Структура ясеня: особенности, свойства и характеристики древесины

особенности, свойства и характеристики древесины

Древесина ясеня относится к твердым и тяжелым сортам дерева, обработка выполняется, в основном, механическим способом, так как количество сердцевинных лучей составляет не более 15%. Готовые пиломатериалы редко красят, так как ухудшается цвет, но возможна пропитка морилкой. Среди обязательных процессов обработки – сушка. После сушки удается получить плотную древесину, на поверхности которой не образуются трещины.

Физические и механические свойства

По техническим показателям древесина ясеня не уступает дубу, и даже схожа по стоимости. Отличие состоит в вытянутом овальном рисунке и светлом оттенке. Если говорить о цвете, он варьируется в зависимости от породы ясеня – серый, розововатый, с фиолетовым отливом. Сфера эксплуатации материала распространяется на производство мебели, дверей, напольных покрытий, пиломатериалов для внутренней обшивки.

Прочность

Замер предела прочности происходит путем растяжения волокон вдоль. Прочность ясеня варьируется в пределах 650-700 кг/м³. Показатель поперечного сжатия волокон составляет 90 — 99 кгс/см². При сжатии поперек происходит уплотнение волокон, что приводит к уменьшению высоты. Достигнув разрушения формы, происходит расслаивание боковых частей.

Вывести средний показатель плотности ясеня не возможно, так как все зависит от возраста дерева, влажности. Если говорить об оптимальных значения, он достигает 1300 кг/см² при влажности 12%.

Твердость

Параметры твердости рассматриваются в трех направлениях:

• торцевая — 78,3 Н/мм²;
• радиальная — 57,1 Н/мм²;
• тангенциальная — 65,1 Н/мм².

Важно понимать, что у дуба показатель твердости по Бриннелю достигает 3,8, при том, что у ясеня он 4,1-4,2. Несмотря на высокую твердость и трудности ручной обработки, высушенный пиломатериал поддается механическим воздействиям. Забитые в древесину гвозди и прочие крепежи прочно держатся, выдерживая значительный удельный вес.

Структура

Древесина относится к породам, имеющим отличие в цвете между ядром и заболонью. Как правило, они бывают серыми, беловатыми, желтоватыми или с красноватым оттенком. У старого дерева может наблюдаться темный цвет с шоколадно-коричневым оттенком.

Структура ясеня сравнима с дубом – пестрая, яркая. У части сортов волокна после колеровки практически не отличаются от дубовых. Рисунок более овальный, в то время как у дуба округлые кольца.

Применение древесины ясеня

Ясень относится к техническим породам древесины, поэтому в производстве используются все элементы, включая кору, корень и древесный массив. Из ясеня изготавливают облицовочный шпон, мебель, обшивку, обрешетку грузовых автомобилей, спортивный инвентарь.

За счет высоких технических характеристик ясеня массив используется в производстве напольных покрытий – паркетная, инженерная, массивная доска, модульный и штучный паркет. Перечисленная продукция представляет собой готовые для укладки конструкции, покрытые лаком или маслом.

Древесина ясеня различается селекцией:

• Селект – ровный цвет, отсутствие или небольшое количество здоровых сучков, заболоней.

• Натур – возможны отличия по тонам, также могут наблюдаться сучки и заболони в количестве, не превышающем средние значения.

• Рустик – пестрая древесина с ярко выраженными перепадами цвета. На поверхности может находиться большое количество сучков и заболоней любых размеров.

В производстве паркетной продукции используются все выше перечисленные сорта древесины. В процессе изготовления напольного покрытия сучки подлежат тщательной обработке. Их заделывают, что позволяет гарантировать высокое качество готовой продукции. Широкий выбор сортов и разноплановая структура – это находка для дизайнеров, так как они могу создавать оригинальные стилистические решения, дополнять дизайн интерьеров натуральными материалами с привлекательным цветом, тоном и рисунком.

Укладка напольного покрытия из ясеня выполняется:

• клеевым способом на стяжку или фанеру, при наличии системы шип-паз;

• либо «плавающим», при наличии замковой системы. В этом случае на основании предварительно стелется подложка.

свойства и применение, цвет и структура, текстура и рисунок, строение. Что из нее делают?

Ясеневая древесина является ценной и по своим эксплуатационным характеристикам приближается к дубовой, а по некоторым показателям даже превосходит ее. В старину ясень использовали для создания луков и стрел, сегодня материал востребован в мебельном деле и самолетостроении. Причем ценится он не меньше, чем дорогое красное дерево.

Свойства

Ясень отличается прочной, но при этом упругой структурой древесины. Сердцевинных лучей мало — их количество не превышает 15% от общего объема, соответственно, ясень сложно расколоть. Высокая вязкость делает невозможной ручную обработку древесины. От природы материал имеет красивый рисунок и приятный оттенок, любая окраска и обработка морилкой ухудшает его внешний вид.

Физические параметры ясеня довольно высоки.

• Прочность. Прочностный предел, измеренный при растяжении по линии волокон, составляет примерно 1200-1250 кгс/см2, поперек — лишь 60 кгс/см2.
• Теплопроводность. Параметр теплопроводность древесины термообработанного ясеня соответствует 0,20 Kcal/m x h x C. — это на 20% ниже, нежели у необработанного дерева. Пониженная теплопроводность в сочетании с исключительной плотностью указывает на способность материала удерживать тепло, неслучайно ясень нередко применяют для монтажа системы «теплый пол».
• Плотность. Плотность поздней ясеневой древесины в 2-3 раза больше, чем у ранней. На этот параметр большое влияние оказывает естественная влажность дерева. Так, оптимальная плотность материала с влажностью 10-12% начинается от 650 кг/м3, а наибольший показатель соответствует 750 кг/м3.
• Естественная влажность. За счет высокой плотности поглощение воды у древесины ясеня гораздо меньше, чем, к примеру, у сосны. Поэтому у свежесрубленного дерева уровень естественной увлажненности обычно соответствует 35%, а у маньчжурского даже доходит до 78%.
• Гигроскопичность. Пиломатериал неактивно впитывает внешнюю влагу. Однако при пребывании во влажной среде предел насыщения может быть превышен. В этом случае материал начинает коробиться и деформироваться, потому твёрдый ясень не годится для внутренней отделки помещений с повышенной влажностью (бассейнов и бань).
• Твердость. Плотность ясеневой древесины при уровне влажности в 10-12% составляет 650-750 кг/м3. Торцевая твердость ясеня составляет 78,3 Н/мм2. Этот материал относится к категории тяжелых и особо жестких, что позволяет делать из него масштабные архитектурные композиции. Невзирая на исключительную плотность, ясеневая древесина довольно вязкая и упругая. После просушки фактура поверхности остается декоративной. Ядро светлое, заболонь обычно с желтоватым либо розоватым отливом.
• Горючесть. Возгорание древесины этого сорта происходит при нагреве от 400 до 630 градусов. При существенном превышении температуры создаются условия для образования угля и пепла. Наивысшая производительность жары у дерева составляет 87% — она возможна при нагреве до 1044 градусов. Под действием повышенных температур ясеневая древесина в полном объеме утрачивает гемицеллюлозу. Это сводит к нулю риск появления патогенных микроорганизмов и плесени. Термообработка существенно меняет молекулярный состав ясеневого пиломатериала, он становится максимально защищенным от коробления и деформации. Термообработанный пиломатериал имеет однородный оттенок от бледно-бежевого до тёмно-коричневого. Подобный материал нашел широкое применение при наружном строительстве, в частности, для отделки балконов, лоджий и террас. Прошедший термическую обработку ясень обладает неоспоримыми преимуществами: экологическая безопасность, долговечность, декоративный внешний вид.

К минусам относится только цена — и без того недешевый материал становится ещё дороже.

Обзор видов

Всего на Земле растет порядка 70 разновидностей ясеня, все они применяются человеком. Это дерево можно встретить на любом континенте, и везде оно относится к категории ценных пород. В России получили распространение четыре вида ясеня.

Обыкновенный

Такое дерево редко вырастает до 40-метровой высоты, чаще всего оно не превышает 25-30 м. У молодого дерева кора серовато-зелёная, у взрослого приобретает темно-серый оттенок и покрывается небольшими трещинами. Строение древесины кольцесосудистое, ядро буровато-охристое. Заболонь очень широкая, с выраженным желтоватым отливом. Ядро переходит в заболонь плавно, но при этом неравномерно. В ранней древесине видны крупные сосуды, четно просматриваются годичные кольца. Взрослая древесина темнее и плотнее ранней.

Китайский

Его можно встретить в южной части России, а также на территории Северного Кавказа, в Азиатских странах и в Северной Америке. Этот ясень нельзя назвать гигантом — его предельная высота составляет 30 м, кора имеет довольно темный цвет, листья пальмовидные, при прикосновении издают резкий запах. Древесина китайского ясеня крепкая, очень твердая и упругая.

Маньчжурский

Дерево встречается в Корее, Китае и в Японии. На территории нашей страны растет на Сахалине, в Амурской области и Хабаровском крае. Такая древесина чуть темнее, нежели у обыкновенного ясеня — по колеру скорее похожа на орех. Ядро бурого колера занимает до 90% площади. Заболонь охристая, узкая.

Такая древесина плотная, гибкая и вязкая, просматриваются границы годичных колец.

Пушистый

Самый низкорослый тип ясеня — такое дерево не вырастает выше 20 м. Крона раскидистая, молодые побеги войлочные. Ясень может расти и развиваться даже в тех местах, где земля очень влажная — в затопляемых поймах и вдоль берегов водоемов. Относится к категории морозостойких культур. Древесина обладает внушительной плотностью и повышенным уровнем естественной влажности.

Применение

Древесина ясеня характеризуется стойкостью к любым биологическим воздействиям. По параметрам жесткости, прочности, насыщенности оттенков и разнообразию текстуры ничуть не уступает дубу, а по способности удерживать крепежи, устойчивости к короблениям и вязкости даже превосходит его. Это обусловило востребованность материала при производстве перил, лестниц, оконных рам, всевозможных напольных покрытий. Из ясеня делают вагонку, блок-хаус, имитацию бруса и прочие стройматериалы. Кроме того, ясеневое дерево идеально подходит для изготовления облицовочного шпона, а также резной мебели.

Так как этот пиломатериал хорошо гнется и не дает отщепов, его можно применять для изготовления всевозможного спортинвентаря — хоккейных клюшек, ракеток, бейсбольных бит и весел. В прежние годы ясень нередко использовали для изготовления кухонной утвари, поскольку это дерево не имеет никакого привкуса. Для строительства детских игровых площадок в целях повышения их безопасности обычно предпочтение отдается именно этому материалу. Аттракционы, лесенки и горки, выполненные из ясеня высокого качества, не подвержены растрескиванию, поэтому в них сложно получить занозы. Кроме того, они долгое время сохраняют свои функциональные характеристики и первоначальный внешний вид.

Одним из преимуществ ясеня является оптимальное соотношение прочности и давления. Неслучайно в большинстве спортивных залов, домах и офисах широко востребован настил из этого материала. На нем не остается следов от ножек, а при падении тяжелого угловатого предмета поверхность сохраняет свою целостность. Ясень незаменим в качестве настила пола в местах с высокой влажностью и высоким людским потоком. Из ясеня делают балки — они настолько эластичны, что могут выдержать намного большие нагрузки, чем любые другие породы дерева.

Ясеневые пиломатериалы применяются в вагоно- и самолетостроении. Изготовленные из них ручки инструментов получаются особо прочными, а гибкость позволяет вырезать детали корпусов, арбалеты и другие изогнутые конструкции.

Ясень • Орнаментум

Ясень

Древесина ясеня – свойства и преимущества

Ясень является представителем лиственных деревьев и относится к роду маслиновых. Взрослые деревья в высоту достигают порядка 30 метров, а некоторые экземпляры могут быть и до 50 метров. Средняя продолжительность жизни ясеня от 150 до 350 лет.

Род ясеня насчитывает около 70 разновидностей деревьев, которые в основном распространены в Северном полушарии, а именно в его умеренном поясе. После дуба, ясень является одной из самых ценных пород деревьев, что прорастают в Европе.

Особенности древесины ясеня

Ясень имеет прочную и упругую древесину, которая ценилась в любые времена. По своим качествам древесина ясеня близка к древесине дуба. Отличается от нее она более светлым цветом и тем, что не имеет сердцевинных лучей. После того как провести морение указанной древесины, а затем окрасить, она принимает сероватый оттенок, поэтому обычно ее применяют в натуральном цвете. Сушка ясеня обычно не представляет трудностей, во время ее проведения древесина практически не трескается. В распаренном виде ясень очень хорошо гнется, но благодаря высокой вязкости, обрабатывать его вручную довольно сложно.

Древесина указанного дерева многими мебельщиками ценится выше, чем древесина красного дерева. Это объясняется тем, что она имеет красивую текстуру, высокую твердость и в то же время, очень упругая. Фанера, изготовленная из древесины ясеня, широко используется при изготовлении музыкальных инструментов и мебели.

Если необходимо полировать древесину ясеня, то этот процесс достаточно сложный, как и для дуба, сначала необходимо провести процедуру порозаполнения. Для того чтобы надежно защитить изделия из ясеня, рекомендуется в качестве покрытия использовать воскование или покрытие нитролаком. Указанная древесина характеризуется наличием большого количества наростов на стволе, имеет выраженную текстуру, поэтому широко используется в мозаичном деле.

Цвет древесины ясеня серый с фиолетовым или розовым оттенком. Область применения указанной древесины почти та же что и у древесины дуба. Она обладает высокой ударной вязкостью, не дает отщепов и отлично гнется. Раньше древесина ясеня применялась для изготовления обручей, колес, стрел, деталей лука, коромысел, копей и боевых дубинок, а также посуды. Долгое время лыжи, гоночные весла, спортивные сани, гимнастические брусья изготавливались исключительно из древесины ясеня, так как именно она могла спокойно выдерживать большие нагрузки на изгиб и кручение.

Преимущества древесины ясеня

Основными преимуществами, которые имеет древесина ясеня, являются ее высокие механические и физические свойства. В наше время она широко используется для изготовления резной и гнутой мебели, шпона, паркета и перил. Также указанная древесина используется для изготовления винтов легких самолетов, кузовов бортовых автомобилей, оконных рам, прикладов оружия, спортивного инвентаря. Используется не только древесина, но и кора: из нее пчеловоды часто делают улья.

Одним из негативных качеств древесины ясеня является то, что она достаточно быстро повреждается червоточиной, поэтому все изделия из нее лучше всего обработать антисептиком. Попадая в неблагоприятные условия с повышенной влажностью, указанная древесина начинает быстро гнить. Ясень плохо сопротивляется трению, поэтому из него не рекомендуется делать колодки режущих инструментов, зато для изготовления рукояток инструментов, указанная древесина подходит отлично.

Многих скульпторов и художников привлекает необычность структуры древесины ясеня. Для изготовления различных изделий они используют корни ясеня, которые напоминают древесину оливкового дерева.

Чаша из ясеня:

Свойства древесины ясеня

Ясень — это род листопадных растений семейства маслиновых, насчитывающий более 70 видов, которые, в основном, распространены в умеренном поясе Северного полушария, а также встречаются в тропических и субтропических зонах. Особые свойства древесины ясеня, о которых речь пойдет далее, позволяют широко применять ее для производства разнообразных стройматериалов, мебели и всевозможного спортивного инвентаря.

Плотность древесины ясеня составляет 680 кг/м3, твердость (коэффициент Бринелля) — 4, 0. Древесина этого дерева неравноплотная — ранняя древесина в 2-3 раза менее плотная, чем поздняя. 

Цвет ядра древесины ясеня — светло-бурый с коричнево-оливковым оттенком, цвет заболони — желтоватый или слегка розоватый. Переход от заболони к ядру достаточно расплывчатый. 

Древесина ясеня является крепкой, твердой и тяжелой. Она отличается малой водонепроницаемостью, умеренно усыхает, хорошо обрабатывается и полируется, поэтому широко используется для токарных работ. 

Текстура древесины является выразительной и красивой, что обусловлено наличием крупных сосудов. Окрашивание делает текстурный рисунок более контрастным. 

Древесина ясеня стойкая к биологическому воздействию и не уступает по твердости, богатству текстуры и прочности дубу. А по ударной вязкости, способности удерживать крепления и длительности стойкости к деформации даже превосходит его. 

Именно поэтому данный материал широко используют для изготовления лестниц, перил, оконных рам, обшивки, различных напольных покрытий, в том числе, и досок для пола, элементов интерьера, а также стройматериалов — вагонки, блок-хаусов, имитации бруса и других. Также из древесины ясеня производят резную и гнутую мебель и облицовочный шпон, широко применяемый в мебельной промышленности.

А так как древесина ясеня не дает отщепов и хорошо гнется, ее используют для изготовления различного спортивного инвентаря — весел, бильярдных киев, хоккейных клюшек, бейсбольных бит, теннисных ракеток, лыж. 

Ранее ясень использовали для изготовления посуды, так как древесина не имеет никакого вкуса, а первые ветряные мельницы строились с применением именно этой породы дерева. 

Область естественного произрастания ясеня достаточно обширна — он растет в Крыму, на Кавказе, в южной и средней полосах европейской части СНГ, на Южном Сахалине, в Приморском крае, а также в Амурской области. 

Древесина ясеня

Внешний вид ясеня впечатляет: ствол ровный, в диаметре достигает полутора метров, а в высоту поднимается до 30-50 м. Когда дерево только начинает расти, оно имеет коричневый цвет, иногда с примесью зеленого оттенка. По мере роста появляются отчетливо заметные поверхностные трещины, а кора темнеет и становится серой, иногда коричневой.

По ряду показателей (например, прочность и твердость) ясень имеет много общего с дубом. Степень сопротивления к деформациям, вязкость, ударная стойкость намного выше у ясеневой породы. Это делает материал идеальным для применения в тех областях строительной сферы, где особенно важна высокая стабильность доски: производство лестниц, паркета.

Заболонь широкая, этим определяется важная особенность: большой разброс в оттенках бруска. В зависимости от решаемых задач, эта характеристика может быть как плюсом, так и незначительным минусом. В современном строительном деле наблюдается тенденция увеличения популярности применения ясеневых материалов в производстве паркетной доски, однако пока эта порода не слишком широко представлена на рынке. Ясеневая доска неприхотлива в уходе, не меняет цвет, при длительной эксплуатации недостатки не выявляются. По стоимости ясень слабо отличается от ближайших собратьев, дуба и бука.

Порода имеет низкую степень склонности к растрескиванию, в том числе во время неверного режима сушки.

Самый грамотный способ заготовки деловых деревьев ясеневого вида – это постепенные вырубки в умеренном темпе. Однако сейчас обычно происходят сплошнолесосечные рубки.

Особенности строения

Ясень (Fraxinus) относится к семейству кольцесосудистых пород, наделенных ядровой частью. Годичные слои выражены достаточно ярко и визуально заметны на любом срезе. Это происходит из-за анатомических различий на этапе формирования древесины. Так, для области более поздних слоев характерно наличие блестящих светлых точек, которые соответствуют перерезанным небольшим сосудикам. Локализуются эти образования преимущественно у внешнего края годичных слоев. Достаточно бледная ядровая часть часто имеет примесь бурого цвета. Наружный слой широкий, переход к ядру осуществляется неспешно, без резкой границы цвета.

Сердцевинные лучи невооруженным глазом рассмотреть невозможно. Они заметны исключительно на одном виде разреза (радиальном) и выглядят, как маленькие блестящие точки.

Внутренняя структура имеет ряд особенностей, прежде всего это несхожесть цвета у более молодого и более позднего бруса, между ядровой частью и наружным слоем древесины. Мелкие сосудики перерезаются при обработке дерева и определяет узор итоговой доски. Сердцевинные лучи выражены слабо, увидеть их собственными глазами возможно, если разрез был сделан строго радиально. У экземпляров, которые достигли особенно выдающихся размеров, часто отмечается волнистая свилеватость в нижней части дерева. Такой узор очень красиво выглядит на радиальном срезе.

По интенсивности блеска ясеневая доска находится между хвойными породами и дубом. Это происходит ввиду того, перерезанные сосуды не дают образоваться светоотражающей поверхности, особенно это актуально для радиальных разрезов. При этом сердцевинные лучи практически полностью скрыты от взгляда ввиду своих небольших размеров. Измерения показывают, что даже самая скрупулезная отделка оставляет шероховатые выступы размером более 200 мкм, что создает блики и делает уровень блеска поверхности более низким.

Плотность ясеневого бруса примерно равна 680 кг/м3. Распределена неравномерно, у более позднего слоя она в 2-3 раза выше. Своеобразная прослойка между ядровой частью и наружным слоем представляет собой кольцеобразную прослойку спелой древесины. Ее механические характеристики сильно похожи на аналогичные у заболони; отличие заключается в сниженном уровне влажности этой прослойки и ее малой проницаемости для газообразных и жидких веществ. В спелой части нет живых клеток, поэтому водопроводящие элементы ничем не закупорены.

Если сравнивать с хвойными пиломатериалами, можно выделить следующую особенность: у ясеня гораздо слабее выражена способность к поглощению влаги из-за более высокой плотности бруса.

Когда дерево покрывается специальными составами для защиты, оно становится практически неуязвимым к влиянию влаги и не меняет влажность на протяжении даже длительного срока эксплуатации. По этой причине ясеневая порода больше всего подходит для изготовления паркета. Высокая плотность также становится причиной негативной особенности: степень усыхания и разбухания сравнительно велика, ясень считается сильно усыхающим сырьем. Сила напряжения внутри материала, которое возникает во время сушки, намного более высокая, чем у хвойных деревьев.

В сравнении с сосной ясень имеет гораздо более низкую воздухопроницаемость (различие по этому показателю почти 20-кратное). То же самое относится к водопроницаемости. Из-за этой особенности брусок довольно сложно поддается пропитке защитными составами.

Ясеневая доска обладает узором неповторимой красоты и уникальным цветом, при этом показатель прочности превышает аналогичный у дуба (прочнее ясеня только граб). Поразительно высокая сопротивляемость к воздействию деформирующих сил делает ясень совершенно особенным среди всех пород деревьев, которые произрастают на территории Российской Федерации.

Расколоть ясеневое бревно значительно сложнее, чем дубовое. Причина тому заключается в концентрации сердцевинных лучей: так, у ясеня их насчитывается до 15% от общего объема сырья, а у дуба – до 36%.

По сравнению с наружным слоем древесины, ядровая часть имеет более высокую плотность (примерно на 6-8%), показатель прочности также более высокий. Но заболонь является более упругой, по этой причине именно из нее рекомендуется делать гнутые детали.

Инструментальная обработка (резка) затруднена из-за повышенной плотности и ввиду ряда особенностей формирования доски. Существует специальный коэффициент, учитывающий влияние сорта дерева на величину силу, с которой его нужно резать. Для сосны этот коэффициент имеет значение 1, для ясеня – 1.75, для дуба – 1.55. Приблизительно в таком же соотношении находятся показатели, характеризующие степень стойкости инструмента для резки.

Ясень способен удерживать крепежные элементы (шурупы, гвозди) лучше, чем любая другая порода. Способность сопротивляться воздействию грибковых поражений оценивается у ясеня как высокая. Интересно, что уровень биостойкости становится выше с каждым годом роста дерева. Наибольшее значение стойкости имеет комлевая часть.

Из негативных особенностей ясеневого бруса следует отметить морозные трещины, которые возникают из-за сверхнизких зимних температур. По причине образования таких трещин развивается гниль внутри бруса и появляется волнистая свилеватость внизу ствола.

Скорость нарастания капов намного ниже, чем, например, на березе. Уровень сучковатости ясеневых и дубовых пород примерно одинаков. Биомасса ясеня распределяется следующим образом: стволовая часть – 55-70%, корневая часть – от 15 до 25%, ветви – от 12 до 20%.

На территории Российской Федерации более 700 тыс. га заняты ясеневыми лесами, это примерно 0,1% от площади всех лесов России. При этом 200 тыс. га располагаются в Европейской части, а остальные 500 тыс. га находятся в Дальневосточных лесах. По приблизительным оценкам запасы ясеневой доски составляют 120 млн куб. м, что соответствует 0,1% от всего древесного запаса. Спелые леса занимают 300 тыс. га или 0,1% от всей площади перестойных и спелых лесов. В них находится запас древесного бруса в объеме 50 млн куб. м, а это 0,1% всей спелой древесины.

Производятся насаждения бонитета I и II классов, их продуктивность оценивается как средняя и высокая. Запасы спелых деревьев к 100 годам более 300-350 куб. м/га. Новые посадки на местах совершенных вырубок производятся как с помощью семян, так и насаждением поросли; самосев обычно нужно осветлять. Травяные и травяно-кустарниковые, а также кустарниковые ясеневники наиболее распространены в смешанных лесах кедрово-широколиственного типа. В Дальневосточной стороне класс бонитета варьируется от I до IV, а запасы взрослых деревьев от 120 до 160 лет составляют 200-350 куб. м/га и иногда могут достигать 480 куб. м/га.

Ясень в разрезе

Ясеневый вид является кольцесосудистым, годичные кольца отчетливо видны на срезах, полученных под любым углом. Поперечные срезы имеют характерный рисунок из-за мелких сосудиков, которые визуально заметны как извилистые черточки. Светлая буроватая ядровая часть переходит в широкую заболонь белого цвета (с желтоватым оттенком). Сердцевинные лучи в форме блестящих микроточек и черточек хорошо заметны исключительно на радиальных срезах.

Богатство узора ясеневого бруса определяется разницей в цвете между ядром и наружным слоем, между слоями ранних и поздних формаций, а также широтой годичных слоев (для продольного разреза). Перерезанные при обработке сосуды также участвуют в формировании рисунка. Сердцевинные лучи сравнительно легко различимы исключительно на срезах радиального типа, в остальных срезах они незаметны. Нижней части старых особей присуща волнистая свилеватость. Разрез радиального типа обладает наиболее богатым рисунком древесины.

Цветовые показатели ядровой части (тон, чистота и светлота) немного выше, чем у наружного слоя.

Физические свойства

По уровню поглощения воды и влаги ясень выигрывает у хвойных ввиду высокой плотности бруса. Влажность только что срубленной древесины зависит от конкретного вида и имеет довольно широкий разброс (36-78%). После того, как деталь из ясеня покрыта специальным защитным составом против влажности, она не изменит уровень влажности на протяжении всего срока эксплуатации. Именно эта особенность делает ясеневый пиломатериал великолепным сырьем для изготовления паркета.

Высокий уровень плотности имеет негативное последствие: ясеневые породы ощутимо усыхают и разбухают, степень усыхания расценивается, как повышенная. Усушка тангенциального типа равна 8,4% для зоны годичных слоев раннего происхождения, для поздних процент увеличивается и достигает 9,8%. Коэффициент стандартного разбухания (отношение процента изменения габаритов к проценту изменения уровня влажности) варьируется в зависимости от конкретного вида: от 0,19 до 0,54.

Другая характеристика древесного материала – давление набухания. В нормальных условиях оно составляет от 2,66 МПа до 3,12, что в 2 раза превышает значение такого же показателя для сосны. Когда доска подвергается сушке, внутри нее возникают напряжения, которые по силе многократно превосходят те же самые у хвойных пиломатериалов.

При обычной влажности 12%, что соответствует состоянию бруса после атмосферной сушки, среднее значение показателя плотности находится в интервале от 653 до 742 кг/куб. м (в зависимости от конкретного вида дерева).

Пиломатериал самой высокой плотности получается из сумахолистного ясеня, который произрастает на территории Азербайджана. Его плотность составляет 762 кг/куб. м.

Сосна в 20 раз превосходит ясень по степени воздухо- и водопроницаемости, а также по проницаемости другими жидкостными и газообразными элементами. Это позволяет утверждать, что ясеневая древесина с трудом поддается пропитке защитными составами.

Показатель прочности ясеневого пиломатериала очень высок, его значение находится между аналогичным у дуба и граба.

Стойкость к различного рода деформациям является уникально высокой, по этой характеристике ясеню нет равных.

Тонкости эксплуатации и технологические особенности обработки

В процессе обработки влажного ясеневого бруса рамными пилами степень расширения зубьев на сторону от 0,65 до 0,75 мм. Для бруса, который прошел сушку, этот показатель остается таким же, а в случае использования дисковых пил (с диаметром 135-315 мм) уменьшается до 0,3 мм. Для сухой древесины в обработке ленточной пилой: 0,3-0,4 мм, для влажного бруса – 0,40-0,45 мм.

Показатель способности к сгибанию у ясеня составляет 1:2,7, аналогичный для бука –1:2,5, для сосны – 1:11.

В процессе тщательной обработки шлифовальными инструментами невозможно достичь уменьшения неровностей до уровня менее 200 мкм. Так получается из-за нюансов строения бруса. Из-за этой особенности ясеневый материал нуждается в особенной подготовке к финишной отделке, поверхность дерева необходимо грунтовать для полного заполнения пор. Допустима тонировка морилками и вытравление для белого цвета, при этом расход материалов характеризуется как умеренный.

По стоимости изделия из ясеня близки к аналогичным из буковых и дубовых пород. Ясеневый шпон используется для поверхностной отделки других материалов с менее интересным рисунком древесины, а также для создания облицовочной фанеры.

Частое применение ясеня в производстве спортинвентаря обусловлена его выдающейся ударной вязкостью, хорошей способностью к сгибанию.

В Соединенных Штатах и в Канаде использование ясеневых в промышленности встречается намного чаще, чем в европейских странах. Пиломатериалы делаются из 7 видов ясеня. 90% всех ясеневых материалов приходится всего на 4 вида. В восточной части США произрастает ясень американский и ясень ланцетолистный, из этих видов производят «белый ясень». Это тяжелая, жесткая и упругая доска, из которой делают лестницы и паркетную доску, ручки для различных садовых инструментов, бейсбольные биты и другой спортивный инвентарь. На северо-востоке Соединенных Штатов растут породы, дающие «черный ясень», брус которого отличается меньшей прочностью и жесткостью, что делает его популярным в мебельном деле.

Посетители, просмотревшие эту статью, также заинтересовались следующими:

Твердые породы древесины

Для определения твердости материалов (в том числе древесины) используют различные методы. Для определения твердости чаще…

Кипарисовик Лавсона Snow White

Кипарисовик Лавсона Snow White представляет собой невысокий кустарник, высотой 1-1,2 метра и диаметром 60-70 см.…

Древесина сосны

Свойства и характеристики В России насчитывается свыше 50 различных пород сосен, часть из которых культивируется…

Кипарисовик: общая информация

Без этого высоко декоративного вечнозеленого дерева, относящегося к семейству Кипарисовые, сложно представить ландшафт придомового участка,…

Кипарисовик Топ-Поинт

Кипарисовик «Топ Поинт» – достаточно популярное растение в ландшафтном дизайне, но это миниатюрное деревце неплохо…

Негниющие сорта древесины

Фернамбук Цезальпиния или фернамбук — дерево, растущее в лесах Бразилии, благодаря которому страна и получила…

Используемая древесина, ее структура и качество

Выбор обусловлен не только эстетической стороной, но и практической эксплуатацией лестниц больцевого типа. В дальнейшем мы будем рассматривать особенности только указанных выше видов древесины.

Зачастую наши заказчики спрашивают: какое дерево лучше? Наверное, нет однозначного ответа на этот вопрос. Любое дерево имеет свои особенности, но эти особенности, скорее из области внешнего вида, а не по выбору прочностных характеристик. Все изготавливаемые нами изделия из дерева (ступени,поручни, стойки) изготовлены качественно и надежно.

Обратите внимание: мы комплектуем ограждения не только деревянным поручнем, но и деревянными стойками!

Применяемая нами древесина близка по прочности и плотности, поэтому выдавая некоторые рекомендации, мы сосредоточиваемся на внешнем виде дерева.

Необходимо заметить, что древесина может существенно отличаться в зависимости от регионов (условий) произрастания. Поэтому мы приводим не все возможно существующие варианты, а только те, с которыми работаем.

Также хотим обратить ваше внимание на то, что структура дерева в одной партии ступеней может отличаться. Мы выполняем подборку древесины, но не стремимся к однотипности рисунка от детали к детали. Разнообразие рисунка и его оттенков наиболее характерно передает естественное происхождение материала и подчеркивает ценность продукта.

Для разных типов лестниц мы изготавливаем ступени разной толщины:

Приведённые размеры являются стандартом для наших лестниц, но если Вы пожелаете их увеличить– мы изготовим ступени требуемой толщины.

ВИД, СТРУКТУРА И ТВЕРДОСТЬ ДРЕВЕСИНЫ

Бук обладает не ярко выраженной структурой. Оттенки – розовый, желтый, белый. Говоря об оттенках дерева, мы исключаем из описания естественные для любого дерева оттенки коричневого и указываем на «посторонние» тона. В готовой ступени материал ламелей близок по цвету и имеет редко встречающиеся вкрапления черных полос и частую россыпь темных точек.

Дуб обладает перистой структурой с часто перемежающимися оттенками от светлого к темному. Не тонированная структура дуба выглядит в целом более ярко, чем у бука. Оттенки дуба — несколько сероватые тона в сторону желтого, иногда зеленого. Также встречается дуб с весьма ровной текстурой и оттенками близкими к белому.

Ясень — дерево с плотной древесиной. Со структурой волокон похожей на дуб. Существуют сорта ясеня после колеровки практически не отличимые от дуба. Оттенки натурального дерева несколько напоминают дубовые, но в большей степени светлые. Структура дерева яркая, перистая.

Клен – плотность древесины несколько меньше чем у дуба и ясеня, но по твердости их превосходит. Тон дерева очень светлый. Без ярких переходов. Текстура сложна – витая, похожая на текстуру березы, но только, напоминаем, значительно тверже. Оттенки колеровочных составов передает практически без искажений. Отличная база для любого типа тонировки.

• Структура бука. Бук лакированный, не тонированный.

• Структура дуба. Дуб лакированный, не тонированный.

• Структура клена. Клен лакированный, не тонированный.

• Структура ясеня. Ясень лакированный, не тонированный.

НАШИ РЕКОМЕНДАЦИИ:

Выбирая дерево для ступеней (если речь идет не о помещениях с переменной, а временами с повышенной влажностью), в первую очередь ориентируйтесь на структуру дерева. Выбирайте то, что больше вам нравится.

Если Вы планируете тонировать ступени или подобрать тон по образцу, учитывайте то, что древесина имеет собственный оттенок, влияющий на конечную тонировку.

Любые изделия из дерева подлежат эксплуатации в помещениях с нормальной влажность и температурой. Но как показывает наш опыт, кратковременные изменения этих параметров переносят весьма неплохо. Но если вы предполагаете, что ваш дом подвержен таким рискам, к примеру сезонная эксплуатация, то избегайте применения изделий из бука.

Ясень. Свойства древесины. Полезные свойства —

Ясень относится к семейству Маслиновые. Растет, в среднем, до 30 метров в высоту, некоторые экземпляры достигают 50 метров. Диаметр ствола достигает 100 см. Обладает без стержневой, но очень мощной корневой системой. Кора гладкая, пепельного цвета. Книзу ствола кора немного чешуйчатая. Растет на плодородных, нейтральных, а также влажных почвах. Скорость роста ясеня очень высока. Ареал обитания ясеня, Европа, Азия, Северная Америка. В России, ясень растет по большей части в Центральных районах. В Поволжье, Тверской области, Центрально-Черноземном районе. Срок жизни ясеня, как правило, не более 110 лет. Есть и долгожители среди ясеней. Их возраст может достигать 350 лет. Чем больше света получает ясень, тем дольше срок его жизни. В тени ясени быстро погибают. Морозы, взрослый ясень переносит хорошо, молодые часто страдают от холода, особенно, если зима малоснежная.

Ясень. Свойства древесины.

Ясень обладает твердой, плотной, прочной древесиной. Прочность древесины ясеня, выше, чем у дуба, порядка 685 кг/м3. Работа с древесиной ясеня, достаточно трудоемкая, из-за сложного анатомического строения.

Но зато, отлично держит крепежный инструмент, саморезы, гвозди. Годичные слои не сильно заметны. Срез ствола ясеня имеет матовую структуру. Древесина ясеня не имеет блеска, но зато обладает насыщенным, красивым природным рисунком.

В сушке древесина ясеня капризна. Сильно усыхает, а также имеет свойство сильно набухать при соприкосновении с водой. Сушка древесины ясеня должна быть естественной, не быстрой, чтобы избежать растрескивания, коробления и деформации. Но, правильно высушенная и обработанная древесина ясеня прослужит очень долго. Она износостойкая.

Пиломатериалы

Из древесины ясеня изготавливают мебель, спортивный инвентарь, лыжи, кии, бейсбольные биты, шпон, паркет, фанеру. Широко распространена у художников-столяров. Дерево отлично подходит для создания скульптуры, статуэток из дерева.

Структура по своей красоте сродни красному дереву.

Ясень. Полезные свойства.

Отвары из коры и листьев ясеня прекрасно помогает при заболеваниях дыхательных путей. Обладают ранозаживляющим, противомикробным, жаропонижающим, спазмолитическим действием. Имеют мочегонный и слабительный эффект.

Настойку из плодов применяют при варикозе. Ясеневый сок содержит, вещество, которое служит  заменителем сахара для диабетиков, соблюдающих диету.

Вам будет интересно

Ясень — Энергетическое образование

Зола — твердое, несколько порошкообразное вещество, которое остается после сжигания любого топлива. Вообще говоря, угольная зола и древесная зола являются двумя наиболее обсуждаемыми типами золы, хотя зола образуется во время любого процесса неполного сгорания. Из-за разнообразия потенциальных видов топлива химический состав и даже внешний вид золы могут сильно различаться.

Неполное сгорание означает, что при сгорании материала недостаточно кислорода для полного потребления топлива. ^[2] Вместо образования только диоксида углерода и водяного пара неполное сгорание может привести к образованию сажи, дыма и золы. В зависимости от того, что сжигается, зола может состоять из разных химических компонентов. Однако основным химическим компонентом золы является углерод с различным количеством других элементов, включая кальций, магний, калий и фосфор, которые не сжигались при использовании топлива.

Угольная зола

основная статья

Угольная зола представляет собой совокупность твердых частиц разного размера, которые образуются в результате сжигания угля на угольной электростанции.Эту золу можно разделить на несколько различных категорий материалов, включая летучую золу, зольный остаток, котельный шлак и материал для десульфуризации дымовых газов. ^[3] Производство угольной золы вызывает беспокойство просто потому, что в больших количествах она производится в результате использования угля. Помимо опасений по поводу огромного количества угольной золы, сама угольная зола вредна, если попадает в окружающую среду, поскольку содержит свинец, мышьяк, ртуть, кадмий и уран. ^[4] Эти загрязнители, содержащиеся в золе, делают экологически важным надлежащее удаление золы.

Ясень древесный

Древесная зола представляет собой совокупность твердых частиц различного размера, которые образуются в результате горения древесины. Эта зола обычно порошкообразная и может быть довольно полезной из-за высокого содержания в ней различных минералов. Древесную золу можно использовать для отпугивания слизней и улиток в садах, удаления скунсов с домашних животных, таяния льда, очистки стекла, обогащения компоста и даже сияния серебра. ^[5]

Воздействие на здоровье

Традиционная древесная зола, производимая в небольших количествах в домашних каминах, обычно не вредна, если не вдыхать ее.Однако в домах, которые используют дровяной огонь для обогрева, освещения или приготовления пищи, могут быть более высокие уровни загрязнения воздуха внутри помещений, что вредно для здоровья человека. Отсутствие доступа к нетвердому топливу для использования внутри дома является серьезной проблемой в некоторых частях мира. Для получения дополнительной информации, в частности, по этой теме, щелкните здесь. Пепел может попадать в дым при сжигании древесины, и это загрязнение частицами может повредить ткань легких и привести к серьезным респираторным проблемам. ^[6]

Угольная зола более вредна для здоровья человека, так как иногда выбрасывается в воздух и содержит более широкий спектр потенциально опасных химикатов.В частности, летучая зола является загрязнителем и содержит кислотные, токсичные и радиоактивные вещества. ^[7] Эта зола может содержать свинец, мышьяк, ртуть, кадмий и уран. ^[3] EPA обнаружило, что значительное воздействие летучей золы и других компонентов угольной золы увеличивает риск развития рака и других респираторных заболеваний. Вдыхание не является такой серьезной проблемой для зольного остатка, поскольку оно намного тяжелее, чем летучая зола, но попадание в него зольного остатка может иметь воздействие на нервную систему, вызывать когнитивные дефекты, задержку развития и поведенческие проблемы, а также повышать вероятность развития легких. болезни, болезни почек и желудочно-кишечные заболевания. ^[8]

Для дальнейшего чтения

Список литературы

1. ↑ Wikimedia Commons. (12 сентября 2015 г.). Древесный ясень [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/09/Wood_ash.jpg
2. ↑ ScienceLearn. (12 сентября 2015 г.). Что такое дым? [Онлайн]. Доступно: http://sciencelearn.org.nz/Contexts/Fire/Science-Ideas-and-Concepts/What-is-smoke
3. ↑ ^{3,0 3,1} Эд Додж. (12 сентября 2015 г.). Могут ли отходы летучей золы найти хорошее применение? [Интернет]. Доступно: http://breakingenergy.com/2014/02/18/can-coal-fly-ash-waste-be-put-to-good-use/
4. ↑ Clean Water Action. (12 сентября 2015 г.). Управление угольной золой [онлайн]. Доступно: http://cleanwateraction.org/page/managing-coal-ash
5. ↑ Марк Фейрер. (12 сентября 2015 г.). 10 видов использования древесной золы [Интернет]. Доступно: http://www.thisoldhouse.com/toh/article/0,,1581470,00.html
6. ↑ Агентство по охране окружающей среды США.(12 сентября 2015 г.). Воздух в помещении: сжигание древесины в жилых помещениях [Онлайн]. Доступно: http://www.epa.gov/airquality/community/details/i-woodstoves_addl_info.html
7. ↑ Дж. Фэй, Д. Голомб. Энергия и окружающая среда , 1-е изд. Нью-Йорк, США: Оксфорд, 2002.
8. ↑ PSR. (12 сентября 2015 г.). Угольная зола: опасна для здоровья человека [Интернет]. Доступно: http://www.psr.org/assets/pdfs/coal-ash-hazardous-to-human-health.pdf

Глава 1 — Летучая зола — Инженерный материал — Факты о летучей золе для дорожных инженеров — Вторичная переработка — Устойчивое развитие — Тротуары

Факты о летучей золе для дорожных инженеров

Глава 1 — Зола-унос — Инженерный материал

Почему летучая зола?

Что такое летучая зола? Летучая зола — это мелкодисперсный остаток, образующийся при сгорании пылевидного угля и переносимый из камеры сгорания выхлопными газами.В 2001 году было произведено более 61 миллиона метрических тонн (68 миллионов тонн) летучей золы.

Откуда взялась летучая зола? Летучая зола производится угольными электрическими и парогенераторными установками. Как правило, уголь измельчается и вдувается воздухом в камеру сгорания котла, где он немедленно воспламеняется, выделяя тепло и выделяя расплавленный минеральный остаток. Котельные трубы отводят тепло от котла, охлаждая дымовой газ и заставляя расплавленный минеральный остаток затвердевать и образовывать золу.Крупные частицы золы, называемые зольным остатком или шлаком, падают на дно камеры сгорания, в то время как более легкие мелкие частицы золы, называемые летучей золой, остаются взвешенными в дымовых газах. Перед выпуском дымовых газов летучая зола удаляется устройствами контроля выбросов твердых частиц, такими как электрофильтры или рукавные фильтры из фильтровальной ткани (см. Рисунок 1-1).

Где используется летучая зола? В настоящее время более 20 миллионов метрических тонн (22 миллиона тонн) летучей золы ежегодно используется в различных инженерных приложениях.Типичные области применения в дорожном строительстве включают: портландцементный бетон (PCC), стабилизацию грунта и основания дороги, текучие засыпки, растворы, конструкционный наполнитель и асфальтный наполнитель.

Чем полезна летучая зола? Летучая зола чаще всего используется в качестве пуццолана в приложениях PCC. Пуццоланы представляют собой кремнеземистые или кремнеземистые и глиноземистые материалы, которые в мелкодисперсной форме и в присутствии воды реагируют с гидроксидом кальция при обычных температурах с образованием вяжущих соединений.

Уникальная сферическая форма и гранулометрический состав золы-уноса делают ее хорошим минеральным наполнителем в горячих асфальтовых смесях (HMA) и улучшают текучесть текучей засыпки и цементного раствора. Постоянство и обилие летучей золы во многих областях открывает уникальные возможности для использования в строительных засыпках и других дорожных покрытиях.

Экологические преимущества. Утилизация летучей золы, особенно в бетоне, имеет значительные экологические преимущества, включая: (1) увеличение срока службы бетонных дорог и сооружений за счет повышения долговечности бетона, (2) чистое сокращение энергопотребления и выбросов парниковых газов и других вредных выбросов в атмосферу во время полета. зола используется для замены или вытеснения производимого цемента, (3) уменьшения количества продуктов сгорания угля, которые должны быть захоронены на свалках, и (4) сохранения других природных ресурсов и материалов.

Рисунок 1-1: Метод переноса летучей золы может быть сухим, влажным или и тем, и другим.

Производство

Летучая зола образуется при сжигании угля в электрических котлах или промышленных котлах. Существует четыре основных типа котлов, работающих на угле: пылевидный уголь (ПК), топка с топкой или подвижная колосниковая решетка, циклон и котлы сжигания в псевдоожиженном слое (FBC). Котел ПК является наиболее распространенным, особенно для крупных электрогенерирующих агрегатов. Остальные котлы чаще встречаются на промышленных или когенерационных предприятиях.Летучая зола, производимая котлами FBC, в этом документе не рассматривается. Летучая зола улавливается из дымовых газов с помощью электростатических пылеуловителей (ESP) или в коллекторах из фильтровальной ткани, обычно называемых рукавными фильтрами. Физические и химические характеристики летучей золы различаются в зависимости от методов сжигания, источника угля и формы частиц.

Таблица 1-1: 2001 Производство и использование летучей золы.

	Миллион метрических тонн	Миллион коротких тонн	Процент
Произведено	61.84	68,12	100,0
Использовано	19,98	22,00	32,3

Как показано в Таблице 1-1, из 62 миллионов метрических тонн (68 миллионов тонн) летучей золы, произведенной в В 2001 году было использовано только 20 миллионов метрических тонн (22 миллиона тонн), или 32 процента от общего объема производства. Ниже приводится разбивка использования летучей золы, большая часть которой используется в транспортной отрасли.

Базовый

Таблица 1-2: Использование летучей золы.

	Миллион метрических тонн	Миллион коротких тонн	Процент
Цемент / бетон	12.16	13,40	60,9
Текучая заливка	0,73	0,80	3,7
Конструкционные засыпки	2,91 —	3,21 143					1,02	4,7
Модификация почвы	0,67	0,74	3,4
Минеральный наполнитель	0,10	0.11	0,5
Горнодобывающая промышленность	0,74	0,82	3,7
Стабилизация / затвердевание отходов	1,31	1,44	6,3		1,44	6,3
Разное / Прочее	0,41	0,45	2,1
Итого	19,98	22,00	100

Обработка

Собранная зола-унос обычно транспортируется пневматически из бункеров ЭЦН или фильтрующей ткани в силосы для хранения, где она остается сухой до использования или дальнейшей обработки, или в систему, где сухая зола смешивается с водой и транспортируется (промывается) в хранилище. -площадь водохранилища.

Сухая собранная зола обычно хранится и обрабатывается с использованием оборудования и процедур, аналогичных тем, которые используются для работы с портландцементом:

• Летучая зола хранится в силосах, куполах и других хранилищах
• Летучая зола может транспортироваться с помощью воздушных шиберов, ковшовых конвейеров и винтовых конвейеров, или ее можно транспортировать пневматически по трубопроводам в условиях положительного или отрицательного давления.
• Летучая зола транспортируется на рынки в автоцистернах, железнодорожных цистернах и баржах / судах
• Зола-унос может быть упакована в супер-мешки или мешки меньшего размера для специальных применений

Сухая собранная летучая зола также может быть увлажнена водой и смачивающими веществами, если применимо, с использованием специального оборудования (кондиционированного) и транспортироваться в крытых самосвалах для специальных применений, таких как заполнение конструкций.Водную летучую золу можно складировать на стройплощадках. Открытый складированный материал необходимо поддерживать во влажном состоянии или накрывать брезентом, пластиком или аналогичными материалами, чтобы предотвратить выброс пыли.

Характеристики

Размер и форма. Летучая зола обычно мельче портландцемента и извести. Летучая зола состоит из частиц размером с ил, которые обычно имеют сферическую форму и обычно имеют размер от 10 до 100 микрон (рис. 1-2). Эти маленькие стеклянные сферы улучшают текучесть и удобоукладываемость свежего бетона.Тонкость помола — одно из важных свойств, определяющих пуццолановую реакционную способность летучей золы.

Рис. 1-2: Частицы летучей золы при 2000-кратном увеличении.

Химия. Летучая зола состоит в основном из оксидов кремния, алюминия, железа и кальция. Магний, калий, натрий, титан и сера также присутствуют в меньшей степени. При использовании в качестве минеральной добавки в бетоне летучая зола классифицируется как зола класса C или класса F в зависимости от ее химического состава.Американская ассоциация государственных служащих автомобильного транспорта (AASHTO) M 295 [Спецификация C 618 Американского общества испытаний и материалов (ASTM)] определяет химический состав летучей золы классов C и F.

Зола класса C обычно получают из полубитуминозных углей и состоят в основном из алюмосульфатного стекла кальция, а также кварца, трехкальциевого алюмината и свободной извести (CaO). Зола класса C также называется летучей золой с высоким содержанием кальция, поскольку она обычно содержит более 20 процентов CaO.

Зола класса F обычно получают из битуминозных и антрацитовых углей и состоят в основном из алюмосиликатного стекла, в котором также присутствуют кварц, муллит и магнетит. Класс F или зола-унос с низким содержанием кальция содержит менее 10 процентов CaO.

904 904

Таблица 1-3: Образцы анализа оксидов золы и портландцемента

Компаунды	Зола-унос класса F	Зола-унос класса C	Портлендский цемент
SiO 2	55	40	23
26	17	4
Fe 2 O 3	7	6	2
CaO (известь) 9	CaO (известь) 9
MgO	2	5	2
SO 3	1	3	2

Цвет. Зола-унос может быть от желто-коричневого до темно-серого, в зависимости от ее химических и минеральных компонентов. Коричневый и светлый цвет обычно ассоциируется с высоким содержанием извести. Коричневатый цвет обычно связан с содержанием железа. Цвет от темно-серого до черного обычно связан с повышенным содержанием несгоревшего углерода. Цвет летучей золы обычно одинаков для каждой электростанции и источника угля.

Рисунок 1-3: Типичные пепельные цвета

Качество летучей золы

Требования к качеству летучей золы различаются в зависимости от предполагаемого использования.На качество летучей золы влияют характеристики топлива (уголь), совместное сжигание топлива (битуминозные и полубитуминозные угли) и различные аспекты процессов сжигания и очистки / сбора дымовых газов. Четыре наиболее важных характеристики летучей золы для использования в бетоне — это потери при возгорании (LOI), крупность, химический состав и однородность.

LOI — это измерение количества несгоревшего углерода (угля), остающегося в золе, и это критическая характеристика летучей золы, особенно для бетонных применений.Высокий уровень углерода, тип углерода (то есть активированный), взаимодействие растворимых ионов в летучей золе и изменчивость содержания углерода могут привести к значительным проблемам с воздухововлечением в свежем бетоне и могут отрицательно повлиять на долговечность бетона. AASHTO и ASTM определяют пределы для LOI. Однако некоторые государственные транспортные департаменты устанавливают более низкий уровень для LOI. Углерод также можно удалить из летучей золы.

ППП не влияет на некоторые виды использования летучей золы. Наполнитель в асфальте, текучий наполнитель и конструкционные наполнители могут принимать летучую золу с повышенным содержанием углерода.

Тонкость помола летучей золы наиболее тесно связана с рабочим состоянием угольных дробилок и измельчаемостью самого угля. Для использования летучей золы в бетонных изделиях тонкость помола определяется как процент по массе материала, удерживаемого на сите 0,044 мм (№ 325). Более крупная градация может привести к менее реакционной золе и может содержать более высокое содержание углерода. Пределы дисперсности регулируются ASTM и спецификациями государственного транспортного департамента. Летучая зола может быть обработана просеиванием или воздушной классификацией для улучшения ее дисперсности и реакционной способности.

Некоторые небетонные области применения, такие как строительные засыпки, не зависят от степени измельчения летучей золы. Однако другие применения, такие как асфальтный наполнитель, в значительной степени зависят от степени измельчения летучей золы и ее гранулометрического состава.

Химический состав летучей золы напрямую связан с минеральным составом исходного угля и любых дополнительных видов топлива или добавок, используемых в процессах сжигания или дожигания. Используемая технология контроля загрязнения также может влиять на химический состав летучей золы.Электростанции сжигают большие объемы угля из нескольких источников. Угли могут быть смешаны, чтобы максимизировать эффективность производства или улучшить экологические характеристики станции. Химический состав летучей золы постоянно проверяется и оценивается для конкретных применений.

Некоторые станции выборочно сжигают определенные угли или изменяют состав своих добавок, чтобы избежать ухудшения качества золы или придать желаемый химический состав и характеристики летучей золы.

Однородность характеристик летучей золы от отгрузки до отгрузки является обязательной для обеспечения стабильного продукта.Химический состав и характеристики летучей золы обычно известны заранее, поэтому бетонные смеси разрабатываются и испытываются на эксплуатационные характеристики.

Стандарт Практика определения летучей золы для использования в стабилизации почвы

Таблица 1-4: Руководящие документы, используемые для обеспечения качества летучей золы.

ACI 229R	Контролируемый низкопрочный материал (CLSM)
ASTM C 311	Отбор проб и испытание летучей золы или природных пуццоланов для использования в качестве минеральной добавки в бетон портландцемента
ASTM 295 C 618	Зола-унос и необработанный или кальцинированный природный пуццолан для использования в качестве минеральной добавки в портландцементном бетоне
ASTM C 593	Зола-унос и другие пуццоланы для использования с известью
ASTM D 5239
ASTM E 1861	Руководство по использованию побочных продуктов сгорания угля в конструкционных насыпях

Обеспечение качества и контроль качества Критерии различаются для каждого использования летучая зола от штата к штату и от источника к источнику.В некоторых штатах требуются сертифицированные образцы из силоса на определенной основе для тестирования и утверждения перед использованием. Другие ведут списки утвержденных источников и принимают сертификаты поставщиков проектов на качество летучей золы. Степень требований к контролю качества зависит от предполагаемого использования, конкретной летучей золы и ее изменчивости. Требования к тестированию обычно устанавливаются отдельными агентствами.

Рис. 1-4: Микроскопические фотографии летучей золы (слева) и портландцемента (справа).

макс. 5

Таблица 1-5. Спецификации летучей золы в PCC.
AASHTO M 295 (ASTM C 618) — Класс F и C

			Класс F	Класс C
Химические требования	SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3	мин.%	70 1	50
	5
	Влагосодержание	макс.%	3	3
	Потери при воспламенении (LOI)	макс.%	5 148	5 Дополнительные химические требования	Доступные щелочи	макс.%	1.5	1,5
Физические требования	Тонкость помола (+325 меш)	макс.%	34	34
	Пуццолановая активность / цемент (7 дней)	мин.%	75	75
	Пуццолановая активность / пуццолановая активность )	мин.%	75	75
	Потребление воды	макс.%	105	105
	Автоклавное расширение	макс.%	0.8	0,8
	Единые требования 2 : плотность	макс.%	5	5
	Единые требования 2 : Тонкость	макс.%	5 Дополнительные физические требования	Множественный коэффициент (LOI x тонкость)		255	—
Увеличение усадки при сушке	макс.%	.03	.03
Требования к однородности: воздухововлекающий агент	макс.%	20	20
Цемент / щелочная реакция: расширение раствора (14 дней)	макс.%	—

Примечания:

1. Требования ASTM — 6 процентов
2. Плотность и тонкость отдельных образцов не должны отличаться от среднего значения, установленного 10 предыдущими испытаниями, или всеми предыдущими испытаниями, если число меньше 10, более чем на указанный максимальный процент.

Граница раздела золы и почвы: минералогический состав и физическая структура

Основные моменты

•

Зола — новое вещество, образующееся в результате сложного взаимодействия сгоревшего органического вещества и нагретой минеральной почвы.

•

Образовавшаяся зола раскладывается слоями, каждый диагностический слой отличается своим цветом, текстурой и минералогией

Реферат

Пожары вызывают множество изменений физических, химических, морфологических, минералогических и физических свойств. и биологические свойства почвы, которые, в свою очередь, влияют на гидрологию почвы и поток питательных веществ, изменяя ее способность поддерживать растительность и противостоять эрозии.Зола, образующаяся при лесных пожарах, представляет собой сложную смесь, состоящую из органических и неорганических частиц с различными свойствами. Это исследование было проведено с целью изучения и характеристики свойств золы, образующейся при разных температурах и с различными сочетаниями почвенных органических веществ. Образцы, которые включали две обработки почвы с подстилающими смешанными листьями и ветвями, состоящими в основном из Pinus halepensis , Pistacia lentiscus , Cistus salviifolius и типичной травянистой растительности, по сравнению с образцами только смешанных листьев и ветвей.Оба были подвергнуты нагреву до 400 ° C и 600 ° C в муфельной печи в течение 2 часов. Остаточная зола обычно была сероватой, состояла из частиц разного размера, которые почти не сохраняли исходных характеристик топлива, и осаждалась в слоях золы с различными физико-химическими и текстурными свойствами. Результаты этого исследования подчеркивают различия между всеми исследованными образцами и убедительно подтверждают предположение, что зола, образующаяся из сложной системы растительность-почва, является новым веществом с уникальными структурными, текстурными и минералогическими свойствами.Более того, зола, образовавшаяся при разных температурах, образовывала различные слои.

Ключевые слова

Зола после сжигания

Система растительность-почва

Схема слоев

Текстура золы

Минералогия золы

БИК-спектроскопия

МИР-спектроскопия

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

© 2016 Elsevier BV Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Frontiers | Определение состава стекла в золе-уносе

Введение

Летучая зола является побочным продуктом угольных электростанций, часто используемых в бетонном строительстве в качестве замены портландцемента или, в последнее время, в качестве порошка-предшественника цементов, активированных щелочами, также называемых геополимерами.Летучая зола образуется при сжигании угля для выработки электроэнергии, и ее состав и морфология в значительной степени являются продуктами исходного угля и рабочих условий котла (McCarthy et al., 1989). Материал в основном стекловидный и на 50–90% состоит из аморфного материала, как было установлено рентгеноструктурными исследованиями (Ward and French, 2006). Оставшаяся часть летучей золы состоит из кристаллического материала, обычно кварца, оксидов железа, муллита, извести и периклаза (Roy et al., 1984; Hemmings and Berry, 1987).Известно, что в данной летучей золе существует несколько стекловидных фаз (Hemmings and Berry, 1987). Стекла в основном представляют собой AS, которые принимают тетраэдрическую форму структуры чистого силикатного (Si + O) стекла (Hemmings and Berry, 1987). Модификация сети по сравнению с идеальной структурой стекла может происходить при замене сети (Fe, B, P и т. Д.) Или модификаторах сети в виде катионов (Na ⁺ , K ⁺ , Ca ²⁺ , Mg ^{2 +} ). Оба механизма беспорядка влияют на свободную энергию и реакционную способность в щелочных растворах, относящихся к вяжущим системам, и оба возникают в летучей золе.В летучей золе кальций способствует неупорядоченному характеру стеклообразных фаз, что может увеличить реакционную способность сырья (Hemmings and Berry, 1987). Для использования в качестве частичной замены портландцемента ASTM C618-12 (2012) классифицирует летучую золу либо как класс C, либо как класс F, при этом для первого указано меньшее количество SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , и Fe ₂ O ₃ и, таким образом, более высокое содержание CaO. Поскольку содержание СаО в летучей золе может увеличить беспорядок стекол в летучей золе, такие различия в составе также влияют на реактивность летучей золы.Однако одной только информации об общем составе недостаточно для прогнозирования реакционной способности, и необходимо провести дальнейшее определение характеристик.

Важным показателем того, будет ли летучая зола успешно реагировать в растворах с высоким pH, присутствующих как в системах портландцемента (после начального растворения цемента), так и в геополимерах (от щелочных активаторов), является доля летучей золы, которая существует в стеклообразной фазе ( Williams and van Riessen, 2010), но отдельные очки трудно идентифицировать.Объемная доля стеклообразной фазы может быть измерена в летучей золе с помощью дифракции рентгеновских лучей на порошке для количественного определения кристаллических фаз и, таким образом, фракции стекла путем вычитания (Young, 1993). Определение характеристик отдельных стекол в этой объемной стеклообразной фазе усложняется. Для сбора этой информации использовались две возможности SEM: точечный рентгеновский анализ, который вычисляет фактический состав точки на изображении летучей золы, используя стандартные или не стандартные алгоритмы, и рентгеновское картирование с использованием энергодисперсионной спектроскопии ( EDS), который отображает расположение и относительную концентрацию отдельных элементов в летучей золе (но обычно не дает фактических данных о составе, в зависимости от используемого пакета программного обеспечения).Несколько исследователей (Williams et al., 2005; Chancey et al., 2010; Bumrongjaroen et al., 2011; Kruse, 2012; Dhole et al., 2013; Durdziński et al., 2015) использовали точечный рентгеновский снимок SEM. методы подсчета для определения химического состава различных стекол в летучей золе в попытке лучше понять ее внутреннюю структуру и потенциал реакционной способности. Исследования межчастичных и внутричастичных химических различий в летучей золе были завершены с использованием картирования EDS (Joshi et al., 1984; Stevenson and Huber, 1986; Qian and Glasser, 1987; Williams et al., 2005; Chancey et al., 2010; Bumrongjaroen et al., 2011; Дурдзинский и др., 2015). Собранные карты EDS могут быть проанализированы с помощью анализа мультиспектрального изображения (MSIA), в котором карты отдельных элементов, снятых в одном поле зрения, накладываются друг на друга, а изображение оценивается на предмет региональных различий с использованием набора всех элементов. карты в каждом пиксельном местоположении. В случае летучей золы информация, содержащаяся в составных картах, соответствует кристаллической и стекловидной фазам в летучей золе.В сочетании с методом точечного подсчета для определения состава стекловидной фазы для каждого стекла с помощью MSIA достигается более конкретное понимание состава летучей золы. Другие методы, которые использовались для определения характеристик стекол в летучей золе, включают определение местоположения стекловидного ореола летучей золы при дифракции рентгеновских лучей (Hemmings and Berry, 1987; Kilgour and Diamond, 1987; Duxson and Provis, 2008), стекловидное тело летучей золы. содержание глинозема (Fernández-Jiménez and Palomo, 2003), а также морфология и размер частиц летучей золы.

Учитывая сложность состава зольного стекла, анализ данных, собранных с помощью точечного анализа состава, может быть затруднен. Одним из методов, который имеет большой потенциал для широкого использования в анализе состава летучей золы, является метод k , который означает кластеризацию точечных составов из большого количества точек в образце летучей золы. Алгоритм кластеризации k -означает, что был введен в 1970-х годах и представляет собой метод, в котором матрица из M точек в N измерениях кластеризуется с использованием кластерных центров K в N измерениях (Hartigan and Wong, 1979).Применительно к летучей золе координаты (M – N), проанализированные в k -среднем анализе, принимают размеры количества каждого элемента, измеренного в каждой точке летучей золы, и кластеризация приводит к классам схожих характеристик состава. Этот метод использовался для определения характеристик летучей золы Bumrongjaroen et al. (2011) в исследовании по определению состава стекла, обнаруженного в коммерческой летучей золе. Исследователи изучили более 10 000 точек и использовали кластеризацию k -средний для определения различных фаз в летучей золе.В процессе анализа данных k -means оператор должен выбрать количество кластеров K , которое наилучшим образом определяет фазы в летучей золе; эмпирический характер этого процесса был отмечен Bumrongjaroen et al. (2011). Тем не менее, это полезный метод для идентификации частиц летучей золы с аналогичным составом, который можно использовать в качестве обучающих классов в методике обработки данных MSIA.

В работе, представленной в этой статье, используются подсчеты точек на сканирующем электронном микроскопе и рентгеновские карты, метод кластеризации k и определение характеристик MSIA для оценки того, имеет ли летучая зола различного объемного состава сходные стеклообразные фазы.В статье описывается модификация метода, опубликованного Chancey et al. (2010) для анализа летучей золы на состав стеклообразной фазы с использованием SEM в сочетании с MSIA. K -средний анализ был использован для помощи в процессе сегментации фазы MSIA. Приведены результаты по составу стеклообразной фазы для четырех летучей золы класса F. Четыре вида летучей золы для исследования были выбраны потому, что они имели несколько разный состав; в частности, количество CaO в каждом варьировалось, и они представляли собой диапазон дисперсности.Идентифицированные фазы представлены здесь, включая составы этих фаз, сравнение фаз с объемным анализом оксидов для каждой летучей золы, пространственную корреляцию фаз внутри частиц и морфологию частиц летучей золы по отношению к их составам. Летучая зола класса F была исследована, поскольку она обычно используется в качестве частичной замены портландцемента и в качестве прекурсоров AS для геополимерных цементов. В предыдущих работах MSIA применялась к единственной летучей золе класса F (Chancey et al., 2010) или нескольких летучей золы класса C (Durdziński et al., 2015), поэтому данная работа расширяет эти исследования, изучая несколько летучей золы класса F. Путем определения характеристик стекол из летучей золы можно предсказать их реакционную способность в сильно щелочных средах портландцемента или геополимерных цементов.

Материалы и методы

Летучая зола

Четыре вида золы класса F (ASTM C618-12, 2012) были охарактеризованы в этом исследовании. Анализы оксидов, предоставленные производителями, приведены в таблице 1.Сумма значений не достигает 100% из-за присутствия других оксидов, которые обычно не указываются в классификации ASTM. Каждая летучая зола была получена из разных источников; три из четырех летучей золы были произведены в Техасе, а четвертый — в Калифорнии. Каждой летучей золе для целей отчетности было присвоено прозвище. Несмотря на то, что это летучая зола класса F, некоторые из этих летучих зол имели относительно высокое содержание CaO. У летучей золы CC было самое высокое содержание CaO в этой летучей золе — ~ 13%. У летучей золы FO было относительно низкое содержание кальция по сравнению с другими тремя золами с 5.6% CaO, в то время как зола ML и LEGS содержала около 10% CaO. В таблице 2 показаны размеры частиц (в микрометрах), ниже которых 10, 50 и 90% ( d ₁₀ , d ₅₀ и d ₉₀ ) частиц в каждой из мух. выпадение золы (согласно измерениям с помощью лазерного анализатора размера частиц, Malvern Instruments). ^, Летучая зола CC и ML была относительно мелкой, в то время как летучая зола FO и LEGS была более крупной.

Таблица 1.Оксидный анализ (мас.%) Предоставлен производителем на основе однократного анализа .

Таблица 2. Гранулометрический состав летучей золы, измеренный с помощью лазерного анализа размера частиц на основе одного анализа .

Композиционный анализ

Подготовка проб

Для анализа с помощью SEM зола была помещена в эпоксидную смолу, отверждена, отшлифована и отполирована до получения гладкой поверхности. Здесь кратко излагаются процедуры подготовки проб, а дополнительную информацию можно найти в Chancey et al.(2010) и Огенбо (2013). Заготовки из эпоксидной смолы размером ~ 32 мм в диаметре и толщиной 14 мм были отлиты и отверждены в соответствии с инструкциями производителя эпоксидной смолы. В заготовках были пробурены восемь миллиметровых скважин, и образцы летучей золы были смешаны с эпоксидной смолой в весовом соотношении 2: 1 и помещены в каждую лунку. После отверждения в течение 24 часов при 40 ° C и 24 часов при комнатной температуре (23-25 ​​° C) образцы шлифовали серией карбидокремниевой бумаги увеличивающейся дисперсности, затем полировали алмазными пастами увеличивающейся дисперсности, нанесенными на саржу. ткань и закрепите на вращающейся плите.Это обеспечивало микроскопический уровень плоскостности образца для точного анализа EDS. Образцы были покрыты углеродом толщиной около 0,25–0,30 нм, как было измерено методом латунной подложки (Kerrick, et al., 1973) перед анализом в SEM.

СЭМ-изображения и сбор данных о составе

Сканирующая электронная микроскопия была завершена с помощью FEI Quanta 600 (вольфрамовая нить) при ускоряющем напряжении 10 кВ, ток электронного пучка поддерживался на уровне 2,5 нА и контролировался между наборами данных с помощью чашки Фарадея.Изображения обратно рассеянных электронов (BSE) были собраны для каждой летучей золы с использованием двухполюсного твердотельного детектора обратного рассеяния, установленного непосредственно над образцом. Двойные детекторы EDS (Bruker Quantax) использовались для сбора рентгеновских сигналов для количественного анализа и рентгеновских карт. Рентгеновские карты и изображения BSE были собраны с использованием медленного времени задержки 256 мкс на пиксель и усреднения линий 2 с размером карты 1024 × 768. Каждая развертка требовала ~ 6 минут для сбора с четырьмя развертками, суммированными для завершения сбора данных, что требовало ~ 24 минут для каждого набора данных.Данные были сохранены в виде 16-битных файлов TIFF, что позволило сохранить фактическое количество рентгеновских лучей для каждого элемента в каждом пикселе. Карты Ca, Si, Al, Fe, Na, Mg, K, Ti, O, S и C были собраны для каждой летучей золы.

В дополнение к изображениям, количественный рентгеновский микроанализ был выполнен в среднем для 60 дискретных точек на поле зрения изображения, чтобы количественно измерить состав в отдельных точках частиц летучей золы. Основанный на стандартах анализ EDS был выполнен с использованием трех эталонных стандартов, стекла NBS 1716, стекла NIST K412 и минерала риолита из Смитсоновского института (Jarosewich, 2002) для калибровки системы EDS.Условия сбора: время сбора 45 с (в реальном времени) в каждой точке и автоматическая коррекция ZAF и анализ после сбора композиционных данных.

Кластеризация

K -средний анализ был использован для определения фаз, обнаруженных в каждой летучей золе. В этом методе использовались точечные данные о составе, взятые для каждой летучей золы, и сгруппированы аналогичные точки в виде отдельной фазы. Использовался встроенный алгоритм k -means в MATLAB. В работе, проделанной здесь, параметр расстояния, который должен быть минимизирован для каждого кластера, был настроен на использование квадрата евклидова расстояния, аналогично Bumrongjaroen et al.(2011). Количество кластеров, k , должно быть указано в алгоритме, хотя код может быть записан так, что несколько значений k запускаются последовательно, чтобы исследователь мог затем выбрать лучшее значение на основе количества фаз эмпирическим путем. идентифицированы в летучей золе. Образец сгруппированных данных для золы ML приведен на рисунке 1, на котором показаны графики сгруппированных точек (каждый кластер, k = 5, был обозначен разными цветами), показывающих относительное содержание кальция, кремния и алюминия в каждой. фаза.Когда элемент был нанесен на график относительно самого себя, полученный график представлял собой линию с наклоном = 1. Другие графики дают исследователю представление о том, как фаза, вероятно, была сгруппирована (например, кальций-кремний или кальций-алюминий). Если кажется, что фазы имеют слишком большой диапазон любого из элементов, например, диапазон кальция в частицах велик, а диапазон других элементов невелик, то, вероятно, следует рассмотреть большее количество кластеров. Поскольку состав стекол в летучей золе менее дискретен и более непрерывен по своей природе, количество фаз в золе — это решение, которое принимается с помощью интерпретации графиков исследователем.

Рис. 1. K — означает результат кластера для золы уноса ML, показывающий только кальций, кремний и алюминий, нанесенные друг на друга с пятью кластерами в качестве выбранного значения k — .

Два поля зрения для каждой летучей золы использовались для определения фазового состава с помощью анализа k -средний. Примерно 120 точек на летучую золу использовались в кластеризации k -средний, по 60 в каждом поле зрения.Здесь стоит отметить, что это небольшое количество точек данных для исчерпывающей характеристики летучей золы, и Bumrongjaroen et al. (2011) сообщили об использовании ~ 10 000 точечных измерений состава на летучую золу. Однако цель этого алгоритма кластеризации заключалась в том, чтобы помочь в выборе учебного класса для MSIA, поэтому в этом случае не было необходимости в большом количестве точек, используемых в работе, на которую ссылаются. После классификации кластеры были проанализированы, чтобы найти ряд основных составляющих составов, в первую очередь кальция, кремния или алюминия, присутствующих в каждой фазе летучей золы, поскольку они были доминирующими элементами в большинстве частиц.Однако в некоторых золах было обнаружено несколько частиц богатого железом маггемита, магнетита или гематита. Летучая зола, как правило, представляет собой непрерывный состав стекол, а не отдельные легко определяемые фазы, поэтому определенные фазы обычно имеют относительно большие диапазоны составов.

Анализ мультиспектральных изображений

Анализ мультиспектральных изображений был описан для минералов (Lydon, 2005) и летучей золы (Chancey et al., 2010). В методе использовались рентгеновские карты летучей золы для оценки количества каждой фазы, как определено в k — означает анализ данных о составе.Рентгеновские карты были предварительно обработаны с помощью ImageJ и MATLAB. Обработанные изображения были сохранены в виде 16-битных файлов TIFF для сохранения значений необработанных данных и преобразованы в 8-битные файлы TIFF с помощью MATLAB. Масштабирование значения пикселя не требовалось, поскольку ни одно значение пикселя на любой рентгеновской карте не превышало 255, что является максимальным значением для 8-битных пикселей. Изображения часто выглядели черными при открытии в ImageJ из-за низкого количества этого конкретного элемента. Чтобы лучше просматривать изображения, отображаемое изображение можно изменить в ImageJ, отрегулировав верхний предел яркости от 255 до максимального значения пикселя в изображении.Это не изменило значения необработанных данных. ImageJ использовался для выполнения любых операций сглаживания, необходимых для того, чтобы сделать края частиц более четкими и удалить шум с изображений. Часто для этой цели использовался медианный фильтр с радиусом = 1. Этот фильтр заменил все значения пикселей в изображении, найдя среднее значение пикселей в заданной пользователем окрестности, окружающей каждый пиксель. Таким образом, для медианного фильтра с радиусом = 1 программа смотрела только на пиксели, непосредственно соприкасающиеся с центральным пикселем. Фильтр размытия с пороговыми значениями (доступный в виде плагина) был еще одним используемым фильтром сглаживания, он был похож на средний фильтр, но включал дополнительные параметры при пересчете значений пикселей.Размытие с пороговым значением позволило лучше контролировать силу фильтра. Наконец, пиксели нижнего уровня, считающиеся шумом, были заменены значениями 0 с помощью MATLAB. Значение отсечки шума определялось визуально с помощью ImageJ и функции регулировки яркости / контрастности. Эти шаги использовались только по мере необходимости для каждого изображения с минимальной предварительной обработкой.

Изображения были сложены в цифровом виде с использованием MultiSpec для проведения MSIA. Три карты одновременно рассматривались как красный, зеленый и синий каналы; изменение того, какие элементные карты были включены, позволяет визуализировать пространственное распределение композиции.Образец изображения показан на рисунке 2, где красным показана карта алюминия, зеленым — карта кремния, а синим — карта кальция. Различные цвета на изображении представляют собой смешанные фазы стекла и / или кристаллического материала. Затем из карты этого типа были выбраны группы пикселей в областях разного состава, которые были определены в качестве тренировочного поля для каждой фазы в летучей золе. Результаты анализа k -средних, которые были получены из количественных точечных композиционных данных, были использованы на этом этапе путем выбора пикселей в частицах, которые были сгруппированы вместе с помощью k -средних в качестве обучающих пикселей для фаз в анализе MSIA. .Затем программа MultiSpec назначила каждый пиксель изображения наиболее вероятному из заданных полей, на основе которых был рассчитан процент площади каждой фазы. В этой работе использовался метод линейного дискриминанта Фишера, поскольку он дал наилучшие результаты для этих наборов данных и был предложен Лайдоном (2005) в качестве подходящего метода классификации для геологических образцов. Первоначальное количество кластеров было установлено равным 9, что означало, что программа произвольно размещала девять центров кластеров, от которых можно было классифицировать пиксели в изображении.

Рис. 2. Зола уноса ML отображается в MultiSpec с красным цветом для алюминия; зеленый для кремния; и синий для кальция; смешанные фазы представлены такими цветами, как оранжевый, фиолетовый и коричневый .

Результаты мультиспектрального изображения для одного поля зрения были получены для каждой летучей золы. Чтобы полностью охарактеризовать конкретную летучую золу, необходимо заполнить несколько полей зрения более чем в одном образце летучей золы, чтобы повысить точность результатов стекловидной фазы.Это также позволило бы усреднить количество каждой фазы по большему поперечному сечению летучей золы, чтобы найти более точное количество каждой фазы. Таким образом, данные, собранные в этом исследовании, указывают на сходство фаз, выявленных в летучей золе, и предлагают метод определения и количественного определения состава, но не предназначены для точного расчета состава или количества каждой фазы в изученной летучей золе.

Результаты

Результаты MSIA представлены для каждой летучей золы, средний состав каждой стекловидной фазы приведен в таблицах 3–6, а репрезентативные изображения распределения фаз показаны на рисунках 3–6.Как правило, летучая зола состояла из фаз AS с содержанием кальция <5%, фаз CAS со средним содержанием кальция в диапазоне от 10 до 20%, смешанной стеклянной фазы с высоким содержанием кальция от 29 до 36% по массе и другие очень второстепенные фазы. Смешанное стекло было названо так из-за относительно большого включения в него элементов, отличных от кальция, алюминия и кремния, особенно железа и магния. MSIA не различает стеклообразную и кристаллическую фазы, поэтому кристаллические фазы были включены в анализ.Из данных дифракции рентгеновских лучей, которые были представлены для каждой летучей золы в Aughenbaugh et al. (2014), кристаллические фазы, присутствующие в этих золах, включают кварц, известь и железосодержащие фазы, такие как маггемит, магнетит или гематит. Состав кристаллических фаз не указан в таблицах, так как он соответствует составу кристаллического кварца (SiO ₂ ), извести (CaO) или оксидов железа, таких как гематит, магнетит или маггемит (Fe ₂ ). O ₃ или Fe ₃ O ₄ ).За исключением кварца, маловероятно, что большинство кристаллических фаз, измеренных с помощью дифракции рентгеновских лучей, можно было бы идентифицировать визуально, поскольку они часто образуются в виде мелкодисперсных зерен внутри стекловидной матрицы в виде микро- или нанокристаллических материалов (Hemmings and Berry, 1987). Далее представлен анализ состава каждой летучей золы для одного поля зрения.

Таблица 3. Фазовый состав и неопределенности, выраженные как единичное стандартное отклонение (σ) для n ≥ 3 анализов стекол в одной пробе летучей золы CC .

Таблица 4. Фазовый состав и неопределенности, выраженные как единичное стандартное отклонение (1-σ), для n ≥ 3 измерений стекла в одном образце летучей золы FO .

Таблица 5. Фазовый состав и погрешности, выраженные как единичное стандартное отклонение (1-σ) для n ≥ 3 анализов стекол в одном образце летучей золы LEGS .

Таблица 6.Фазовый состав и погрешности, выраженные как единое стандартное отклонение (1-σ) для n ≥ 3 анализов стекол в одной пробе золы уноса ML .

Рис. 3. Изображение фазового распределения зольной пыли CC .

Рис. 4. Изображение фазового распределения золы уноса FO .

Рис. 5. Изображение распределения фаз зольной пыли LEGS .

Рис. 6. Изображение распределения фаз для золы-уноса ML .

Карты летучей золы CC были сглажены с использованием медианного фильтра с радиусом = 1. Для всех карт летучей золы CC требовалось установить пороговое значение для удаления шума. Все семь собранных карт элементов были использованы в процессе сегментации, и репрезентативное изображение фазового распределения показано на рисунке 3. Изображение, показанное на рисунке 3, летучая зола CC состояла в основном из стекла CAS на 53% площади, кварца на 21% площади, смешанное стекло на 17% площади и AS на 8% площади.Состав этих фаз представлен в Таблице 3. Относительно большое количество кварца на этом конкретном изображении, вероятно, было слегка искажено несколькими крупными частицами кварца в поле зрения, которые были идентифицированы как кварц на основании состава и морфологии. Из изображения мы также можем видеть, что частицы наименьшего размера в этом образце летучей золы CC обычно были CAS или смешанным стеклом. Более крупные частицы обычно были либо CAS, либо AS.

Данные визуализации летучей золы были предварительно обработаны медианным фильтром с радиусом = 1.Натрий, магний и калий были исключены из фазового анализа, поскольку они присутствовали в очень малых количествах (таблица 1). Летучая зола FO состояла в основном из фазы AS (Рисунок 4), которая составляла 77% площади образца. Это не было неожиданностью, поскольку эта летучая зола содержала наименьшее количество СаО из всех летучей золы при 5,6% СаО (Таблица 1). Образец, показанный на Рисунке 4, также содержал ~ 15% площади кварца, 4% площади CAS, 2% площади железосодержащей кристаллической фазы и 1% площади извести (CaO). Фаза AS явно составляла большинство частиц разного размера и морфологии на изображении летучей золы FO.

Рентгеновские карты летучей золы LEGS были предварительно обработаны с использованием медианного фильтра с радиусом = 1. Нижний предел сигнала был установлен порогом с использованием MATLAB для каждой карты. Все семь карт были использованы в процессе сегментации. Средние составы стеклянной фазы приведены в таблице 5. Зола-унос LEGS содержала несколько фаз, при этом смешанная фаза стекла присутствовала в наибольшем количестве на 35% площади на изображении, показанном на фиг.5. 29% площади, за которым следует стекло CAS на 21% площади.Кварц был идентифицирован на 13% площади, в то время как богатое железом стекло (идентифицированное как стекло из-за его 20 мас.% Fe по сравнению с ~ 70 мас.% Fe в железосодержащих минералах) составляло всего 1% площади образца. Наблюдение за частицами наименьшего размера показало несколько фаз, включая CAS, AS и смешанную фазу стекла. Это было ожидаемо, поскольку на эти фазы приходилось 75% площади летучей золы.

Карты элементов золы-уноса ML были предварительно обработаны с использованием медианного фильтра радиуса = 1. Некоторые карты требовали пороговой обработки, в которой значения низкой интенсивности были заменены значениями 0 с помощью MATLAB.Все семь собранных карт были использованы для сегментации. Средние фазовые составы приведены в Таблице 6. Зола-унос ML на Фигуре 6 содержала в основном фазу AS, на долю которой приходилось 68% площади изображения образца. За фазой CAS следовало 20% площади, тогда как кварц присутствовал на 11% площади изображения. Несколько частиц (покрывающих только 0,3% площади) были идентифицированы как богатая железом кристаллическая фаза. Летучая зола состояла из нескольких крупных ценосфер смешанного состава. Самыми мелкими частицами были AS, CAS или смешанное стекло.Кварц обычно находился в частицах AS в этой летучей золе.

Обсуждение

Данные показали, что состав фаз, идентифицированных в летучей золе, был весьма схожим. Фазы CAS в каждой летучей золе имели относительно небольшой диапазон среднего состава трех основных элементов: кальция, алюминия и кремния. Точно так же фаза AS, идентифицированная в каждой летучей золе, состояла из <7% кальция и аналогичных количеств кремния и алюминия. Однако SD составов несколько велики, что указывает на то, что фазы имеют относительно большие диапазоны составов для каждой конкретной летучей золы.Широта определенных фаз в MSIA является одним из недостатков этого метода, поскольку он является обобщением состава стекла; однако определение большого количества высокоточных фаз не обязательно приводит к дополнительной полезной информации для исследователя, интересующегося потенциальной реактивностью. Например, понимание того, какая часть летучей золы состоит из сильно модифицированных стекол (то есть тех, которые содержат много элементов, которые значительно изменяют идеальную структуру силикатного стекла), может дать указание на реакционную способность без дальнейшей детальной классификации.

Сравнение массового состава оксида летучей золы и распределения стеклообразной фазы

Вся летучая зола для использования в бетонных материалах классифицируется в соответствии со стандартом ASTM C618 с использованием объемных оксидных композиций, чтобы сгруппировать их либо как класс F, либо как класс C. Однако эти классификации или объемный оксидный состав не являются показателем реакционной способности летучей золы, которая Вот почему необходима дальнейшая характеристика фаз в летучей золе. Здесь сравниваются анализы MSIA и объемного оксида для летучей золы.Одно ясное наблюдение от MSIA заключалось в том, что зола-унос FO с наименьшим количеством кальция (5,6% CaO по данным XRF) и в результате самого высокого содержания кремния и алюминия имела очень высокий процент фазы AS (77% площади). Однако зола-унос ML, которая содержала 9,4 мас.% CaO, также в основном состояла из фазы AS (62% площади). Это показывает, что, несмотря на несколько большую разницу в объемном CaO, количество фазы AS может быть относительно близким для двух летучей золы. Зола-унос ML содержала две другие кальцийсодержащие фазы, которые составляли 27% площади летучей золы, в то время как зола-унос FO не содержала смешанной стеклянной фазы, содержащей кальций, и имела только 4% площади CAS.В другой работе было отмечено, что низкое содержание кальция в летучей золе часто соответствует небольшому количеству кристаллических фаз (McCarthy, 1987), и эта работа показала, что то же самое верно и для стеклообразных фаз (т.е. стеклообразных фаз в летучей золе с низким содержанием кальция FO).

Средние составы фазы CAS в летучей золе и смешанной стеклянной фазы в летучей золе были удивительно похожими, несмотря на разнообразие составов летучей золы в четырех исследованных летучих золах.Кальцийсодержащие фазы в этой золе включали CAS и смешанное стекло. Летучая зола с самым низким содержанием кальция, FO, имела наименьшее количество фазы CAS, как и следовало ожидать, а смешанная фаза стекла не была идентифицирована для FO. Зола-унос CC с самым высоким содержанием CaO в основном состоит из смешанного стекла и CAS с ~ 70% площади этих двух кальцийсодержащих фаз. Зола-унос LEGS содержала ~ 56% площади кальцийсодержащих фаз, в то время как летучая зола ML имела ~ 27% площади кальцийсодержащего стекла. Количество модифицированного кальцием стекла, идентифицированного в каждой летучей золе, отслеживалось с учетом количества валового содержания CaO, указанного для каждой летучей золы в Таблице 1; самое высокое содержание CaO и количество модифицированного кальцием стекла было измерено в золе-уносе CC, за которой следовали летучая зола LEGS, летучая зола ML и летучая зола FO.Эти данные свидетельствуют о хорошей реакционной способности этой летучей золы в щелочных растворах, поскольку две содержащие кальций фазы представляют собой сильно модифицированные стекла, сильно отличающиеся от идеальной структуры силикатного стекла, описанной ранее и Хеммингсом и Берри (1987). Смешанная фаза стекла модифицируется в большей степени, чем фаза CAS, из-за содержания в ней железа, что означает, что она имеет значительные количества трех модификаторов сетки (кальция, алюминия и железа), которые вносят беспорядок в идеальную структуру силикатного стекла, как обсуждалось. Хеммингс и Берри (1987).

Фаза, богатая железом, была идентифицирована на уровне <2% площади любого из золы-уноса. Каждая летучая зола содержала от 3 до 7 мас.% Fe ₂ O ₃ , как указано в Таблице 1, но более высокая плотность железосодержащих фаз означает, что больший массовый% соответствует меньшему проценту площади в летучей золе по сравнению с к другим более легким элементам. Следовательно, ожидалось небольшое количество богатой железом фазы. Железосодержащие фазы наблюдались в нескольких диспергированных частицах для любой данной летучей золы.Условия работы микроскопа не были идеальными для картирования железа, поскольку ускоряющее напряжение было оптимизировано для других интересующих низкоэнергетических элементов. Это означало, что железо обычно наблюдалось на картах MSIA только в тех частицах, где оно было наиболее концентрированным. Предполагалось, что эти частицы содержат кристаллические оксиды железа, поскольку такие фазы, как гематит, маггемит и магнетит, содержат около 70 мас.% Железа, что будет иметь высокую интенсивность на картах железа. Действительно, рентгеновские микроанализы фазы, богатой Fe, оценили примерно 70 мас.% Железа в богатой железом фазе в летучей золе LEGS и более 60 мас.% Железа в среднем для богатых железом фаз в летучей золе FO и CC.В золе-уносе ML концентрация железа в богатой Fe фазе была намного ниже 60 мас.%. Это могло быть по нескольким причинам. Во-первых, кристаллическая фаза могла не присутствовать в конкретной точке, где были собраны данные. В качестве альтернативы железо могло быть заменено на кристаллическую или стеклообразную фазу в количестве, достаточном для получения сильной интенсивности на рентгеновской карте; замещение в кристаллических фазах, таких как муллит и замещение сеткообразователя, в стеклах часто происходит в летучей золе с элементарным железом (Hemmings and Berry, 1987; McCarthy, 1987).

Минорные элементы, как определено анализом оксидов, включали магний, калий и натрий и часто были диспергированы по частицам золы и обычно имели низкие количества. Посредством визуальных наблюдений на рентгеновских картах магний часто обнаруживался в частицах, которые также были с высоким содержанием кальция, и почти исключительно не входил в фазы AS. Это особенно верно в отношении фазы смешанного стекла, идентифицированной в трех из четырех летучей золы. Кроме того, в то время как несколько других элементов наблюдались в богатых железом фазах, магний редко встречался в этих зернах.Калий был почти исключительно идентифицирован в фазе AS для всей летучей золы. Обычно небольшое количество калия (1-2%) обнаруживалось в фазе AS каждой летучей золы. Общее количество K ₂ O в летучей золе было <1,5% для всей золы, что объясняет такое небольшое количество в стеклообразной фазе. Ни одна из летучей золы не содержала значительного количества натрия ни в одной фазе. Фаза AS летучей золы CC содержала наибольшее количество 2% Na ₂ O, но оставшаяся зола содержала <1% либо в фазе AS, либо в фазе CAS.Зола-унос CC содержала наибольшее количество оксида Na ₂ O (1,5%), как показано в Таблице 1, что, вероятно, объясняет, почему ее фаза AS содержала больше всего натрия.

Внутричастичные композиции

Давно известно, что в летучей золе существует неоднородность внутри частиц (Hemmings and Berry, 1987; Qian et al., 1987), но использование XRF и MSIA для определения фазового состава этих смешанных стекол в частицах летучей золы не был разработан до недавнего времени (Williams et al., 2005; Chancey et al., 2010). Синтез информации, представленной различными картами элементов образца полированной летучей золы с эпоксидной смолой, позволяет лучше объяснить, как объемный состав распределяется на частицы, которые различаются по размеру и морфологии. Кроме того, в то время как межчастичная неоднородность может быть объяснена накоплением частиц летучей золы с течением времени и вызвана сжиганием угля, который также является по своей природе неоднородным, внутричастичная неоднородность вызвана локальными различиями в составе расплавленных стекол.Результаты обсуждаются здесь по фазам, чтобы связать состав с морфологией и отметить, имели ли фазы, которые были обнаружены в частицах с несколькими фазами, сходство по составу.

Два содержащих кальций стакана иногда смешивались с другими фазами в летучей золе. В зольной пыли CC смешанные фазы стекла и CAS были перемешаны в одних частицах, в то время как фазы CAS и AS были перемешаны в других. Аналогичным образом, смешанная фаза стекла была идентифицирована как смешанная с CAS в летучей золе ML.CAS и AS были смешаны или агломерированы в некоторых из самых крупных частиц летучей золы ML, а кварц был внедрен в фазу AS в другие более крупные частицы. Зола-унос LEGS состояла из нескольких фаз (AS, CAS и смешанное стекло), которые были смешаны с некоторыми более крупными частицами летучей золы и идентифицированы в отдельных сферических частицах фракции меньшего размера. Из этих данных следует, что в некоторых частицах одновременно могут существовать несколько кальцийсодержащих стекол, в зависимости от условий охлаждения.Несмешиваемость стеклянных фаз в расплаве была описана Хеммингсом и Берри (1987), что могло привести к такой внутричастичной неоднородности. Когда кальцийсодержащие стекла были идентифицированы в частицах со стеклом AS, частицы обычно имели неправильную форму агломерированной частицы, что указывало на то, что они прикреплялись друг к другу во время охлаждения.

Стекло AS обычно не смешивалось с другими фазами в летучей золе FO или ML, в которых это стекло составляло наибольшую долю.В зольной пыли FO стекло AS содержало частицы кварца. В золе-уносе ML были обнаружены более крупные агломераты с фазой CAS.

Из более мелких фаз кварц не смешивался с другими фазами, но был идентифицирован как включения в более крупных частицах. На основании анализа оксидов богатая железом фаза, будь то стеклообразная или кристаллическая форма, никогда не смешивалась с другими фазами. Известь появлялась в виде маленьких угловатых частиц, которые не смешивались с другими фазами и обнаруживались только в летучей золе FO.

Распределение стекол по размеру частиц и морфологии

Поскольку мельчайшие частицы в золе-уносе считаются наиболее реактивными из-за их большей площади поверхности по сравнению с фракциями большего размера, интересно исследовать стекла в каждой зольной пыли, которая составляла фракцию меньшего размера. Смешанные фазы стекла и CAS были идентифицированы в мельчайших частицах летучей золы CC, летучей золы LEGS и летучей золы ML. Летучая зола FO состояла в основном из AS, поэтому фаза AS была идентифицирована в мельчайших частицах этой летучей золы, а также в летучей золе LEGS и ML.В общем, мельчайшие частицы во всей летучей золе имели форму одного из этих стекол, а кристаллические фазы не присутствовали в мелких частицах, разрешенных с использованием описанных здесь способов.

Крупные везикулярные частицы, обнаруженные в каждой летучей золе, часто имели смешанный состав. В летучей золе с высоким содержанием AS, FO и ML эти крупные частицы обычно имели состав AS. В летучей золе CC фаза CAS была идентифицирована в виде везикулярных частиц неправильной формы.Более крупные частицы в летучей золе FO были не только крупными везикулярными частицами, но и ценосферами. Из видимых ценосфер на изображении золы уноса методом ML все, кроме одной, были по составу AS.

Фаза с высоким содержанием железа была идентифицирована в летучей золе FO, LEGS и ML. Фаза с высоким содержанием железа, состав которой варьируется в зависимости от летучей золы, была идентифицирована только в нескольких отдельных частицах в каждой летучей золе, которые были от среднего до небольшого размера и всегда имели круглую морфологию.

Кварц также был обнаружен во всей летучей золе и в целом был однородным по своему составу.Во многих случаях он был включен в крупные и мелкие частицы других составов, в то время как в других случаях он был идентифицирован как дискретные частицы. В большинстве случаев самые маленькие частицы кварца были включениями в более крупные частицы, но более крупные частицы кварца обычно существовали как отдельные частицы. Однако очень мелкие частицы кварца также были идентифицированы как отдельные частицы в летучей золе ML. Кварц во всех случаях имел угловатую морфологию, хотя в некоторых случаях края были более закругленными.Хеммингс и Берри (1987) отметили, что кварц можно полировать пламенем котла, даже если он не достигает точки плавления, что может привести к скругленным краям, наблюдаемым в некоторых данных.

Обсуждение методологии

Методы, использованные в этом исследовании, представляют собой слегка измененную версию методов, представленных Chancey et al. (2010). Использование анализа средств k для помощи в выборе пикселей обучающего класса — это новый шаг в методе, который помогает убрать некоторую субъективность из процесса.Однако важно отметить, что метод сегментирования составов летучей золы с использованием MSIA имеет несколько ограничений. Во-первых, зольный состав стекла представляет собой сплошную среду, и провести различие между фазами может быть затруднительно. Это одна из причин, по которой необходимо использовать несколько общих фаз, таких как AS или CAS, без дальнейшего нарушения различий в этих фазах, таких как соотношение Ca / Si или отношение Si / Al. Однако степень модификации стекла по сравнению с идеальным силикатным стеклом действительно дает некоторое представление о потенциальной реакционной способности летучей золы, поэтому идентификация большого количества сильно модифицированного или замещенного стекла (т.е. путем включения кальция, магния, железа и т. д.), вероятно, будет полезен для определения реактивной золы.

Еще одним ограничением этого метода является потребность в очень точных рентгеновских картах и ​​очень точных изображениях с обратным рассеянием. Рентгеновские карты необходимо собирать в одних и тех же условиях, но это не всегда идеально для отдельного элемента, как в случае с железом, как описано ранее в этой статье. Кроме того, данные должны быть сохранены таким образом, чтобы они не масштабировались или иным образом не изменялись программным обеспечением, в противном случае нельзя было бы проводить сравнения среди летучей золы, что может быть сложно сделать в зависимости от пакета программного обеспечения, используемого для сбора данных.Кроме того, одним из вспомогательных средств сегментации является разница в относительной яркости обратно рассеянных изображений, которую можно сравнить только в том случае, если они сделаны в одинаковых условиях и настроены по яркости / контрастности таким же образом. Для этого требуется очень опытный оператор.

В процессе сегментации краевые пиксели часто довольно трудно сегментировать должным образом из-за частичного усреднения объема, при котором влияние окружающих элементов материала (например, эпоксидной смолы или другой стекловидной фазы) влияет на измеренную интенсивность элементов в краевые пиксели частицы.Это может изменить результаты процесса сегментации, особенно если все краевые пиксели назначены фазе в летучей золе, которая отличается от основной массы частицы (то есть кольца вокруг частицы). Таким образом, результаты применения этого метода к летучей золе дают общее представление о количестве каждой фазы, присутствующей в летучей золе.

Заключение

Процесс идентификации стекловидных фаз в летучей золе с использованием k -средств кластеризации точечных составов в сочетании с MSIA рентгеновских карт выявил сходство в составе четырех видов летучей золы с различным объемным составом.Данные показали, что основные фазы в этих четырех летучих золах класса F включали:

• AS с очень низким содержанием кальция и некоторой щелочной модификацией.

• КАС с умеренным содержанием кальция.

• смешанное стекло с высоким содержанием кальция, а также с железом в качестве модификатора.

Было обнаружено, что в одних случаях эти фазы перемешаны, в других — нет. Фаза AS первоначально существовала в отдельных частицах, но когда фаза CAS была идентифицирована в тех же частицах, что и AS, частицы обычно были агломерированными и имели больший размер.Фазы CAS и смешанного стекла были идентифицированы как смешанные, что подразумевает наличие в расплаве неоднородных или несмешивающихся стекол, которые сохранились в процессе охлаждения.

Диапазон каждого элемента в идентифицированных фазах был несколько большим, а ошибки обычно были относительно большими. Однако степень беспорядка в конкретном стекле влияет на его потенциальную реакционную способность, и знание того, сколько этих модифицированных стекол содержится в летучей золе, полезно для прогнозирования реакционной способности летучей золы.Дальнейшая работа по классификации большего количества частиц в индивидуальной летучей золе с использованием этого метода рекомендуется для еще более точной оценки составов летучей золы, представляющих интерес для использования в конкретном применении.

Авторские взносы

КА: провел экспериментальную работу, провел анализ данных и написал статью. PS: помогал с экспериментальной работой, анализом данных и подготовкой рукописи. MJ: руководил исследованием и подготовкой рукописи.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Авторы выражают благодарность за финансовую поддержку Национальному научному фонду (грант № CMMI 0926627).

Сноски

Список литературы

Огенбо, К.Л. (2013). Геополимеры на основе золы-уноса: определение реакционноспособных стеклообразных фаз в потенциальном сырье [Диссертация] . Остин, Техас: Техасский университет в Остине.

Google Scholar

Огенбо, К. Л., Уильямсон, Т., и Юнгер, М. К. Г. (2014). Критическая оценка методов прогнозирования прочности летучей золы, активированной щелочами. Mater. Struct. 48, 607–620. DOI: 10.1617 / s11527-014-0496-z

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Bumrongjaroen, W., Мюллер, И., Ливингстон, Р., и Дэвис, Дж. (2011). «Основанная на характеристиках система классификации летучей золы с использованием данных о химическом составе стеклообразных частиц», на конференции World of Coal Ash (WOCA) (Денвер, Колорадо). Доступно на: http://www.flyash.info

Google Scholar

Чанси Р. Т., Штутцман П., Юнгер М. К. Г. и Фаулер Д. В. (2010). Комплексная фазовая характеристика кристаллических и аморфных фаз летучей золы класса F. Cem. Concr.Res. 40, 146–156. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2009.08.029

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дхоул Р., Томас М. Д. А., Фоллиард К. Дж. И Дрималас Т. (2013). Определение характеристик летучей золы на сульфатостойкость. ACI Mater. J. 110, 159–168.

Google Scholar

Дурдзинский, П. Т., Дюнан, К. Ф., Хаха, М. Б., и Скривенер, К. Л. (2015). Новый метод количественной оценки на основе SEM-EDS для оценки состава летучей золы и изучения реакции ее отдельных компонентов в гидратирующем цементном тесте. Cem. Concr. Res. 73, 111–122. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2015.02.008

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Даксон П. и Провис Дж. Л. (2008). Разработка прекурсоров для геополимерных цементов. J. Am. Ceram. Soc. 91, 3864–3869. DOI: 10.1111 / j.1551-2916.2008.02787.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фернандес-Хименес, А., и Паломо, А. (2003). Характеристика летучей золы. Возможная реакционная способность как щелочные цементы. Топливо 82, 2259–2265. DOI: 10.1016 / S0016-2361 (03) 00194-7

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хартиган, Дж. А., и Вонг, М. А. (1979). Алгоритм AS 136: алгоритм кластеризации k-средних. J. R. Stat. Soc. Сер. C Прил. Стат. 28, 100–108.

Google Scholar

Хеммингс, Р. Т., и Берри, Э. Э. (1987). На стекле в угольной летучей золе: последние достижения. MRS Online Proc. Libr. 113, 3. DOI: 10.1557 / PROC-113-3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джаросвич, Э. (2002). Смитсоновские стандарты микропучков. J. Res. Natl. Inst. Стоять. Technol. 107, 681–686. DOI: 10.6028 / jres.107.054

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джоши Р. К., Натт Г. С., Дэй Р. Л. и Тиллеман Д. Д. (1984). Сканирующая электронная микроскопия и рентгеноструктурный анализ различных фракций золы-уноса. MRS Online Proc.Libr. 43, 31. doi: 10.1557 / PROC-43-31

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Керрик, Д. М., Бминхизер, Л. Б., и Виллаом, Дж. Ф. (1973). Роль толщины углеродной пленки в электронно-микрозондовом анализе. Am. Минеральная. 58, 920–925.

Google Scholar

Килгур К. И. и Даймонд С. (1987). Внутренняя структура летучей золы с низким содержанием кальция. MRS Online Proc. Libr. 113, 65. DOI: 10.1557 / PROC-113-65

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Крузе, К.(2012). Характеристики летучей золы с высоким содержанием кальция для оценки сульфатостойкости бетона . Остин, Техас: диссертация, Техасский университет в Остине.

Google Scholar

Лайдон, Дж. У. (2005). Измерение модальной минералогии горных пород по снимкам SEM: использование бесплатных программ MultiSpec и ImageJ. Геол. Surv. Может. Откройте файл 4941, 37. doi: 10.4095 / 220706

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Маккарти, Г.Дж. (1987). Рентгеновская порошковая дифракция для изучения минералогии летучей золы. MRS Proc. 113, 75–86. DOI: 10.1557 / PROC-113-75

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Маккарти, Дж. Дж., Солем, Дж. К., Манц, О. Э. и Хассетт, Д. Дж. (1989). Использование базы данных о химических, минералогических и физических свойствах золы-уноса в Северной Америке для изучения природы летучей золы и ее использования в качестве минеральной добавки в бетоне. MRS Proc. 178, 3. DOI: 10.1557 / PROC-178-3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Qian, J. C., and Glasser, F. P. (1987). Объемный состав стеклообразной фазы в некоторых коммерческих PFA. MRS Online Proc. Libr. 113, 39. DOI: 10.1557 / PROC-113-39

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цянь Дж. К., Лачовски Э. Э. и Глассер Ф. П. (1987). Микроструктура и химические вариации в стекле из золы-уноса класса F. MRS Proceedings 114, 307.DOI: 10.1557 / PROC-113-45

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рой Д. М., Люк К. и Даймонд С. (1984). Характеристика летучей золы и ее реакций в бетоне. MRS Online Proc. Libr. 43, 3. doi: 10.1557 / PROC-43-3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Стивенсон Р. Дж. И Хубер Т. П. (1986). СЭМ-исследование химических вариаций летучей золы в западных США. MRS Online Proc. Libr. 86, 99.DOI: 10.1557 / PROC-86-99

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уорд, К. Р., и Френч, Д. (2006). Определение содержания стекла и оценка состава стекла в летучей золе с помощью количественной рентгеновской дифрактометрии. Топливо 85, 2268–2277. DOI: 10.1016 / j.fuel.2005.12.026

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уильямс, П. Дж., Бирнацки, Дж. Дж., Рон, К. Дж., Уокер, Л., и Бай, Дж. М. (2005). Микроаналитический и вычислительный анализ летучей золы класса F. ACI Mater. J. 102, 330–337.

Google Scholar

Уильямс, Р. П., и ван Рисен, А. (2010). Определение реактивного компонента летучей золы для производства геополимеров с помощью XRF и XRD. Топливо 89, 3683–3692. DOI: 10.1016 / j.fuel.2010.07.031

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пакет для выравнивания структуры

ASH: Чувствительность и избирательность в классификации доменов | BMC Bioinformatics

Анализ ROC

На рисунке 1 показаны кривые ROC для всех 2930 × 2929/2 уникальных, неидентичных структурных пар из тестового набора.Все результаты были получены с использованием программы LASH с параметрами, полученными из сокращенного обучающего набора. Сначала мы рассмотрим чувствительность и избирательность только оценки NER. Площадь под кривой NER ROC составляет 0,92, что немного хуже, чем у Dali и STRUCTAL, для которых соответствующая площадь была 0,94 [3]. Этот неоптимальный, но обнадеживающий результат побудил нас разработать новую функцию оценки ASH.

Рисунок 1

Кривые ROC . Показаны ROC-кривая для оценки NER (черная), новая оценка ASH и член сходства последовательностей (синий).Новый балл ASH оценивался как на полном обучающем наборе (красный), на сокращенном обучающем наборе (оранжевый), так и на тестовом наборе с использованием параметров, полученных из сокращенного обучающего набора (зеленый). Площадь под каждой кривой указана в легенде.

Используя новый обучающий набор, мы оптимизировали веса новой функции оценки, используя процедуру Монте-Карло. На рисунке 1 показана кривая ROC для полной обучающей выборки, для которой площадь под кривой составляет 0,97. Чтобы представить это число в перспективе, мы исследовали шаблон с наивысшей оценкой для каждого запроса.В частности, мы оценили частоту совершения «ложного» выбора (в соответствии с классификациями CATH и SCOP), когда использовался только шаблон с наивысшей оценкой для данного запроса. Таких ошибок было 69 из 1641 запроса, для которого существует шаблон с одинаковой классификацией CATH и SCOP (см. Дополнительный файл 3). Это число было достаточно небольшим, чтобы можно было проверить выравнивание на глаз. В целом пары «ложноположительных» оказались очень похожими, во многих случаях более похожими, чем «истинный» шаблон с наивысшим баллом.Этот результат убедил нас в том, что выравнивания с высокими показателями имеют физический смысл, даже если они классифицируются как принадлежащие к разным топологиям или складкам.

Как показано на рисунке 1, площадь под кривой немного уменьшается до 0,96, когда обучение выполняется на сокращенной обучающей выборке. Тем не менее, область остается на 0,96 при применении к набору тестов, независимо от того, какой набор параметров используется, что указывает на то, что параметры не были превышены. Разница между ASH и лучшим зарегистрированным результатом составляет 2% для тестового набора [3].Хотя в относительном выражении это число довольно мало, абсолютное количество ложных срабатываний может быть значительным, если было выполнено большое количество запросов.

Мы также оценили кривую ROC только для члена сходства последовательностей. Как показано на рисунке 1, эта кривая указывает на очень слабый сигнал последовательности среди «истинных» пар в тестовой выборке. Для справки, можно ожидать, что случайный результат аппроксимирует функцию y = x. Таким образом, хотя термин «последовательность» не дает большого количества информации в этом неизбыточном наборе тестов, он может помочь в различении пограничных случаев.Более того, он обеспечивает связь между информацией о последовательности и структуре для общих случаев, когда гомологи последовательности не были исключены a priori .

Матричные элементы производной матрицы замещения сравнивались с элементами матрицы BLOSUM62 [19] (см. Дополнительный файл 4). Наклон и коэффициент корреляции для этого графика составляют 0,52 и 0,94 соответственно. В качестве справки мы также наносим на график элементы матрицы, полученные из всех пар доменов с разными значениями топологии / свертки CATH и SCOP.Соответствующие наклон и коэффициент корреляции составляют 0,06 и 0,70 соответственно. Это ясно указывает на то, что взаимосвязь последовательностей между участниками с одинаковой топологией CATH и складкой SCOP является слабой, но более сильной, чем наблюдаемая между членами с разной топологией CATH и идентификаторами складки SCOP.

Для дальнейшего исследования сходства между предложенной матрицей замещения и предыдущей работой других групп наша матрица сравнивалась со всеми 98 записями в AAindex, базе данных матриц замещения [20–22].После центрирования и нормализации каждой матрицы мы рассмотрели два критерия подобия: скалярное произведение и среднеквадратичное отклонение значений матрицы. Наиболее похожая матрица согласно скалярному произведению была у Gonnet, et al. [23] со значением 0,89. Интересно, что эта матрица оказалась наиболее точной из 30 различных матриц по оценке Фогта и др. [24]. Наиболее схожей согласно RMSD оказалась SDM-матрица Prlic, et al. [25] со значением 0,13. Матрица SDM была получена способом, аналогичным нашему, и оказалось, что она работает немного лучше, чем у Gonnet, et al. [25]. Эти результаты предполагают, что предложенная матрица аминокислотных замен может быть полезна в исследованиях выравнивания на основе последовательностей, вопрос, который мы намерены исследовать в будущем.

Поскольку мы следовали процедуре кривой ROC, используемой Колодным, et al. , чтобы оценить нашу схему классификации доменов, стоит упомянуть, что в своем исследовании Колодный, et al. заявляют, что «количество недостатков использования методологии кривых ROC для сравнения методов выравнивания структур превышает количество потенциальных преимуществ [3]». Они, скорее, приводят доводы в пользу прямого «геометрического» сравнения с использованием четко определенной аналоговой функции, такой как Оценка SAS.Первоначально мы также скептически относились к ROC-анализу с использованием единого золотого стандарта, такого как CATH. Действительно, уменьшение области с 0,97 до 0,96 при применении новой оценки к набору тестов (для которого использовались только определения CATH) первоначально было связано с внутренними ограничениями схемы классификации CATH, а не с чрезмерной подгонкой при обучении. набор или какая-то другая причина. Чтобы напрямую исследовать этот вопрос, мы повторили расчет на обучающей выборке, используя каждую из отдельных классификаций (CATH и SCOP) отдельно.К нашему удивлению, результирующие области ROC остались на уровне 0,97, что говорит о том, что бинарная классификация не представляла серьезной проблемы. В следующем разделе мы исследуем качество самих выравниваний с помощью геометрических мер.

Геометрический анализ

В нашей геометрической оценке мы вычисляем средние значения SAS и NER, полученные из 6 программ выравнивания: GASH, RASH, DaliLite, FAST, SSM и STRUCTAL. Мы используем меньший «сложный» тестовый набор истинных (та же топология CATH) совпадений, как описано в разделе «Методы».Если какая-либо программа не смогла произвести согласование, мы исключили пару запрос-шаблон из среднего значения для всех методов и записали частоту таких «пропущенных согласований» в таблице 2. На рисунке 2 мы построили график зависимости среднего балла NER от средний балл SAS для набора геометрических тестов. Поскольку оценка SAS является функцией ошибок, а оценка NER — функцией подобия, мы можем ожидать, что лучшая программа будет в верхнем левом углу, а худшая — в правом нижнем. Хотя FAST относительно плохо работает как с NER, так и с SAS и занимает нижний правый угол, другие программы распределены в кластере в верхнем левом углу, и трудно выбрать явного «победителя».

Таблица 2 Использование ЦП для набора геометрических тестов. Рисунок 2

Геометрический анализ . Связь между средней оценкой NER и средней оценкой SAS. Среднее значение было вычислено для 2071 пары запрос-шаблон с использованием набора геометрических тестов.

Что касается оценки SAS, STRUCTAL показывает наилучшие результаты, что согласуется с выводами Kolodny, et al. [3], за которым следует GASH; однако, когда мы рассматриваем оценку NER, GASH показывает лучшие результаты, за ним следует DaliLite.RASH и SSM работают на среднем уровне по обоим оценкам и очень похожи друг на друга. Тот факт, что ни одна программа не выделяется как с точки зрения NER, так и с точки зрения SAS, предполагает, что это в некоторой степени независимые меры. Очевидно, что следует проявлять осторожность при использовании единой оценки или одного класса оценок (то есть функций ошибок и функций сходства) в качестве основы для оценки качества согласования. Агрегатная функция, используемая в ASH, учитывает эту независимость, комбинируя как меры сходства, так и меры различий.Наш общий вывод относительно геометрического анализа состоит в том, что «лучший» метод выравнивания зависит от выбора геометрической меры. Моеровер, в среднем, ASH, STRUCTAL, DaliLite и SSM почти равны.

Использование ЦП

Общее количество ЦП, необходимое для запуска LASH на всех 2930 × 2930 парах структур в тестовом наборе, составило 891 час, или 0,37 секунды на выравнивание на персональном компьютере (ПК) Intel Pentium4 3,2 ГГц. Чтобы сравнить программы ASH с эталонными программами, было проведено прямое сравнение с использованием 2071 пары запрос-шаблон в геометрическом наборе тестов (таблица 2).В этом тесте FAST была самой быстрой программой со скоростью 0,31 секунды на выравнивание, но со значительной потерей качества выравнивания, как отмечалось выше. RASH был примерно в 2 раза медленнее, на 0,69 секунды на выравнивание. GASH и STRUCTAL были примерно в 2 раза медленнее, чем RASH, за которым следует DaliLite. По их оценке, Колодный, et al. считает SSM самой быстрой программой. Мы также обнаружили, что SSM работает очень быстро, когда один запрос выполняется по предварительно скомпилированному списку шаблонов. Однако в данном упражнении мы хотели запустить конкретный набор пар структур.В этом конкретном режиме существующее программное обеспечение SSM не было разработано для использования предварительно скомпилированных результатов, что привело к значительному увеличению времени ЦП (Евгений Криссинель, личное сообщение). Поскольку этот режим не отражал производительность SSM по чисто техническим причинам, время ЦП для SSM было исключено из таблицы 2.

Coal Ash Basics | Агентство по охране окружающей среды США

На этой странице

---

Что такое угольная зола?

Угольная зола, также называемая остатками от сжигания угля или CCR, в основном образуется при сжигании угля на угольных электростанциях.Угольная зола включает ряд побочных продуктов, образующихся при сжигании угля, в том числе:

• Зола-унос , очень мелкий порошкообразный материал, состоящий в основном из кремнезема, полученный при сжигании тонко измельченного угля в котле.
• Нижняя зола , крупная, угловатая частица золы, слишком большая для того, чтобы попасть в дымовые трубы, поэтому она образуется на дне угольной печи.
• Котельный шлак , расплав зольного остатка из шлакового крана и циклонных печей, который после охлаждения водой превращается в окатыши, которые имеют гладкий стекловидный вид.
• Материал для десульфуризации дымовых газов , материал, оставшийся после процесса снижения выбросов диоксида серы из угольного котла, который может быть влажным илом, состоящим из сульфита кальция или сульфата кальция, или сухим энергетическим материалом, который представляет собой смесь сульфитов и сульфаты.

Другие виды побочных продуктов:

• зола от сжигания в псевдоожиженном слое,
• ценосферы и
• остатков скруббера.

---

Что электростанции делают с угольной золой?

Угольная зола утилизируется или используется по-разному в зависимости от:

• вида побочного продукта,
• процессов на заводе и
• правила, которым должна следовать электростанция.

Некоторые электростанции могут утилизировать его в поверхностных водохранилищах или на свалках. Другие могут сбрасывать его в ближайший водный путь в соответствии с разрешением на сброс воды на заводе.

Угольная зола также может быть переработана в такие изделия, как бетон или стеновые плиты.

---

Сколько угольной золы?

Угольная зола — один из крупнейших видов промышленных отходов, образующихся в США. Согласно отчету Американской ассоциации угольной золы об исследовании производства и использования продуктов сгорания угля , в 2014 году образовалось около 130 миллионов тонн угольной золы.

---

Почему угольная зола повторно используется?

Повторное использование угольной золы может дать много экологических, экономических и продуктовых преимуществ, включая:

• Экологические преимущества , такие как сокращение выбросов парниковых газов, уменьшение необходимости вывоза на свалки и сокращение использования других материалов.
• Экономические выгоды , такие как снижение затрат, связанных с удалением угольной золы, увеличение доходов от продажи угольной золы и экономия от использования угольной золы вместо других, более дорогих материалов.
• Преимущества продукта , такие как повышенная прочность, долговечность и удобоукладываемость материалов.

Для получения дополнительной информации посетите веб-страницу повторного использования угольной золы.

---

Почему EPA регулирует угольную золу?

Угольная зола содержит такие загрязнители, как ртуть, кадмий и мышьяк. Без надлежащего управления эти загрязнители могут загрязнять водные пути, грунтовые воды, питьевую воду и воздух.

Необходимость принятия федеральных мер по обеспечению защитного удаления угольной золы была подчеркнута крупными разливами около Кингстона, штат Теннесси, и Идена, Северная Каролина, которые нанесли обширный экологический и экономический ущерб близлежащим водным путям и собственности.

Для устранения рисков, связанных с неправильным удалением и сбросом угольной золы, EPA установило национальные правила утилизации угольной золы и усиливает существующие меры контроля за сбросами в воду. Для получения дополнительной информации посетите следующие веб-страницы.

Применение древесной золы приводит к сильным вертикальным градиентам pH почвы, изменяющим структуру прокариотического сообщества в верхнем слое леса

1.

Silva, FC, Cruz, NC, Tarelho, LAC & Rodrigues, SM Использование материалов на основе золы биомассы в качестве почвенные удобрения: критический обзор существующей нормативной базы. J. Clean Prod. 214 , 112–124 (2019).

Артикул Google Scholar

2.

Huotari, N., Tillman-Sutela, E., Moilanen, M. & Laiho, R. Переработка золы — на благо окружающей среды ?. Forest Ecol. Manag. 348 , 226–240 (2015).

Артикул Google Scholar

3.

Ингерслев М., Сков С., Севель Л. и Педерсен Л.B. Бюджеты элементов сжигания лесной биомассы и удобрения золой — тематическое исследование в Дании. Биомасса Биоэнергетика 35 , 2697–2704 (2011).

CAS Статья Google Scholar

4.

Karltun, E. et al. в Устойчивое использование лесной биомассы для производства энергии (ред. Розер, Д., Асикайнен, А., Раулунд-Расмуссен, К. и Ступак, И.) 79–108 (Springer, Берлин, 2008).

5.

Thiffault, E. et al. Влияние заготовки лесной биомассы на продуктивность почв бореальных и умеренных лесов — обзор. Environ. Ред. 19 , 278–309 (2011).

Артикул CAS Google Scholar

6.

Аронссон К. А. и Экелунд Н. Г. Биологические последствия внесения древесной золы в лесные и водные экосистемы. J. Environ. Qual. 33 , 1595–1605 (2004).

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

7.

Reimann, C. et al. Уровни элементов в древесной золе березы и ели — зеленая энергия ?. Sci. Total Environ. 393 , 191–197 (2008).

ADS CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

8.

Фальковски П. Г., Фенчел Т. и Делонг Э. Ф. Микробные двигатели, управляющие биогеохимическими циклами Земли. Наука 320 , 1034–1039 (2008).

ADS CAS Статья Google Scholar

9.

Рённ Р., Вестергард М. и Экелунд Ф. Взаимодействие между бактериями, простейшими и нематодами в почве. Acta Protozool. 51 , 223–235 (2012).

Google Scholar

10.

ван дер Хейден, М. Г. А., Барджетт, Р. Д. и ван Страален, Н. М. Невидимое большинство: почвенные микробы как движущие силы разнообразия растений и продуктивности наземных экосистем. Ecol. Lett. 11 , 296–310 (2008).

PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

11.

Wall, D. H. et al. Экология почвы и экосистемные услуги (Oxford University Press, Oxford, 2012).

Забронировать Google Scholar

12.

Фирер, Н. Принятие неизвестного: раскрытие сложностей микробиома почвы. Nat. Rev. Microbiol. 15 , 579–590 (2017).

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

13.

Kaiser, K. et al. Движущие силы структуры, разнообразия и функционирования сообщества почвенных бактерий на лугах и лесах умеренного пояса. Sci. Отчет 6 , 33696 (2016).

ADS CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

14.

Уолдроп, М. П., Бальзер, Т. К. и Файерстоун, М. К. Связывание состава микробного сообщества с функционированием в тропической почве. Soil Biol. Biochem. 32 , 1837–1846 (2000).

CAS Статья Google Scholar

15.

Bang-Andreasen, T. et al. Изменения pH, вызванные древесной золой, сильно влияют на численность почвенных бактерий и состав сообщества. Фронт. Microbiol. 8 , 1400 (2017).

PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

16.

Бэт, Э. и Арнебрант, К. Скорость роста и реакция бактериальных сообществ на pH в известкованных и обработанных золой лесных почвах. Почва. Биол. Biochem. 26 , 995–1001 (1994).

Артикул Google Scholar

17.

Cruz-Paredes, C., Wallander, H., Kjøller, R. & Rousk, J.Использование распределения признаков по сообществам для определения реакции микробов на изменения pH и Cd в лесных почвах, обработанных древесной золой. Почва. Биол. Biochem. 112 , 153–164 (2017).

CAS Статья Google Scholar

18.

Фритце, Х., Перкиёмяки, Дж. И Пеннанен, Т. Распределение микробной биомассы и фосфолипидных жирных кислот в профилях Подзола под хвойным лесом. Eur. J. Почвоведение. 51 , 565–573 (2000).

CAS Статья Google Scholar

19.

Фростегард, А., Боат, Э. и Тунлид, А. Изменения в структуре микробных сообществ почвы в известняковых лесах, выявленные с помощью анализа жирных кислот фосфолипидов. Почва. Биол. Biochem. 25 , 723–730 (1993).

Артикул Google Scholar

20.

Йокинен, Х. К., Кииккиля, О. и Фритце, Х.Изучение механизмов повышенной микробной активности после внесения древесной золы. Почва. Биол. Biochem. 38 , 2285–2291 (2006).

CAS Статья Google Scholar

21.

Нойс, Г. Л. et al. Реакция почвенных микробов на добавление древесной золы и лесные пожары в управляемых лесах Онтарио. Заявл. Soil Ecol. 107 , 368–380 (2016).

Артикул Google Scholar

22.

Perkiömäki, J. & Fritze, H. Краткосрочное и долгосрочное воздействие древесной золы на микробное сообщество гумуса бореальных лесов. Почва. Биол. Biochem. 34 , 1343–1353 (2002).

Артикул Google Scholar

23.

Vestergård, M. et al. Относительная важность путей распространения бактерий и содержания неорганического азота в почве увеличивается при экстремальном градиенте внесения древесной золы. GBC Bioenergy 10 , 320–334 (2018).

Google Scholar

24.

Фирер Н. и Джексон Р. Б. Разнообразие и биогеография почвенных бактериальных сообществ. Proc. Natl. Акад. Sci. США 103 , 626–631 (2006).

ADS CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

25.

Rousk, J. et al. Сообщества почвенных бактерий и грибов через градиент pH в пахотной почве. ISME J. 4 , 1340–1351 (2010).

PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

26.

Демейер, А., Нкана, Дж. К. В. и Верлоо, М. Г. Характеристики древесной золы и влияние на свойства почвы и усвоение питательных веществ: обзор. Биоресурсы. Technol. 77 , 287–295 (2001).

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

27.

Мареска А., Хикс Дж. И Аструп Т. Ф. Рециркуляция золы биомассы на лесные почвы: состав золы, минералогия и свойства выщелачивания. Управление отходами. 70 , 127–138 (2017).

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

28.

Фирер Н., Брэдфорд М. А. и Джексон Р. Б. К экологической классификации почвенных бактерий. Экология 88 , 1354–1364 (2007).

PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

29.

Немергут, Д. Р., Кливленд, К. К., Видер, В. Р., Вашенбергер, К. Л. и Таунсенд, А. Р. Манипуляции с внесением органического вещества в почвы в масштабе участка коррелируют со сдвигами в составе микробного сообщества в низинных тропических лесах. Почва. Биол. Biochem. 42 , 2153–2160 (2010).

CAS Статья Google Scholar

30.

Philippot, L. et al. Экологическая согласованность высоких таксономических рангов бактерий. Nat. Rev. Microbiol. 8 , 523–529 (2010).

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

31.

Рамирес, К. С., Крейн, Дж. М. и Фирер, Н. Постоянное воздействие азотных поправок на микробные сообщества почвы и процессы в биомах. Glob. Сменить Биол. 18 , 1918–1927 (2012).

ADS Статья Google Scholar

32.

Gömöryová, E., Pichler, V., Tóthová, S. & Gömöry, D. Изменения химических и биологических свойств отдельных слоев лесной подстилки после внесения древесной золы в насаждениях ели обыкновенной. Леса 7 , 108 (2016).

Артикул Google Scholar

33.

Хансен, М., Банг-Андреасен, Т., Соренсен, Х.И Ингерслев М. Микровертикальные изменения pH почвы и катионов оснований с течением времени после внесения древесной золы в лесную почву. Для. Ecol. Manag. 406 , 274–280 (2017).

Артикул Google Scholar

34.

Blume, E. et al. Поверхностная и подповерхностная микробная биомасса, структура сообщества и метаболическая активность в зависимости от глубины почвы и сезона. Заявл. Пачкаться. Ecol. 20 , 171–181 (2002).

Артикул Google Scholar

35.

Экелунд, Ф., Рённ, Р. и Кристенсен, С. Распределение простейших, бактерий и грибов в зависимости от глубины в профилях почвы трех лесных участков в Дании. Soil Biol. Biochem. 33 , 475–481 (2001).

CAS Статья Google Scholar

36.

Фирер, Н., Шимель, Дж. П. и Холден, П. А. Вариации в составе микробного сообщества по двум профилям глубины почвы. Soil Biol. Biochem. 35 , 167–176 (2003).

CAS Статья Google Scholar

37.

Дрю, М.С. Сравнение эффектов локального поступления фосфатов, нитратов, аммония и калия на рост семенной корневой системы и побегов ячменя. New Phytol. 75 , 479–490 (1975).

CAS Статья Google Scholar

38.

Хатчингс, М. Дж. И Джон, Э. А. Влияние неоднородности окружающей среды на рост корней и разделение корней / побегов. Ann. Бот. 94 , 1–8 (2004).

PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

39.

Бруннер, И., Циммерманн, С., Зинг, А. и Блазер, П. Переработка древесной золы влияет на химический состав лесных почв и тонкокорневой химией деревьев и снижает подкисление почвы. Почва для растений. 267 , 61–71 (2004).

CAS Статья Google Scholar

40.

Саарсалми А., Смоландер А., Мойланен М. и Куккола М. Древесная зола в бореальных низкопродуктивных сосновых насаждениях на возвышенностях и торфяниках: долгосрочное воздействие на рост древостоя и почву характеристики. Для. Ecol. Manag. 327 , 86–95 (2014).

Артикул Google Scholar

41.

Lanzén, A. et al. Структура сообществ прокариот и грибов в почвах горных пастбищ сильно коррелирована и в первую очередь зависит от pH. Фронт. Microbiol. 6 , 321 (2015).

Артикул Google Scholar

42.

Лаубер, К. Л., Хамади, М., Найт, Р. и Фирер, Н. Оценка pH почвы на основе пиросеквенирования как предиктор структуры почвенного бактериального сообщества в континентальном масштабе. Заявл. Environ.Microbiol. 75 , 5111–5120 (2009).

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

43.

Bang-Andreasen, T., Schostag, M., Prieme, A., Elberling, B. & Jacobsen, C. S. Возможное микробное загрязнение во время отбора проб вечной мерзлоты, оцениваемое с помощью индикаторов. Sci. Отчет 7 , 43338 (2017).

ADS CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

44.

Саарсалми А., Куккола М., Мойланен М. и Арола М. Долгосрочное влияние золы и азотных удобрений на рост древостоя, питательный статус деревьев и химический состав почвы в древостоях сосны обыкновенной. Для. Ecol. Manag. 235 , 116–128 (2006).

Артикул Google Scholar

45.

Циммерманн, С. и Фрей, Б. Дыхание почвы и микробные свойства кислой лесной почвы: влияние древесной золы. Soil Biol. Biochem. 34 , 1727–1737 (2002).

CAS Статья Google Scholar

46.

Båth, E. Адаптация бактериальных сообществ почвы к преобладающему pH в различных почвах. Fems Microbiol. Ecol. 19 , 227–237 (1996).

ADS Статья Google Scholar

47.

Мэдиган, М. Т., Мартинко, Дж. М., Данлэп, П. В. и Кларк, Д.С. Брок Биология микроорганизмов 14-е изд. (Пирсон, Бостон, 2014).

Google Scholar

48.

Rosso, L., Lobry, J. R., Bajard, S. & Flandrois, J. P. Удобная модель для описания комбинированного воздействия температуры и pH на рост микробов. Заявл. Environ. Microb. 61 , 610–616 (1995).

CAS Статья Google Scholar

49.

Килак, А. М., Баррето, К. К., Ковальчук, Г. А., Ван Вин, Дж. А. и Курамаэ, Е. Е. Экология ацидобактерий: выход за рамки генов и геномов. Фронт. Microbiol. 7 , 744 (2016).

PubMed PubMed Central Google Scholar

50.

Kim, J. M. et al. pH почвы и электропроводность являются ключевыми почвенными факторами, формирующими бактериальные сообщества тепличных почв в Корее. Дж.Microbiol. 54 , 838–845 (2016).

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

51.

Ochecova, P., Tlustos, P., Szakova, J., Mercl, F. & Maciak, M. Изменение доступности питательных веществ в суглинках и супесчаных суглинках после внесения поправок на древесную муху и зольную пыль. Агрон. J. 108 , 487–497 (2016).

CAS Статья Google Scholar

52.

Питман, Р. М. Использование древесной золы в лесном хозяйстве — обзор воздействия на окружающую среду. Лесное хозяйство 79 , 563–588 (2006).

Артикул Google Scholar

53.

Cederlund, H. et al. Качество углерода почвы и азотные удобрения структурируют бактериальные сообщества с предсказуемой реакцией основных типов бактерий. Заявл. Soil Ecol. 84 , 62–68 (2014).

Артикул Google Scholar

54.

Кливленд, К. С., Немергут, Д. Р., Шмидт, С. К. и Таунсенд, А. Р. Повышение дыхания почвы после лабильного добавления углерода, связанного с быстрыми изменениями в составе микробного сообщества почвы. Биогеохимия 82 , 229–240 (2007).

CAS Статья Google Scholar

55.

Padmanabhan, P. et al. Дыхание меченных С-13 субстратов, добавленных в почву в поле, и последующий анализ гена 16S рРНК ДНК почвы, меченной С-13. Заявл. Environ. Microbiol. 69 , 1614–1622 (2003).

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

56.

Lladó, S. & Baldrian, P. Анализ физиологического профиля на уровне сообществ показывает потенциал для выявления копиотрофных бактерий, присутствующих в почвенной среде. PLoS ONE 12 , e0171638 (2017).

PubMed PubMed Central Статья CAS Google Scholar

57.

Starke, R. et al. Бактерии доминируют в краткосрочной ассимиляции азота растительного происхождения в почве. Soil Biol. Biochem. 96 , 30–38 (2016).

CAS Статья Google Scholar

58.

Teng, Y., Wang, X. M., Li, L. N., Li, Z. G. & Luo, Y. M. Rhizobia и их биологические партнеры как новые движущие силы для функционального восстановления загрязненных почв. Фронт. Plant Sci. 6 , 32 (2015).

PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

59.

Bergmann, G. T. et al. Недооцененное доминирование Verrucomicrobia в почвенных бактериальных сообществах. Soil Biol. Biochem. 43 , 1450–1455 (2011).

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

60.

Хансен, М., Саарсалми, А.И Пелтре, С. Изменения в составе ПОВ и устойчивости к микробной деградации с течением времени в ответ на удобрение древесной золой. Soil Biol. Biochem. 99 , 179–186 (2016).

CAS Статья Google Scholar

61.

Рид К. и Уотмоу С. А. Оценка воздействия известкования и обработки древесной золы на лесные экосистемы с помощью систематического метаанализа. Кан. J. For. Res. 44 , 867–885 (2014).

CAS Статья Google Scholar

62.

Леви-Бут, Д. Дж. et al. Цикл внеклеточной ДНК в почвенной среде. Soil Biol. Biochem. 39 , 2977–2991 (2007).

CAS Статья Google Scholar

63.

Нильсен, К. М., Йонсен, П. Дж., Бенсассон, Д. и Даффончио, Д. Высвобождение и сохранение внеклеточной ДНК в окружающей среде. Environ. Biosaf. Res. 6 , 37–53 (2007).

CAS Статья Google Scholar

64.

Carini, P. et al. Реликтовая ДНК в изобилии присутствует в почве и затрудняет оценку микробного разнообразия почвы. Nat. Microbiol. 2 , 1–6 (2017).

Артикул CAS Google Scholar

65.

Carvalhais, L.C., Dennis, P.Г., Тайсон, Г. В. и Шенк, П. М. Применение метатранскриптомики к почвенной среде. J. Microbiol. Методы 91 , 246–251 (2012).

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

66.

Urich, T. et al. Одновременная оценка структуры и функции почвенного микробного сообщества посредством анализа мета-транскриптома. PLoS ONE 3 , e2527 (2008 г.).

ADS PubMed PubMed Central Статья CAS Google Scholar

67.

Bang-Andreasen, T. et al. Общая последовательность РНК выявляет многоуровневые изменения микробного сообщества и функциональные реакции на внесение древесной золы в сельскохозяйственные и лесные почвы. FEMS Microbiol.