Rola nanokrzemionki w kształtowaniu właściwości mechanicznych kompozytów o matrycy cementowej

• Autorzy: Iskra-Kozak Wioleta

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0055.2432

Warianty tytułu

EN

The role of nanosilica in shaping the mechanical properties of cement matrix composites

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem pracy była ocena wpływu nanokrzemionki (NS) na wytrzymałość na ściskanie kompozytów o matrycy cementowej w różnych okresach dojrzewania. Analizowano kompozyty z dodatkiem NS w ilości 0,5 i 2,5% masy spoiwa, przy dwóch stosunkach wodno-spoiwowych (w/s = 0,45 i 0,55). Próby poddano badaniu wytrzymałości na ściskanie po 3, 7, 28, 90 i 180 dniach. Wyniki badań wykazały, że modyfikacja kompozytów cementowych nanokrzemionką prowadzi do wzrostu ich wytrzymałości na ściskanie w porównaniu do wzorcowych, niemodyfikowanych o takim samym stosunku wodno-spoiwowym. Najwyższą wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach dojrzewania, wynoszącą 60 MPa uzyskano dla zaprawy zawierającej 2,5% nanokrzemionki przy stosunku w/s = 0,45, co stanowiło wzrost tej wytrzymałości w stosunku do zaprawy niemodyfikowanej o 40%. Otrzymane wyniki wskazują, że zastosowanie nanokrzemionki w ilości 2,5% w stosunku do masy spoiwa, w tego rodzaju kompozytach o matrycy cementowej, pozwala uzyskać znaczącą poprawę ich wytrzymałości na ściskanie. Szczególnie zauważalna poprawa była przy niższym stosunku wodno-spoiwowym.

EN

The aim of the study was to evaluate the impact of nanosilica (NS) on the compressive strength of cement matrix composites at different curing periods. Composites with NS additions of 0,5 and 2,5% of the binder mass were analyzed, with two water-to-binder ratios (w/b = 0,45 and 0,55). Compressive strength tests were conducted after 3, 7, 28, 90, and 180 days. The results showed that modifying cementitious composites with nanosilica leads to an increase in their compressive strength compared to reference, unmodified composites with the same water-to-binder ratio. The highest compressive strength after 28 days of curing, reaching 60 MPa, was obtained for the mortar containing 2,5% nanosilica at a w/b ratio of 0,45, representing a 40% increase in strength compared to the unmodified mortar. The obtained results indicate that using nanosilica at a dosage of 2,5% of the binder mass in such cement matrix composites allows for a significant improvement in their compressive strength. This improvement was particularly noticeable at a lower water--to-binder ratio.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt cementowy; zaprawa modyfikowana; nanokrzemionka; skład zaprawy; właściwości mechaniczne; wytrzymałość na ściskanie; nanotechnologia

EN

cement composite; modified mortar; mortar composition; nanosilica; mechanical properties; compressive strength; nanotechnology

• Wydawca: Fundacja Polskiego Związku Inżynierów i Techników Budownictwa
• Czasopismo: Przegląd Budowlany
• Rocznik: 2025
• Tom: R. 96, nr 4
• Strony: 116--119
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Iskra-Kozak Wioleta

• Wydział Budownictwa, Inżynierii Środowiska i Architektury, Politechnika Rzeszowska

• https://orcid.org/0000-0002-6411-2306

Bibliografia

• [1] Opracowanie zbiorowe pod red. Świderskiej-Środy A., Świat nanocząstek, PWN, 2016
• [2] Horszczaruk E., Role of nanosilica in formation of the properties of cement concretes and mortars, Dni Betonu, 2018
• [3] Horszczaruk E., Role of nanosilica in the formation of the properties of cement composites, state of the art, Cement Lime Concrete 6/2018, str. 487-495, doi:10.32047/CWB.2018.23.6.6
• [4] Dębińska E., Wpływ nanokrzemionki na parametry mechaniczne kamienia cementowego, Nafta i Gaz 4/2014, str. 229-235
• [5] Jankiewicz B. J., Choma J., Jamiola D., Jaroniec M., Nanostruktury krzemionkowo-metaliczne, Wiadomości Chemiczne 64, 2010, str. 11-12
• [6] Johna E., Matscheib T., Stephan D., Nucleation seeding with calcium silicate hydrate – a review, Cement and Concrete Research 113, 2018, str. 74-85, doi:10.1016/j.cemconres.2018.07.003
• [7] Lu Z., Hanif A., Ning C., Shao H., Yin R., Steric stabilization of graphene oxide in alkaline cementitious solutions: Mechanical enhancement of cement composite, Materials and Design 127, 2017, str. 154-161, doi: 10.1016/j.matdes.2017.04.083
• [8] Qian Y., De Schutter G., Enhancing thixotropy of fresh cement pastes with nanoclay in presence of polycarboxylate ether superplasticizer [PCE], Cement and Concrete Research 111, 2018, str. 15-22, doi:10.1016/j.cemconres.2018.06.013
• [9] Liu X., Feng P., Shu X., Ran Q., Effects of highly dispersed nano-SiO2 on the microstructure development of cement pastes, Matererials and Structures 4, 53(1), 2019, doi:10.1617/s11527-019-1431-0
• [10] Feng P., Chang H., Liu X., Ye S., Shu X., Ran Q., The significance of dispersion of nano-SiO2 on early age hydration of cement pastes, Materials and Design, 186, 2020, doi:10.1016/j.matdes.2019.108320
• [11] Rostami M. R., Abbassi-Sourki F., Bouhendi H., Synergistic effect of branched polymer/nano silica on the microstructures of cement paste and their rheological behaviors, Construcion Building Materials 201, 2019, str. 159-170, doi:10.1016/j.conbuildmat.2018.12.103
• [12] The global market for metal oxide nanoparticles to 2020, Future Markets, Inc., Technology report 75, 2013
• [13] Gopinath S., Mouli P. Ch., Murthy A. R., Iyers N. R., Maheswaran S. Effect of nano silica on mechanical properties and durability of normal strength concrete, Archives of Civil Engineering 58, 4, 2012, str. 433-444, doi:10.2478/v.10169-012-0023-y
• [14] Wang L., Zheng D., Zhang S., Ciu H., Li D., Effect of Nano-SiO2 on the Hydration and Microstructure of Portland Cement, Nanomaterials 6(12)2016, str. 241, doi:10.3390/nano6120241
• [15] Li H., Xiao H., Ou J., A study on mechanical and pressure-sensitive properties of cement mortar with nanophase materials, Cement and Concrete Research 34, str. 435-438, 2004, doi:10.1016/j.cemconres.2003.08.025
• [16] Li H., Xiao H., Ou J. et al., Microstructure of cement mortar with nanoparticles. Composites: Part B, 35, 2004, str. 185-189, doi:10.1016/S1359-8368(03)00052-0
• [17] Horszczaruk E., Mijowska E., Cendrowski K., Mijowska S., Sikora P., Effect of incorporation route on dispersion of mesoporous silica nanospheres in cement mortar, Construction and Building Materials 66, 2014, str. 418-421, doi:10.1016/j.conbuildmat.2014.05.061
• [18] Li G., Properties of high-volume fly ash concrete incorporating nano-SiO2, Cement and Concrete Research, 34, 2004, str. 1043-1049, doi:10.1016/j.cemconres.2003.11.013
• [19] Zhang P., Zhao Y-N., Li Q-F., Zhang T-H., Wang P., Mechanical properties of fly ash concrete composite reinforced with nano-SiO2 and steel fiber, Current Science, 106, 11, 2014, str. 1529-1537
• [20] Wang B., Influence of nano-SiO2 on the strength of high performance concrete, Materials Science Forum 686, 2011, str. 432-437
• [21] Salemi N., Behfarnia K., Effect of nano-particles on durability of fiber reinforced concrete pavement, Construction Building Materials 48, 2003, str. 934-941, doi:10.1016/j.conbuildmat.2013.07.037
• [22] Jalal M., Pouladkhan A., Harandi O.F., Jafari D., Comparative study on effects of Class F fly ash, nano silica and silica fume on properties of high performance self compacting concrete, Construction Building Materials 94, 2015, str. 90-104, doi:10.1016/j.conbuildmat.2015.07.001
• [23] Abdellahi M., Karafshani M. K., Rizi A. S., Modeling effect of SiO2 nanoparticles on the mechanical properties of the concretes, Journal of Building Pathology and Rehabilitation 2, 8, 2017, doi:10.1007/s41024-017-0027-8
• [24] Heidari A., Tavakoli D., A study of the mechanical properties of ground ceramic powder concrete incorporating nano-SiO2 particles, Construction Building Materials 58, 2013, str. 255-264, doi:10.1016/j.conbuildmat.2012.07.110
• [25] PN-EN 197-1:2012: Cement – Część 1: Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące cementów powszechnego użytku
• [26] PN-EN 1008:2004: Woda zarobowa do betonu. Specyfikacja pobierania próbek, badanie i ocena przydatności wody zarobowej do betonu, w tym wody odzyskanej z procesów produkcji
• [27] PN-EN 12620+A1:2010: Kruszywa do betonu
• [28] PN-EN 934-2+A1:2012: Domieszki do betonu, zaprawy i zaczynu – Część 2: Domieszki do betonu – Definicje, wymagania, zgodność, oznakowanie i etykietowanie
• [29] PN-EN 196-1:2016: Metody badania cementu – Część 1: Oznaczanie wytrzymałości
• [30] PN-EN 1015-11:2020: Metody badań zapraw do murów – Część 11: Określenie wytrzymałości na zginanie i ściskanie stwardniałej zaprawy