Self-healing cement materials – microscopic techniques

• Autorzy: Dudek Marta

Identyfikatory

DOI

10.35784/bud-arch.1494

Warianty tytułu

PL

Samoleczące tworzywa cementowe – techniki mikroskopowe

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents a general classification of intelligent materials with self-healing (self-repairing) properties, focusing on self-healing cementitious materials. The purpose of the paper is to describe the prospects of two of the most popular micro-observation techniques, i.e. with the use of an optical and scanning electron microscope. In addition, it describes the advantages of using a tensile stage mounted in the microscope chamber for testing self-healing materials. The advantages and disadvantages of these devices have been characterized, and the results of preliminary research have been provided. The tests include the optical microscopy and scanning electron microscopy observations of the microstructure of cracks before and after the process of healing. They were carried out using ZEISS Discovery V20 optical microscope and ZEISS EVO-MA 10 scanning electron microscope on mortar samples modified with macro capsules filled with polymer. In addition to observations, chemical analysis was performed with the use of an EDS detector. The microscopic observations and chemical analyses provide the basis for assessing the effectiveness of the self-healing process, showing that the crack has been healed. Moreover, the preliminary results of the tests of micro-mechanical properties, carried out with the use of a tensile stage, have been described. The problems of using this research technique are also listed. This study shows the usefulness of this kind of tests for microcapsules for self-healing materials.

PL

Artykuł przedstawia ogólną klasyfikację materiałów inteligentnych o właściwościach samoleczących (samonaprawiających), ze szczególnym uwzględnieniem samoleczących tworzyw cementowych. Celem niniejszej publikacji jest przedstawienie dwóch najpopularniejszych technik mikroobserwacji, tj. mikroskopii optycznej i skaningowej. Ponadto opisano, jakie możliwości w badaniach samoleczących materiałów daje stolik naprężeniowy, zamontowany w komorze mikroskopu. Scharakteryzowano zalety i wady tych urządzeń oraz przedstawiono wyniki wstępnych badań. Badania obejmują obserwacje mikrostruktury pęknięć przed i po procesie gojenia, zarówno w mikroskopie optycznym jak i skaningowym. Przeprowadzono je przy użyciu mikroskopu optycznego ZEISS Discovery V20 i skaningowego mikroskopu elektronowego ZEISS EVO-MA 10, na próbkach zaprawy modyfikowanej makrokapsułkami wypełnionymi polimerem. Oprócz obserwacji wykonano analizę chemiczną z wykorzystaniem detektora EDS. Obserwacje mikroskopowe i analiza chemiczna dają podstawę do oceny skuteczności procesu samoleczenia, wykazując, że pęknięcie zostało zagojone. Opisano również wstępne wyniki badań właściwości mikromechanicznych, przeprowadzonych z wykorzystaniem stolika naprężeniowego. Wymieniono także trudności związane z wykorzystaniem tej techniki badawczej. Artykuł przedstawia przydatność tego rodzaju testów dla mikrokapsułek używanych do modyfikacji materiałów samoleczących.

Słowa kluczowe

EN

optical microscopy; scanning electron microscopy; tensile stage; self-healing cementitious materials; micro-mechanical properties

PL

mikroskop optyczny; elektronowy mikroskop skaningowy; stolik naprężeniowy; samoleczące tworzywa cementowe; właściwości mikromechaniczne

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Budownictwo i Architektura
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 19, no 2
• Strony: 33--40
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., fig.

Twórcy

autor

Dudek Marta

• Chair of Building Materials Engineering; Faculty of Civil Engineering; Cracow University of Technology Poland

Bibliografia

• 1. Takagi T., "Present state and future of the intelligent materials and systems in Japan", Journal of Intelligent Material Systems and Structure, no. 10, (1999), pp. 575-581.
• 2. "Polimery są materiałami przyszłości", Chemia i Biznes., no. 3, (2015), Available: https://www.chemiaibiznes.com.pl/aktualnosc/polimery-sa-materialami-przyszlosci [Accessed: 25 Nov 2019]
• 3. Zwaag S. (ed), "Self-healing materials, an alternative approach to 20 centuries of materials science", Springer Series in Materials Science, vol. 100, Springer, Dordrecht 2007.
• 4. Hager M.D. et al., (2010). "Self-healing materials", Advanced Materials, pp. 5424-543, https://doi.org/10.1002/adma.201003036, quoted after: Zając B., Gołebiowska I., "Procesy odtwórcze w materiałach cementowych", Inżynieria i Aparatura Chemiczna vol. 55, no. 3, (2016), pp.112-113.
• 5. Rooij M. et al., State-of-the-Art Reports, Self-Healing Phenomenain Cement-Based Materials. Editors Technical Committee 221-SHC: Self-Healing Phenomenain Cement-Based Materials. Springer 2013.
• 6. Tziviloglou E. et al., "Bio-based Self-healing Mortar: An Experimental and Numerical Study", Journal of Advanced Concrete Technology, vol. 15, no. 9, (2017), pp. 536-543. https://doi.org/10.3151/jact.15.536
• 7. Alghamri R. Kanellopoulos A. Al-Tabbaa., "Impregnation and encapsulation of lightweight aggregates for self-healing concrete", Construction and Building Materials, no. 124, (2016), pp. 910-921. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.07.143
• 8. Qureshi T.S., Kanellopoulos A., Al-Tabbaa., "Encapsulation of expansive powder minerals within a concentric glass capsule system for self-healing concrete”, Construction and Building Materials, no. 121, (2016), pp. 629-643. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.06.030
• 9. Al-Ansari M., et al., "Performance of modified self-healing concrete with calcium nitrate microencapsulation", Construction and Building Materials, no. 149, (2017), pp. 525-534. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.05.152
• 10. Dong B. W. et al., "Smart releasing behavior of a chemical self-healing microcapsule in the stimulated concrete pore solution", Cement and Concrete Composites, no. 56, (2015), pp .46-50. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2014.10.006
• 11. Yildirim G. et al., "A review of intrinsic self-healing capability of engineered cementitious composites: Recovery of transport and mechanical properties", Construction and Building Materials, no. 101, (2015), pp. 10-21. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.10.018

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).