Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Płuczka wiertnicza na osnowie polimerów syntetycznych z dodatkiem nanomateriałów dostosowana do warunków otworowych

Zima Grzegorz, Jasiński Bartłomiej, Uliasz Małgorzata, Błaż Sławomir

Nafta-Gaz

|

2023

|

R. 79, nr 3

157--170

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań nad zastosowaniem poli-merów syntetycznych zbudowanych z merów winylowoamidowych, winylowosulfonowych, akrylowosulfonowych lub bezwodnika maleinowego do regulowania filtracji płuczek wiertniczych. Płuczki te zawierały w swoim składzie koloid ochronny typu skrobiowego, biopolimer, nanokrzemionkę hydrofobową dyspergowaną za pomocą sonifikatora w wodnym roztworze środków powierzchniowo czynnych oraz jonowy inhibitor hydratacji skał (KCl) i blokator węglanowy celem wytworzenia osadu filtracyjnego. Na podstawie przeprowadzonych badań z wykorzystaniem nowych środków syntetycznych dokonano ich doboru do regulowania filtracji oraz parametrów reologicznych płuczek wiertniczych w różnych warunkach geologicznych. Badania przeprowadzono dla płuczek o różnym stopniu zmineralizowania, przy różnej zawartości fazy stałej. Wykonano również badania właściwości smarnych i inhibicyjnych płuczek. Na podstawie uzyskanych wyników zaproponowano składy płuczek charakteryzujące się niską filtracją w warunkach HPHT. Przeprowadzono pomiary statycznej filtracji HPHT na standardowych sączkach do pomiaru filtracji oraz w temperaturach 60°C i 120°C. Filtrację przy użyciu aparatu Grace M2200 HPHT wykonano na rdzeniach o porowatości 20 µm. W celu odtworzenia warunków otworowych do płuczek dodawano zwierciny (zmielony łupek mioceński) i skażenia chemiczne w postaci chlorków wapnia i magnezu. Wyniki pomiarów na aparacie Grace M2200 HPHT podane w artykule zostały przeliczone na podstawie stosunku po- wierzchni filtracji w celu porównania ze statyczną filtracją HPHT. Uzyskane wyniki badań mogą znaleźć zastosowanie w warunkach przemysłowych podczas głębokich wierceń oraz pozyskiwania energii geotermalnej.

EN

The article presents the results of research on the use of synthetic polymers made of vinylamide, vinylsulfonic, acryl-sulfonic or maleic anhydride to regulate the filtration of drilling fluids. These muds contained a starch-type colloid, a biopolymer, hydrophobic nanosilica dispersed using a sonificator in an aqueous solution of surfactants, as well as an ionic rock hydration inhibitor (KCl) and a carbonate blocker to produce a filter cake. Based on the research carried out with the use of new synthetic agents, their selection was made for regulating the filtration and rheological parameters of drilling fluids under various geological conditions. The tests were carried out for muds of various mineralization levels, with different solids content. The lubricating and inhibitory properties of the muds were also tested. On the basis of the obtained results, the drilling fluids compositions with low HPHT filtration were proposed. Static HPHT filtration measurements were performed on standard filters for filtration measurement and at a temperature of 60 and 120°C. Filtration using a Grace M2200 HPHT apparatus was performed on cores with a porosity of 20 µm. In order to restore the borehole conditions, drill cuttings (ground Miocene shale) and chemical contamination in the form of calcium and magnesium chlorides were added to the muds. The results of the measurements made using the Grace M2200 HPHT apparatus given in the article were converted from the filtration area ratio for comparison with the static HPHT filtration. The obtained research results can be used in industrial conditions during deep drilling and the acquisition of geothermal energy.

2

Effect of nanosilica stabilisation on the bearing capacity under undrained conditions

Tankiewicz Matylda, Mońka Jakub, Zięba Zofia

Archives of Civil Engineering

|

2023

|

Vol. 69, nr 3

269--284

EN

Due to the increasing necessity of building on soils with insufficient bearing capacity, the development of methods for soil improvement is an important geotechnical engineering issue. One of the innovative methods of soil stabilisation is the use of nano-additives. The paper presents the influence of nanosilica on the bearing capacity under the footing under undrained conditions. For this purpose, a simple and quick unconfined compression test was used to evaluate the undrained shear strength of selected silty soil. Tests were conducted for soil without additives and with nanosilica contents of 1, 3 and 5%. All samples were compacted to the maximum dry density in a Proctor apparatus, and strength tests were conducted after 7 days of curing. The results clearly show an increase in undrained shear strength with increasing nanosilica content. Based on these data, a parametric analysis of the bearing capacity under the strip footing was performed for 4 variants of nanosilica content and for 9 loading cases. Thus, the impact of stabilisation in a practical engineering issue was presented. For all load cases the optimal dimensions of the foundation were determined. In addition, for the selected case, calculations were made for a fixed foundation dimension. All computations were performed in accordance with Eurocode 7 with GEO5 software.

PL

Ze względu na coraz powszechniejszą konieczność posadowienia obiektów na gruntach o niewystarczającej nośności, rozwój metod ulepszania i stabilizacji podłoża gruntowego jest aktualnym wyzwaniem inżynierii geotechnicznej. Jedną z innowacyjnych metod stabilizacji gruntu jest wykorzystanie nanododatków jako materiału stabilizującego. Zaletami tego rozwiązania są mniejsza ilość dodatku wymagana do uzyskania określonej poprawy właściwości mechanicznych gruntu względem tradycyjnych metod oraz mniejszy negatywny wpływ na środowisko. W kontekście ulepszenia podłoża gruntowego nanododatkami wybór nanokrzemionki (nano SiO2) stanowi optymalne rozwiązanie z punktu widzenia skuteczności i kosztów. W pracy przedstawiono wpływ zawartości nanokrzemionki na nośność podłoża pod ławą fundamentową w warunkach bez odpływu. W praktyce warunki te występują przede wszystkim w sytuacjach przejściowych, gdy następuje szybki przyrost obciążeń. W pierwszej kolejności wykonano badania laboratoryjne mające na celu określenie parametrów wytrzymałości wybranego gruntu bez dodatku oraz stabilizowanego nanokrzemionką. W tym celu wykorzystano prosty i szybki test jednoosiowego ściskania pozwalający na ocenę wytrzymałości gruntu w warunkach bez odpływu. Badania laboratoryjne wykonano dla wybranego gruntu pylastego. Testy przeprowadzono dla czystego materiału gruntowego oraz z dodatkiem nanokrzemionki 1, 3 i 5%. Wszystkie próbki zostały zagęszczone do maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego w aparacie Proctora a testy wytrzymałościowe przeprowadzono po 7 dniach dojrzewania próbek. Badania wykazały średni wzrost wytrzymałości na ścinanie bez odpływu Cu odpowiednio o 18.1%, 54.9% i 76.0% w porównaniu do gruntu bez dodatku. Zaobserwowano również znaczny wzrost modułu siecznego Eu50 tj. odpowiednio 29.7%, 111.0% i 120.1%. W przypadku wytrzymałości stwierdzono liniową zależność wytrzymałości od zawartości nanokrzemionki. Dla sztywności ta zależność była inna, jednak ze względu na duży rozrzut wyników nie można było sformułować jednoznacznych wniosków. Otrzymane dane znacznie odbiegają od tych prezentowanych w literaturze dla podobnych typów gruntów i zawartości nanokrzemionki, co prawdopodobnie spowodowane jest innymi czynnikami wpływającymi na wyniki badań.

3

Comparative analysis of natural nanosilica versus commercial nanosilica on compressive strength and durability of high-performance concrete

Tjahjani A.R. Indra, Fulazzaky Mohamad Ali, Jonbi Jonbi, Tinumbia Nuryani, Meutia Wita, Suraedi Daral, Ranna Prima

Archives of Civil Engineering

|

2023

|

Vol. 69, nr 3

49--63

EN

This study provides a comparative analysis of natural nanosilica (NSn), which is an extract of natural silica sand processed into nanosilica with commercial nanosilica (NSc) derived from semiconductor industrial waste, in 80 MPa high performance concrete (HPC). The percentage of using nanosilica is (3%, 5%, 10%, 15%) by weight of cement used directly and combined with 5% silica fume. Analysis was carried out through compressive strength test, durability through permeability test, rapid chloride penetration test (RCPT), and microstructure test through scanning electron microscopy (SEM). The results of the analysis show that natural nanosilica is equivalent to commercial nanosilica, in applications it is better to use silica fume incorporation. The optimum percentage of using NSn10% and (SF) 5%, while 5% NSc and 5% SF, in these proportions shows the best compressive strength and durability. It’s just that the use of natural nanosilika is 5% more than commercial nanosilika. The benefit of this research is that natural materials such as silica sand with high SiO2 content, can be processed into nanosilica as an advanced material, which can be used as an eco-friendly construction material.

4

Evaluating the impact of nano‑silica on characteristics of self‑compacting geopolymer concrete with waste tire steel fiber

Althoey Fadi, Zaid Osama, Alsharari Fahad, Yosri Ahmed. M., Isleem Haytham F.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2023

|

Vol. 23, no. 1

art. no. e48, 2023

EN

The demand for cement-free concrete is increasing worldwide to make the construction industry closer to being sustainable. The current research’s main objective was to develop self-compacting fiber-reinforced geopolymer concrete using waste/recycled materials. Steel wire from an old discarded tire was cut to make steel fibers. Wheat straw ash, an agricultural waste material, was utilized as the primary binder, and alkali-activated solutions were used as the precursors. Further, nano-silica (NS) was added from 0.5 to 3.0%, and waste tire steel fibers (WTSF) were added from 1 to 3.5% by binder content in different mixes. To evaluate the characteristics of different concrete, tests were performed, such as compressive, split tensile, and flexural strength for mechanical properties and sorptivity, rapid chloride penetration (RCP), and drying shrinkage tests for durability properties. It was noted that at 2.5% NS and 3.0% WTSF, the strength increases as 71.5, 6.5, and 8.2 MPa strength was achieved at 90 days for compressive, split tensile and flexural strength. For the RCP test, all samples were categorized as “low” in electrical conductance, micro-strains for drying shrinkage all came in an acceptable range for all samples, and sorptivity values were higher in earlier curing phases than in later phases of concrete. To understand the phase analysis of concrete, x-ray diffraction (XRD) analysis was performed, and it was revealed that the M5 mix (2.5% NS + 3.0% WTSF) had the highest peaks of C-S-H, N-A-S-H, and C-A-S-H, which demonstrates the densified microstructure of concrete with addition of nano-silica.

5

The effects of Nano SiO2 and Silica Fume on the properties of concrete

Tran Huu-Bang, Phan Vu To-Anh

Archives of Civil Engineering

|

2022

|

Vol. 68, nr 2

391-407

EN

This study investigates the effects of Nano SiO2 (NS) and Silica fume (SF) on the mechanical properties and durability of Portland cement concrete. On specimens with varying NS and SF concentrations, compressive strength, flexural strength, abrasion resistance, elastic modulus, and chloride ion penetration were all tested. All specimens were subjected to the proposed method/technique cured at the ages of 3, 7, 28, and 60 days. NS particles were added to cement concrete at various replacements of 0, 0.5, 1.0, 1.5, and 2.0% by the mass of the binder. The water/binder ratio has remained at 0.37 for all mixes. Then, for cement-concrete were prepared 45 MPa (C45) with NS and SF. The specimens confirm the new method effectiveness evaluation were prepared under two different categories: (1) Portland cement replacement with NS of 0%, 0.5%, 1.0%, 1.5%, and 2.0%, by weight for adhesives; (2) Portland cement replacement with NS of 0.5%, 1.0% and each NS content in combination with SF of 5%, 10%, and 15%, respectively, by weight for adhesives. The results indicated that the abrasion resistance and Chloride ion penetration of concrete containing NS and SF are improved. Finally, an analytical model for forecasting the Elastic modulus, flexural strength, and compressive strength of cement concrete was established from obtained data.

6

Performance and microstructure analysis of high‑strength concrete incorporated with nanoparticles subjected to high temperatures and actual fires

Tobbala D. E., Rashed A. S., Tayeh Bassam A., Ahmed Tamer I.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2022

|

Vol. 22, no. 2

art. no. e85, 1--9

EN

Currently, nanoparticles are used as admixtures to reduce the thermal deterioration of concrete after exposure to fire. How-ever, the influence of high temperature on high-strength concrete (HSC) containing silica fume and nanoparticles has not been investigated well. In this study, various HSC mixes incorporated with 1%, 2%, 3% and 4% nanosilica (NS) or 1% and 2% nanoferrite (NF) were prepared to produce HSC with high enduring strength after being subjected to high temperatures of up to 800 °C and actual fires. The specimens were assessed via scanning electron microscopy, compression and splitting tensile tests, modulus of elasticity test, and water permeability coefficient analysis. Results showed that using NS and NF percentages of up to 3% and 2%, respectively, in HSC improved the mechanical properties and water permeability coefficient at elevated temperatures. The compressive strength of the heated specimens with 3% NS was better than those with 2% NF at temperatures 200°C 800°C. With regard to the microstructure feature, the results confirmed that NS acted as an adequate filling material, which produced a condensed microstructure with extra compressed hydration outputs. This may be associated to higher pozzolanic reaction of NS with high distribution that formed additional calcium silicate hydrate gel. The specimens with 3% NS had no cracks until the temperature of 800°C, but their porosity increased slightly.

7

Analyzing mechanical behavior of ABS-SiO2 polymer-based nanocomposite based on ANOVA method

Afzali Mohammad, Asghari Vahid

Composites Theory and Practice

|

2021

|

R. 21, nr 3

61--69

EN

The fabrication of polymer-based nanocomposites by means of twin extruders is a typical method for manufacturing lightweight and high-strength structures. However, selection of the optimal parameters for this process to study the material characteristics is important. The primary aim of the present study was to ascertain the optimum extruder temperature and nanosilica content in an acrylonitrile-butadiene-styrene matrix composite. The response surface methodology was based on two factors and three levels. The identification of the effect of the parameters on the fatigue behavior of the fabricated composite was comprehensively analyzed. The results were analyzed using scanning electron microscopy (SEM). The obtained results revealed that up to 4% nano-SiO2 improves tensile strength and reduces the impact toughness. On the other hand, an increase in the extrusion temperature yields a higher impact toughness and lower tensile strength. The optimization results showed that 2.5% nanosilica and the extrusion temperature of 225°C result in the maximum tensile strength of 41 MPa, and impact toughness of 30 KJ/m2.

8

Wpływ nanokrzemionki na czas wiązania, wytrzymałość wczesną i hydratację kompozytu kopolimer styren-butadien/cement

Wang Ru, Xi Ziyan, Wang Gaoyong

Cement Wapno Beton

|

2021

|

R. 26, nr 3

204--217

PL

Materiały z cementu modyfikowanego kopolimerem styren-butadien [KSB] są szeroko stosowane, ale dodatek KSB może opóźnić wiązanie i twardnienie cementu, co ogranicza jego zastosowanie w niektórych przypadkach. W niniejszej pracy wybrano nanokrzemionkę jako składnik modyfikujący w celu omówienia jej wpływu na wczesną hydratację, wiązanie i twardnienie kompozytowego materiału cementowego KSB/cement. Mierząc czas wiązania i wytrzymałość wczesną kompozytowego materiału cementowego KSB/cement modyfikowanego nanokrzemionką, przeanalizowano wpływ nanokrzemionki na proces wiązania i twardnienia kompozytowego materiału cementowego. Ciepło hydratacji kompozytowego materiału cementowego KSB/cement modyfikowanego nanokrzemionką wyznaczono metodą kalorymetrii izotermicznej. Produkty hydratacji zbadano metodą dyfrakcji rentgenowskiej, co pozwoliło na analizę wpływu nanokrzemionki na wczesny proces hydratacji kompozytowego materiału cementowego. Wyniki badań wykazują, że dodatek nanokrzemionki może przyspieszać proces wiązania i twardnienia kompozytowego materiału cementowego, a im większa jest jej dawka, tym efekt ten jest wyraźniejszy. Dodatek nanokrzemionki przyspiesza tworzenie się ettringitu i wodorotlenku wapnia poprzez wpływ na hydratację glinianu trójwapniowego i krzemianu trójwapniowego – skraca okres indukcji i czas trwania głównego efektu termicznego, to jest przyspiesza proces hydratacji, a tym samym skraca czas wiązania i zwiększa wytrzymałość wczesną.

EN

Styrene-butadiene copolymer [SB] modified cement-based materials are widely used, but the addition of SB can delay the setting and hardening of cement, which limits its application in some projects. In this paper, nanosilica was selected as the modifying component to study its influence on the early hydration, setting and hardening of SB/cement composite material. By measuring the setting time and early strength of nanosilica modified SB/cement composite material, the influence of nanosilica on the setting and hardening process of composite cementitious material was analyzed. The hydration heat of nanosilica modified SB/cement composite material was determined by isothermal calorimetry, and its hydration products were examined by X-ray diffraction, so as to analyze the influence of nanosilica on the early hydration process of composite cementitious material. The results show that the addition of nanosilica can effectively promote the setting and hardening process of composite cementitious material, and the higher the dosage is, the more significant the effect is. It also indicates that addition of nanosilica accelerates the formation of ettringite and calcium hydroxide, by promoting the hydration of tricalcium aluminate and tricalcium silicate. Shortens the hydration induction period and acceleration period of the composite cementitious material and accelerates the hydration process, thereby shortening the setting time and increasing the early strength.

9

Rola nanokrzemionki w betonie zawierającym kruszywo hematytowe i magnetytowe oraz węglik boru jako osłony przed promieniowaniem gamma

Safamehr Majid, Izadinia Mohsen, Hashemi Seyed Hamid, Koohestani Saeideh

Cement Wapno Beton

|

2021

|

R. 26, nr 3

218--232

PL

W artykule opisano wyniki badań dwóch betonów ciężkich, pierwszy zawierający kruszywo hematytowe i drugi magnetytowe. Węglik boru wprowadzono jako zamiennik cementu w ilościach 2,5; 5 i 10% masowych. Następnie w tych mieszankach ilość cementu zmniejszono o 5% i zastąpiono nanokrzemionką. Zbadano także właściwości betonu: wytrzymałość na ściskanie, szybkość przejścia fali ultradźwiękowej i gęstość, a także napromieniowano próbki kobaltem 60, w celu określenia współczynnika tłumienia liniowego. Zastosowanie kruszyw zawierających tlenek żelaza, a zwłaszcza magnetyt, było korzystne dla wszystkich wymienionych właściwości, natomiast odwrotnie było w przypadku dodania do mieszanki węglika boru. Dodatek nanokrzemionki skompensował spadek wytrzymałości betonu na ściskanie spowodowany dodatkiem węglika boru, ale zmniejszył współczynnik tłumienia liniowego o około 4%. Jednak właściwości mieszanek zawierających węglik boru i nanokrzemionkę były zawsze lepsze niż w przypadku betonów zwykłych. W celu określenia współczynnika tłumienia liniowego przeprowadzono symulacje Monte Carlo, których wyniki okazały się zgodne z wynikami uzyskanymi w trakcie badań doświadczalnych.

EN

Two families of heavy concrete were investigated in this project, the first containing hematite and the second magnetite aggregates. Boron carbide also replaced cement in mass of 2.5, 5 and 10%. Once again, in these compounds the content of cement was reduced by 5% and replaced by nanosilica. Such parameters as compressive strength, ultrasonic pulse velocity and density were investigated, and the specimens were irradiated with cobalt 60, to quantify the linear attenuation coefficient. Using iron ore aggregate, especially magnetite, was advantageous for all the above-mentioned parameters, while the opposite was true, when boron carbide was added to the mix. The addition of nanosilica compensated the decrease in compressive strength of concrete due to the presence of boron carbide, but reduced the linear attenuation coefficient by about 4%. However, the properties of the mixes containing boron carbide and nanosilica, were always better than those of conventional concretes. To quantify the linear attenuation coefficient, Monte Carlo simulations were performed, and their results turned out to be in good agreement with those obtained by the experimental measurements.

10

Antibacterial Fibers Containing Nanosilica with Immobilized Silver Nanoparticles

Smiechowicz Emilia, Niekraszewicz Barbara, Strzelinska Marta, Zielecka Maria

Autex Research Journal

|

2020

|

Vol. 20, no. 4

441--448

EN

The main aim of the presented research was to obtain antibacterial fibers containing nanosilica with immobilized silver nanoparticles. The nanomodifier in an amount of 250 ppm, 500 ppm, 1,000 ppm, and 2,000 ppm were introduced into the cellulose fiber matrix during the cellulose dissolution process. In order to assess the influence of the nanomodifier's amount in the fiber on the antibacterial activity of modified fiber, a quantitative test of the antibacterial activity of the fibers was performed. The basic parameters of modified fibers, such as the mechanical and hygroscopic, were estimated. The size and shape of the nanomodifier in the selected fibers, as well as microanalysis of the polymer matrix, were examined. The investigations were conducted by Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM), and Energy Dispersive Spectrometry (EDS). The obtained results allowed the selection of optimal fibers with strong antibacterial properties that can be potentially used for personal protection or medical purposes.

11

Influence of different types of nanosilica on compressive strength development of cement matrix composites

Popławski J., Lelusz M.

Archives of Civil Engineering

|

2020

|

Vol. 66, nr 4

169--181

EN

This article presents test results of cement paste and binders with admixture of hydrophilic or hydrophobic nanosilica. The aim of the study was to determine the influence of nanosilica type and mixing method on compressive strength, porosity, and bulk density of cement paste, also on hydration heat of cement binders. The binder compounds were mixed in high speed mixer in order to provide the highest possible dispersion of nanoparticles in the binder before adding it to mixing water. Two mixing methods were studied. The admixtures increased the reactivity of cement binders. Both nanosilica types increased early compressive strength by 25% in comparison with control series. The increase in 28-day compressive strength was observed with the admixture of hydrophilic nanosilica. The differences in dynamics of binders rate of hydration and development of cement pastes compressive strength denote different reaction mechanisms of both types of nanosilica. Application of higher rotation speeds does not guarantee satisfactory mixing of the binder components. For compressive strength enhancement of cement paste prolonged mixing time occurred to be more important.

PL

Osiągnięcia nanotechnologii znalazły zastosowanie w szeregu gałęzi przemysłu. Wraz z rozwojem instrumentów naukowych stają się one również możliwe do wdrożenia w branży budowalnej, a zastosowanie nanodrobin w formie domieszek do betonu jest przykładem tego typu prób. W tym kontekście duże zainteresowanie wzbudza nanokrzemionka. Jest to materiał składający się z nanodrobin amorficznej krzemionki o dużej powierzchni właściwej i dużej czystości chemicznej. Dzięki intensywnej reakcji pucolanowej oraz zarodkowaniu reakcji hydratacji cementu sprzyja wytworzeniu zwartej struktury matrycy cementowej, co może przełożyć się na bardzo dobre parametry mechaniczne i wydłużoną trwałość kompozytu cementowego. Problemem przy stosowaniu nanodomieszek jest zapewnienie ich jednorodnego rozprowadzenia w mieszance i stwardniałym kompozycie. W celu znalezienia satysfakcjonującego rozwiązania tego problemu badane są różne rodzaje nanokrzemionki oraz różne procedury jej mieszania ze składnikami mieszanki. W artykule przedstawiono wyniki badań zaczynów i spoiw cementowych z domieszką nanokrzemionek hydrofilowej i hydrofobowej. Celem badań była ocena wpływu rodzaju nanokrzemionki oraz sposobu mieszania składników na rozwój wytrzymałości na ściskanie, porowatość kapilarną i gęstość zaczynów oraz rozwój ciepła hydratacji spoiw cementowych. Zawartość domieszek w spoiwach wynosiła 0%, 1% lub 2% masy spoiwa. Składniki spoiw cementowych zostały wymieszane w mieszarce wysokoobrotowej w celu zapewnienia możliwie jednorodnego rozprowadzenia nanodomieszek w spoiwie przed dodaniem spoiwa do wody zarobowej. Wykonano 10 serii spoiw: 5 spoiw wymieszanych I metodą mieszania (wykorzystującą dwie prędkości obrotowe mieszarki) oraz identycznych składów 5 spoiw wymieszanych II metodą mieszania (wykorzystującą jedną niższą prędkość urządzenia, ale z dłuższym etapem mieszania).

12

Experimental study on mechanical properties of nano-modified cement paste

Wang Zhi, Qin Wenjing, Zhang Lijuan

Archives of Civil Engineering

|

2020

|

Vol. 66, nr 3

253--263

EN

The mechanical properties of cement paste modified by nano-TiO2 (nT) and nano-SiO2 (nS) were experimentally studied. The compressive strength increased first and then decreased with the increase of nanoparticle content. When nanoparticles were added into the cement paste as a filler to improve the microstructure, the two kinds of particles both could form a tighter mesh structure, which would enhance the density and strength of the structure. The elastic modulus increased rapidly with the increase of the nT content and reached a peak when the nanoparticle content is about 3%, which was about twice the elastic modulus of ordinary cement paste. The Scanning electron microscopy (SEM) observation results showed that the microstructure of cement was network connection and fiber tube. The hydration progress of ordinary cement slurry was insufficient, and many unreacted cement particles remained. With the addition of nanoparticles, the internal structure of the cement became denser, with fewer pore cracks, smaller pore diameters, more complex fiber tube arrangements, and significant anisotropy, thereby improving strength and mechanical properties.

13

Properties of cement mortars modified with commercial nanosilica

Horszczaruk Elżbieta

Structure and Environment

|

2019

|

Vol. 11, no. 4

247--255

EN

Nanosilica as a commercial product dedicated to construction remains a relatively expensive chemical admixture for concrete and cement mortars. Economic considerations are a major barrier to the industrial use of nanosilica in the building materials industry. With respect to nanosilica, the following have been confirmed: accelerating the effect of C3S hydration, accelerated C-S-H gel formation, modification of the mixture viscosity, improvement of cement matrix tightness, also at high temperature. The efficiency of nanosilica depends on its even distribution in the composite, therefore disagglomeration is necessary for the proper design of mortar or concrete. The article presents the results of tests on cement mortars modified with different amounts of colloidal nanosilica. It is an nano-SiO2 admixture in the form of an aqueous dispersion containing up to 50% pure nanosilica, which is produced on an industrial scale as an admixture for concrete and cement mortars. Dispersions of nanosilica in composite using ultrasound were used. The possibilities of using nanosilica as an admixture improving the early strength of cement composites were pointed out.

PL

Nanokrzemionka jako produkt komercyjny dedykowany dla budownictwa pozostaje nadal stosunkowo drogą domieszką chemiczną do betonów i zapraw cementowych. Względy ekonomiczne są główną barierą w przemysłowym zastosowaniu nanokrzemionki w przemyśle materiałów budowlanych. W odniesieniu do nanokrzemionki potwierdzono: przyspieszające działanie na hydratację C3S, przyspieszone tworzenia się żelu C-S-H, modyfikację lepkości mieszanki, poprawę szczelności matrycy cementowej, także w warunkach wysokiej temperatury. Wydajność nanokrzemionki zależy od jej równomiernego rozmieszczenia w kompozycie, dlatego dezaglomeracja jest niezbędna do prawidłowego zaprojektowania zaprawy lub betonu. W artykule przedstawiono wyniki badań zapraw cementowych modyfikowanych różną ilością nanokrzemionki koloidalnej. Jest to domieszka nano-SiO2 w postaci wodnej dyspersji zawierającej do 50% czystej nanokrzemionki, która produkowana jest na skalę przemysłową jako domieszka do betonów i zapraw cementowych. W badaniach zastosowano dyspersję nanokrzemionki w kompozycie z wykorzystaniem ultradźwięków. Wskazano na możliwości zastosowania nanokrzemionki jako domieszki poprawiającej wczesną wytrzymałość kompozytów cementowych.

14

Zaczyny cementowe z dodatkiem nanokomponentów do uszczelniania kolumn rur okładzinowych w otworach wiertniczych o głębokości końcowej około 1000–2000 metrów

Rzepka Marcin, Kędzierski Miłosz

Nafta-Gaz

|

2019

|

R. 75, nr 11

674--682

PL

Tak jak w każdej dziedzinie nauki, tak również w wiertnictwie konieczne jest stałe dążenie do tworzenia nowych, zmodernizowanych produktów. Dlatego też zarówno na świecie, jak i w Polsce trwają nieprzerwanie badania mające na celu uzyskanie trwalszych, szczelniejszych czy też bardziej ekologicznych materiałów wiążących. Coraz częściej poszukiwane są innowacyjne rozwiązania, które pozwolą na otrzymywanie jak najwyższej klasy produktów wiążących. Ostatnio synonimem rozwoju i postępu stała się nanotechnologia – dynamicznie rozwijający się dział nauki zajmujący się zarówno projektowaniem, tworzeniem, jak i badaniem struktur o wielkości rzędu nanometrów (miliardowych części metra). Kamień cementowy utworzony jest m.in. z małych ziaren uwodnionych krzemianów wapnia i dużych kryształków uwodnionych produktów hydratacji, między którymi znajdują się przestrzenie porowe. Jest to miejsce, w którym mogą się z powodzeniem upakować drobne ziarenka nanocząsteczek, powodując zmniejszenie porowatości i przepuszczalności matrycy cementowej. W artykule zamieszczono wyniki badań przykładowych receptur zaczynów cementowych (zawierających od 0,5% do 1% nanokrzemionki) przeznaczonych do uszczelniania kolumn rur okładzinowych w otworach wiertniczych o głębokości końcowej około 1000–2000 metrów. Receptury zaczynów opracowano w INiG – PIB. Zaczyny posiadały gęstość około 1870 kg/m3 , a ich czasy gęstnienia dobrano odpowiednio do danych warunków geologiczno-technicznych. Próbki kamieni cementowych uzyskane z zaczynów z nanokomponentami cechowały się bardzo niską (jedynie około 2%) zawartością porów kapilarnych. Pory o najmniejszych rozmiarach (poniżej 100 nm) stanowiły zdecydowaną większość (powyżej 95%) ogólnej ilości porów występujących w matrycy cementowej, co świadczy o bardzo niskiej przepuszczalności dla medium złożowego. Wczesne wytrzymałości na ściskanie wynoszące 3,5 MPa (na podstawie badania na ultrasonograficznym analizatorze cementu) zaczyny uzyskiwały po czasach od około 7½ godziny do 14 godzin. Po tym okresie kamień cementowy jest na tyle mocny, że możliwe jest dalsze prowadzenie prac w otworze. Wytrzymałości na ściskanie kamieni cementowych po 28 dniach hydratacji przyjmowały bardzo wysokie wartości, dochodzące nawet do 38 MPa (wytrzymałości te znacznie przekraczały wyniki uzyskiwane dla zaczynów konwencjonalnych). Przyczepność do rur stalowych po 28 dniach hydratacji była bardzo wysoka i wyniosła około 6 MPa. Potwierdzeniem niezwykle zwartej mikrostruktury próbek z nano-SiO2 mogą być fotografie próbek zaczynów wykonane za pomocą mikroskopii skaningowej. Widać na nich zbitą matrycę cementową o bardzo małej przepuszczalności.

EN

As in every field of science, drilling also requires a constant effort to develop new, modernized products. Both in the world and in Poland research is therefore continually under way to obtain more durable, tighter or more ecological binding materials. Innovative solutions are increasingly being sought to produce the highest quality binding materials possible. Recently, nanotechnology has become a synonym for devel- opment and progress – a dynamically developing branch of science, dealing with both designing, creating and testing nanometer-scale (billionths of a meter) structures. Cement stone is formed, among others, from small grains of hydrated calcium silicates and large crystals of hydrated hydration products between which there are pore spaces. It is a place where fine grains of nanoparticles can be successfully packed, causing a decrease in the porosity and permeability of the cement matrix. The article presents the results of testing cement slurries (containing from 0.5% do 1% of nanosilica) for sealing the casing columns in boreholes with a final depth of about 1000–2000 meters. Laboratory tests of cement slurries were carried out at Oil and Gas Institute – NRI, developing groups of cement slurry recipes with a density of approximately 1870 kg/m3 . Cement slurries had thickening times properly matched to given geological and technical conditions. Pore distribution of cement stone samples with nanoparticles were characterized by a small number of capillary pores (about 2%). Pores of the smallest sizes (below 100 nm), made up a vast majority (over 95%) of the total pores in the cement matrix, which prove their low permeability for reservoir fluids. The early compressive strengths of 3.5 MPa (based on an Ultrasonic Cement Analyzer) where obtained after about 7½ to 14 hours. After this period, the cement stone is strong enough to continue work in the borehole. Compressive strength after 28 days of hydration was very high, reaching even 38 MPa (these strengths were much higher than those obtained for conventional slurries). Adhesion to steel pipes after 28 days of hydration was very high and amounted to about 6 MPa. The extremely compact microstructure of the samples with nano-SiO2 is confirmed by scanning electron microscope images of cement samples. They show a compact cement matrix with very low permeability.

15

Wpływ nanokrzemionki na mrozoodporność zapraw z cementu z dodatkiem popiołu lotnego, dojrzewających w warunkach korozyjnych, w różnych temperaturach

Zhang Yan, Liu Huaqing, Tong Ruiming, Ren Jun

Cement Wapno Beton

|

2019

|

R. 22/84, nr 2

137--153

PL

W Chinach buduje się dużą ilość wież betonowych na liniach do przesyłu bardzo wysokich napięć, z których wiele przecina zamarzające płaskowyże, a betonowy fundament wieży energetycznej narażony jest na zamarzanie i rozmrażanie, co zmniejsza jego wytrzymałość. W pracy badano zaprawy wykonane z cementu, popiołu lotnego i nanokrzemionki, które dojrzewały w roztworze siarczanów i chlorków przez 90 dni. Badano wytrzymałość, odporność na mróz, strukturę porów, strefę przejściową oraz wpływ dodatku nanokrzemionki na te właściwości. Wyniki badań pokazały, że dodatek nanokrzemionki poprawia odporność na mróz, a ten efekt można wyjaśnić poprawą struktury porów i zmniejszeniem porowatości strefy przejściowej z kruszywem. Przechowywanie betonu w roztworze agresywnym siarczanowo-chlorkowym ma niekorzystny wpływ na odporność na mróz, a powstawanie Aft, powodujące ekspansje może powodować powstawanie spękań betonu. Te wyniki uzasadniają ograniczenie wykonywania fundamentów betonowych wież do okresu letniego na zamarzających płaskowyżach, co zapewni ich lepsze właściwości.

EN

In China, a large amount of electric transmission towers has been built across plateau frozen soil, where the foundation concrete serves under freeze-thaw and erosion condition, and consequently, the durability faces the tough challenges. In this study, the mortars were prepared based on cement, fly ash, and nano silica [NS], which were cured in chloride-sulfate solution for 90 days. The compressive strength, freeze-thaw resistance, pore structure, interfacial transition zone, and hydration products was investigated, and the improvement in freeze-thaw resistance by addition of NS was discussed. The results show that addition of NS can improve the freeze-thaw resistance, and increase in curing temperature can also show improvement in freeze-thaw resistance. This effect can be explained by refine the pore structure and densify the microstructure of ITZ with the addition of NS. Furthermore, negative effect on freeze-thaw resistance can be found that being cured under chloride-sulfate condition, the formation of AFt would cause the volume expansion and cracking of concrete. Such results suggest that in the plateau frozen soil, it is better to cast concrete in summer, which would benefit the strength development of concrete and promote the freeze-thaw resistance.

16

The assessment of nanosilica influence on selected cement composites properties with different plasticizers

Popławski J.

Inżynieria Bezpieczeństwa Obiektów Antropogenicznych

|

2018

|

Nr 1-2

19--22

EN

At world-wide production over 30 billion of tones, concrete is one of the most popular construction materials, at the same time the amount of carbon dioxide derived from cement industry is estimated to 5-7% of world annual CO2 emissions. By enhancing concrete’s properties, the application of nanoparticles to cement composites production could diminish the carbon footprint of the industry. Nanosilica is researched with an aim to enhance mechanical properties and durability of concrete. The aim of this study is to assess the influence of nano-silica on compressive strength, density and water absorption of cement paste with an addition of two plasticizers with different chemical base. The consistency of fresh cement paste with plasticizers was measured. The dosage of nano-silica was 1%, 2% or 3% of binder mass. The addition of nano-silica severely reduced the consistency of cement paste. The enhancement of early compressive strength was observable.

17

Właściwości zapraw cementowych z dodatkiem nanokrzemionki i włókien węglowych

Cui X., Zhou D., Wang Y., Han B.

Cement Wapno Beton

|

2018

|

R. 21/83, nr 4

317--332

PL

Do zapraw cementowych dodawano nanokrzemionkę [NS] i włókna węglowe [WW] o różnej długości, oddzielnie i razem, badając ich wpływ na właściwości mechaniczne i przewodność zapraw cementowych. Przeprowadzone doświadczenia wykazały, że dodatek WW o długości 3 mm daje większą wytrzymałość od dodatku WW o długości 6 mm. Dodatek NS zwiększa wytrzymałość zapraw, jak można tego było oczekiwać. Równoczesny dodatek NS i WW zapewnia wyższą wytrzymałość niż ich oddzielny dodatek. Przypuszczalnie jest to wpływ bardziej równomiernego rozproszenia obu domieszek w zaprawie. Oporność elektryczna zapraw maleje z rosnącym dodatkiem WW i jest większa w przypadku włókien o długości 3 mm. NS nie ma na tę właściwość wpływu.

EN

Nano-silica [NS] and carbon fibers [CF] of different lengths were added separately and together to the cement mortars and their influence on mechanical and electrical properties were examined. The experimental results have shown that addition of 3 mm CF gives higher strength of cement mortars than 6 mm CF. NS addition is assuring higher strength, as should be expected. The simultaneous addition of CF and NS causes higher increase of strength than separate addition of these admixtures. Probably it is the influence of more uniformly dispersion of both CF and NS in cement paste. The electrical resistivity of cement mortars decrease with increasing CF content and is higher with 3 mm CF w than with 6 mm CF addition. NS has no influence on the electrical resistivity.

18

Badania wytrzymałości i trwałości zapraw cementowych zawierających nanokrzemionkę oraz kruszywo drobne ze stłuczki szklanej

Skoczylas K., Rucińska T.

Cement Wapno Beton

|

2018

|

R. 21/83, nr 3

206--215

PL

Przeprowadzone badania zapraw cementowych z udziałem nanokrzemionki i drobnoziarnistej stłuczki szklanej pozwoliły ocenić istotne parametry związane z ich wytrzymałością i trwałością, w szczególności w zakresie oddziaływania wody w różnych warunkach środowiska zewnętrznego. W zaprawach, oprócz typowej zaprawy cementowej z udziałem piasku naturalnego, zastosowano drobnoziarniste kruszywo szklane, jako zamiennik piasku naturalnego w ilości 50% i 100% jego objętości, oraz nanokrzemionkę w ilości 0%, 1% i 3% w odniesieniu do masy cementu. Oceniono także wpływ nanokrzemionki na ciepło hydratacji i całkowite ciepło hydratacji zaczynu cementowego.

EN

Conducted research on cement mortars with the inclusion of nanosilica and fine waste glass cullets evaluated the relevant parameters related to their strength and durability, in particular in terms of water impact in various external environments. In addition to an ordinary cement mortar with the natural sand, fine-grained glass aggregate was used as a substitute for natural sand in the amount of 50% and 100% of its volume, and nanosilica in the amount of 0%, 1% and 3% by weight cement mass. The influence of nanosilica on the heat of hydration and the total heat of hydration of cement paste was also evaluated.

19

Analiza wpływu nanomateriałów na właściwości osadu filtracyjnego

Zima G.

Nafta-Gaz

|

2017

|

R. 73, nr 5

312--320

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań nad doborem stężenia nanokrzemionki hydrofobowej oraz innych składników do płuczki wiertniczej, zapewniających uzyskanie stabilnych parametrów reologicznych i niskiej filtracji w warunkach otworopodobnych. Opisano badania nad określeniem wpływu dodatku nanokrzemionki i mikrokrzemionki oraz środków powierzchniowo czynnych na parametry reologiczne, filtrację API i HPHT oraz właściwości inhibitacyjne opracowanych płuczek wiertniczych. W dalszej części artykułu przedstawiono wyniki badań przyczepności kamienia cementowego do skał, na powierzchni których utworzyły się osady z badanych płuczek, oraz skuteczności usuwania tych osadów przez ciecz przemywającą. Na podstawie przeprowadzonych badań zaproponowano składy płuczek zawierających nanokrzemionkę hydrofobową dyspergowaną w poliglikolu w połączeniu ze środkami powierzchniowo czynnymi oraz mikrokrzemionke.

EN

The article presents results of research on the choice of hydrophobic silica nanoparticles and other components concentration in the drilling fluid, that ensures stable rheological parameters and low water loss in borehole conditions. Studies to determine the effect of nanosilica, microsilica and surfactants additions on rheological parameters, inhibition properties, API and HPHT filtration of prepared drilling fluids were described. The following section presents the results of adhesion tests of cement stone to rocks, on which sediment from the scrubbers was formed, and the efficiency of removing these sediments from the washing liquid. Based on the laboratory study, a drilling fluid composition containing a hydrophobic nanosilica dispersed in a polyglycol in combination with surfactants and microsilica was proposed.

20

Nanokrzemionka - bioperspektywa i potencjał przemysłowy - cz. II

Fajfer D., Zielonka A., Klimek-Ochab M.

Laboratorium - Przegląd Ogólnopolski

|

2017

|

nr 11-12

32--36

PL

W ostatnich latach szczególną uwagę poświęca się cząstkom o wymiarach nano, które mają szeroki zakres zastosowań w przemyśle spożywczym, medycznym, ceramicznym i innych. Jedną z takich nanocząstek jest nanokrzemionka, której synteza biometodami zyskuje coraz większe zainteresowanie ze względu na ich ekonomiczność oraz neutralność wobec środowiska. W niniejszej publikacji przedstawiono formy występowania nanokrzemionki wykorzystywane podczas biokonwersji roślin, które są bogate w ten cenny składnik. Zaprezentowano również mechanizm jej biopozyskiwania w porównaniu z metodami chemicznymi i fizycznymi, a także jej szeroki zakres aplikacyjny.

EN

In recent years special attention has been paid to nanoscale particles that have a wide range of applications in the food, medical, ceramic and other industries. Such a nanoparticle is nanosilica, which biosynthesis is gaining increasing interest due to its cost effectiveness and environmental neutrality. The paper presents the form of the presence of nanosilica used during the bioconversion of plants that are rich in this valuable product. The mechanism of its bioacquisition is also presented in comparison with chemical and physical methods, as well as its wide range of applicability.