. Issue 18. Pp. 26042–26049. doi: 10.1016/j.ceramint.2021.06.010
  17. König J., Petersen R.R., Iversen N., Yue Y. Application of foaming agent–oxidizing agent couples to foamed-glass formation // Journal of Non-Crystalline Solids. 2021. Vol. 553. P. 120469. doi: 10.1016/j.jnoncrysol.2020.120469
  18. Song H., Chai C., Zhao Z., Wei L., Wu H., Cheng F. Experimental study on foam glass prepared by hydrothermal hot pressing-calcination technique using waste glass and fly ash // Ceramics International. 2021. Vol. 47. Issue 20. Pp. 28603–28613. doi: 10.1016/j.ceramint.2021.07.019
  19. König J., Lopez-Gil A., Cimavilla-Roman P., Rodriguez-Perez M.A., Petersen R.R., Østergaard M.B. et al. Synthesis and properties of open- and closed-porous foamed glass with a low density // Construction and Building Materials. 2020. Vol. 247. P. 118574. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2020.118574
  20. König J., Nemanič V., Žumer M., Petersen R.R., Østergaard M.B., Yue Y. et al. Evaluation of the contributions to the effective thermal conductivity of an open-porous-type foamed glass // Construction and Building Materials. 2019. Vol. 214. Pp. 337–343. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2019.04.109
  21. Couto da Silva R., Neves Puglieri F., Maria de Genaro Chiroli D., Antonio Bartmeyer G., Toniolo Kubaski E., Mazurek Tebcherani S. Recycling of glass waste into foam glass boards: A comparison of cradle-to-gate life cycles of boards with different foaming agents // Science of the Total Environment. 2021. Vol. 771. P. 145276. doi: 10.1016/j.scitotenv.2021.145276
  22. Li J., Zhuang X., Monfort E., Querol X., Llaudis A.S., Font O. et al. Utilization of coal fly ash from a Chinese power plant for manufacturing highly insulating foam glass: Implications of physical, mechanical properties and environmental features // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 175. Pp. 64–76. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2018.04.158
  23. König J., Petersen R.R., Iversen N., Yue Y. Suppressing the effect of cullet composition on the formation and properties of foamed glass // Ceramics International. 2018. Vol. 44. Issue 10. Pp. 11143–11150. doi: 10.1016/j.ceramint.2018.03.130
  24. Østergaard M.B., Cai B., Petersen R.R., König J., Lee P.D., Yue Y. Impact of pore structure on the thermal conductivity of glass foams // Materials Letters. 2019. Vol. 250. Pp. 72–74. doi: 10.1016/j.matlet.2019.04.106
  25. Østergaard M.B., Petersen R.R., König J., Bockowski M., Yue Y. Impact of gas composition on thermal conductivity of glass foams prepared via high-pressure sintering // Journal of Non-Crystalline Solids: X. 2019. Vol. 1. P. 100014. doi: 10.1016/j.nocx.2019.100014
  26. Østergaard M.B., Zhang M., Shen X., Peter-sen R.R., König J., Lee P.D. et al. High-speed synchrotron X-ray imaging of glass foaming and thermal conductivity simulation // Acta Materialia. 2020. Vol. 189. Pp. 85–92. doi: 10.1016/j.actamat.2020.02.060
  27. Ewais E.M.M., Attia M.A.A., El-Amir A.A.M., Elshenway A.M.H., Fend T. Optimal conditions and significant factors for fabrication of soda lime glass foam from industrial waste using nano AlN // Journal of Alloys and Compounds. 2018. Vol. 747. Pp. 408–415. doi: 10.1016/j.jallcom.2018.03.039
  28. Fang X., Li Q., Yang T., Li Z., Zhu Y. Preparation and characterization of glass foams for artificial floating island from waste glass and Li2CO3 // Construction and Building Materials. 2017. Vol. 134. Pp. 358–363. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2016.12.048
  29. Petersen R.R., König J., Iversen N., Østergaard M.B., Yue Y. The foaming mechanism of glass foams prepared from the mixture of Mn3O4, carbon and CRT panel glass // Ceramics International. 2021. Vol. 47. Issue 2. Pp. 2839–2847. doi: 10.1016/j.ceramint.2020.09.138
  30. Souza M.T., Maia B.G.O., Teixeira L.B., de Oliveira K.G., Teixeira A.H.B., Novaes de Oliveira A.P. Glass foams produced from glass bottles and eggshell wastes // Process Safety and Environmental Protection. 2017. Vol. 111. Pp. 60–64. doi: 10.1016/j.psep.2017.06.011
  31. Taurino R., Lancellotti I., Barbieri L., Leonelli C. Glass-ceramic foams from borosilicate glass waste // International Journal of Applied Glass Science. 2014. Vol. 5. Issue 2. Pp. 136–145. doi: 10.1111/ijag.12069
  32. Грушко И.С. Влияние технологических добавок на структуру пеностекла // Строительные материалы. 2022. № 4. С. 44–49. doi: 10.31659/0585-430X-2022-801-4-44-48. EDN MDHJFU.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».