en

Стаття

Математичне моделювання та фактори, що впливають на газобетон з плаваючими зольними ценосферами

Шайхіслам Такібайули Куандик Чаканов Аскар Курманов Женісбек Усенкулов Оразали Сейтказінов
Анотація

Включення плаваючих зольних ценофер із теплових електростанцій у газобетон та інші будівельні матеріали має важливе значення для вирішення екологічних і економічних проблем. Основною метою дослідження було вивчення можливості використання ценофер з летючої золи, добутих у Казахстані, у виробництві газобетону. У роботі застосовувалось математичне моделювання з використанням методів аналізу, порівняння, синтезу та системного підходу. Було отримано суттєві результати щодо властивостей газобетону з плаваючими зольних ценоферами. За допомогою строгого математичного моделювання та експериментальних досліджень було виявлено важливі залежності між різними факторами, такими як склад, умови твердіння, методи виробництва, і властивостями кінцевого матеріалу. Спостереження показали, що використання плаваючих ценофер призводить до помітного покращення ключових властивостей газобетону: суттєвого зростання міцності на стиск, значного зниження щільності та відчутного покращення теплоізоляційних характеристик порівняно з традиційними бетонними сумішами. Крім того, було продемонстровано ефективність математичного моделювання у точному прогнозуванні та оптимізації властивостей газобетону. Використання цього підходу дозволяє не лише передбачити вплив різних факторів на характеристики матеріалу, але й удосконалити виробничі процеси для досягнення бажаних результатів з максимальною ефективністю. Результати дослідження мають практичне значення для будівельної галузі, відкриваючи шляхи вдосконалення технології виробництва газобетону та підвищення його ефективності

Ключові слова

будівельні матеріали; сталеве будівництво; інженерні застосування; аналіз властивостей; механічна поведінка

Завантажити статтю

Отримано 12.02.2025, Доопрацьовано 09.05.2025, Прийнято 01.07.2025

Взято з Том 11, № 2, 2025

ЦИТУВАТИ

Takibayuly, Sh., Cakanov, K., Kurmanov, A., Ussenkulov, Zh., & Seitkazinov, O. (2025). Mathematical modelling and factors affecting aerated concrete with floating ash cenospheres. Architectural Studies, 11(2), 97-105. https://doi.org/10.56318/as/2.2025.97

https://doi.org/10.56318/as/2.2025.97

Сторінки 97-105

Використані джерела

  1. Agrawal, U.S., & Wanjari, S.P. (2023). Light-weight and high thermal insulation building material; A comparative study between cenosphere & fly ash. Materials Today: Proceedings. doi: 10.1016/j.matpr.2023.04.088.
  2. Banda, M.F., Matabane, D.L., & Munyengabe, A. (2024). A phytoremediation approach for the restoration of coal fly ash polluted sites: A review. Heliyon, 10(13), article number e40741. doi: 10.1016/j.heliyon.2024.e40741.
  3. Banerjee, S. (2021). Mathematical modeling: Models, analysis and applications (2nd ed.). New York: Chapman and Hall/CRC. doi: 10.1201/9781351022941.
  4. Bugaevsky, S., Smirnova, N., Filatova, A., Sinkovskaya, E., & Ignatenko, A. (2020). Creation of reinforced concrete structures of a complex geometric shape. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 15(2), 242-257.
  5. Chen, W., Qi, Z., Zhang, L., & Huang, Z. (2020). Effects of cenosphere on the mechanical properties of cement-based composites. Construction and Building Materials, 261, article number 120527. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2020.120527.
  6. Dovhopolov, A., Nekrasov, S., Zhyhylii, D., Savchenko, Y., & Stupin, B. (2020). Modeling of a stress-strain state of detachable connection in details of reinforced composite materials with cea method. Strojnícky Časopis – Journal of Mechanical Engineering, 70(1), 17-28. doi: 10.2478/scjme-2020-0002.
  7. Dzhusupova, M., Kulshikova, S., Talantbek, A., Baimenova, G., & Ospanov, A. (2024). Utilisation of industrial waste in heat and power industry. Machinery & Energetics, 15(2), 57-68. doi: 10.31548/machinery/2.2024.57.
  8. Gupta, T., & Bokare, P.S. (2021). A review on characterization and application of fly ash cenosphere. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1120, article number 012025. doi: 10.1088/1757-899X/1120/1/012025.
  9. Ibrasheva, R., Yemelyanova, V., Sassykova, L., Dossumova, B., Shakiyeva, T., Shakiyev, E., & Baizhomartov, B. (2021). Synthesis and testing of catalysts based on the cenospheres of fly ash of thermal power plant for processing of hydrocarbon raw materials. Journal of Chemical Technology and Metallurgy, 56(1), 104-115.
  10. Jaworek, A., Sobczyk, A.T., Czech, T., Marchewicz, A., & Krupa, A. (2023). Recovery of cenospheres from solid waste produced by coal-fired power plants. Cleaner Waste Systems, 6, article number 100109. doi: 10.1016/j.clwas.2023.100109.
  11. Johar, A.D., et al. (2024). A review on methods of cenosphere separation from fly ash. Applied Mechanics and Materials, 919, 57-65. doi: 10.4028/p-q3DAmX.
  12. Kavinkumar, V., Priya, A.K., & Praneeth, R. (2023). Strength of light weight concrete containing fly ash cenosphere. Materials Today: Proceedings. doi: 10.1016/j.matpr.2023.04.094.
  13. Koshlak, G., & Pavlenko, A. (2021). Prospects for using ash from thermal power plants for manufacturing building materials. Ecological Safety and Balanced Use of Resources, 12(1), 92-101. doi: 10.31471/2415-3184-2021-1(23)-92-101.
  14. Kowsalya, M., Sindhu Nachiar, S., & Anandh, S. (2024). Desirability analysis of sustainable concrete containing fly ash cenosphere as fine aggregate replacement using RSM approach. Journal of Building Pathology and Rehabilitation, 9, article number 83. doi: 10.1007/s41024-024-00441-3.
  15. Makyeyeva, I., Kyslova, O., Patlun, D., Khomenko, V., & Nikulin, D. (2024). Development of methods for improving the efficiency of natural graphite chemical purification. Technologies and Engineering, 25(2), 117-124. doi: 10.30857/2786-5371.2024.2.11.
  16. Nenastina, T.O., Berezhna, K.V., Sakhnenko, M.D., & Buhaievskyi, S.O. (2024). Degradation of reinforced concrete construction of bridge structures: Corrosion aspect. Materials Science, 59(5), 538-545. doi: 10.1007/s11003-024-00809-3.
  17. Orfanova, M. (2023). Decarbonization and disposal of ash and slag waste of thermal power plants. Ecological Safety and Balanced Use of Resources, 14(1), 7-15. doi: 10.31471/2415-3184-2023-1(27)-7-15.
  18. Satayeva, A., Baimenov, A., Azat, S., Zhantikeyev, U., Seisenova, A., & Tauanov, Z. (2022). Review on coal fly ash generation and utilization for resolving mercury contamination issues in Central Asia: Kazakhstan. Environmental Reviews, 30(3), 418-437. doi: 10.1139/er-2021-0035.
  19. Shi, J., Liu, Y., Wang, E., Wang, L., Li, C., Xu, H., Zheng, X., & Yuan, Q. (2022b). Physico-mechanical, thermal properties and durability of foamed geopolymer concrete containing cenospheres. Construction and Building Materials, 325, article number 126841. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2022.126841.
  20. Shi, J., Liu, Y., Xu, H., Peng, Y., Yuan, Q., & Gao, J. (2022a). The roles of cenosphere in ultra-lightweight foamed geopolymer concrete (UFGC). Ceramics International, 48(9), 12884-12896. doi: 10.1016/j.ceramint.2022.01.161.
  21. Shokanov, A., Vereshchak, M., & Manakova, I. (2020). Mössbauer and X-ray studies of phase composition of fly ashes formed after combustion of Ekibastuz coal (Kazakhstan). Metals, 10(7), article number 929. doi: 10.3390/met10070929.
  22. Sidliarenko, A. (2023). Mathematical models of road construction, reconstruction and repair under conditions of uncertainty. Bulletin of Cherkasy State Technological University, 28(3), 113-127. doi: 10.24025/2306-4412.3.2023.287845.
  23. Strzałkowski, J., Stolarska, A., Kożuch, D., & Dmitruk, J. (2023). Hygrothermal and strength properties of cement mortars containing cenospheres. Cement and Concrete Research, 174, article number 107325. doi: 10.1016/j.cemconres.2023.107325.
  24. Sunjidmaa, D., Batdemberel, G., & Takibai, S. (2019). A study of ferrospheres in the coal fly ash. Open Journal of Applied Sciences, 9(1), 10-16. doi: 10.4236/ojapps.2019.91002.
  25. Takibai, S., Cakanov, K., Sungidmaa, D., Kuderin, M., & Kudryshova, B. (2022). Thermal analysis of the cenosphere of floating ashes of thermal power plants for the production of aerated concrete. Journal of Chemical Technology and Metallurgy, 57(2), 267-270.
  26. Tanirbergenova, S.K., Dinistanova, B.K., Zhylybayeva, N.K., Tugelbayeva, D.A., Moldazhanova, G.M., Aitugan, A., Taju, K., & Nazhipkyzy, M. (2023). Synthesis of cenospheres from ash and their application. Journal of Composites Science, 7(7), article number 276. doi: 10.3390/jcs7070276.
  27. Tauanov, Z., Azat, S., & Baibatyrova, A. (2022). A mini-review on coal fly ash properties, utilization and synthesis of zeolites. International Journal of Coal Preparation and Utilization, 42(7), 1968-1990. doi: 10.1080/19392699.2020.1788545.
  28. Yang, J., Mahato, J., & Moon, J. (2023). Effects of various sizes of cenospheres on microstructural, mechanical, and thermal properties of high-strength and lightweight cementitious composites. Journal of Building Engineering, 76, article number 107214. doi: 10.1016/j.jobe.2023.107214.
  29. Zhangabay, N., Baidilla, I., Tagybayev, A., & Sultan, B. (2023). Analysis of thermal resistance of developed energy-saving external enclosing structures with air gaps and horizontal channels. Buildings, 13(2), article number 356. doi: 10.3390/buildings13020356.
ISSN 2411-801X e-ISSN 2786-7374  УДК 71;72
DOI: 10.56318/as