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

Simultaneous photooxidation and photoreduction of phenol and Cr(VI) ions using titania modified with nanosilica

Kądziołka Daria, Grzechulska-Damszel Joanna, Schmidt Beata

Polish Journal of Chemical Technology

|

2022

|

Vol. 24, nr 4

23--29

EN

The photocatalytic process of phenol oxidation and Cr(VI) reduction in the presence of nano-silica modified titania was carried out. The activity of composites was tested using two different light sources. The photocatalysts with 10% of nanosilica showed the highest activity. The calcination temperature (200–800 °C) significantly determined the sensitivity of the obtained materials to the light source used. Photocatalysts alternately adsorbed and desorbed Cr(VI) ions from the reaction mixture during irradiation. In the one-component mixture, complete oxidation of phenol was observed using material calcined at 650 °C, after 3 h of UV-VIS irradiation. In the reaction mixture of Cr(VI) and phenol, the highest activity was demonstrated by photocatalyst calcined at 300 °C. The concentration of phenol decreased in proportion to the decrease of chromium ions. The obtained titania-silica composites showed oxidizing properties towards phenol and reductive properties toward Cr(VI) ions.

5

Influence of nanosilica and binary oxide systems on the selected physical and mechanical properties of cement composites

Ślosarczyk Agnieszka, Klapiszewska Izabela, Klapiszewski Łukasz

Physicochemical Problems of Mineral Processing

|

2022

|

Vol. 58, iss. 2

art. no. 144184

EN

The paper presents the results of physical and mechanical tests of cement composites that include small amounts of nanosilica, as well as systems of nanosilica with less commonly used iron and nickel nanooxides. In the work, a physicochemical analysis of the nanooxides was performed to compare their morphological and structural properties, to determine their temperature stability and to assess their behavior in the cement matrix environment. Particle distribution analysis indicated a tendency for nanooxide particles to aggregate and agglomerate, with nickel nanooxide showing the highest degree of homogeneity. For iron nanooxide, the largest size scatter and the largest particle aggregates were observed. As expected, the nanosilica displayed the highest specific surface area, whereas, both nickel and iron nanooxide exhibited higher electrokinetic and temperature stability compared to nanosilica, which guarantees their durability in high pH cement matrixes. Cement composites with oxide additions had slightly lower density and comparable absorbability after 28 days of curing, as compared to pure mortar. In the case of nanosilica, after 7 days of curing, a significant increase in compressive strength was observed in comparison with pure mortar, while the strengths were slightly lower at a later time. Synergistic application of nanosilica with nickel or iron nanooxide resulted in significant increases in strength after 28 and 90 days of curing, where the effect of nanosilica alone was not as spectacular.

6

Study on the effect of nanosilica suspension on the properties of cement-based grouts

Li Shuiping, Chao Wei, Li Wei, Cheng Jian, Yuan Bin

Materials Science Poland

|

2022

|

Vol. 40, No. 4

171--182

EN

The agglomeration trend of nanosilica particles was found to significantly affect the properties of cement-based materials. The influence of nanosilica suspension on the fluidity, setting time, and compressive strength of cement-based grouts were studied. The hardened pastes were characterized by thermogravimetric (TG) analysis and scanning electron microscopy (SEM). The results showed that the fluidity of cement-based grouts with nanosilica suspension had obviously improved. The setting time was obviously decreased, compared with the reference sample. The compressive strengths for 1 day, 3 days, and 28 days were 12.8%, 14.3%, and 10.1% higher than that of the reference group, respectively. This paper may provide a novel route to improve the mechanical properties of cement-based materials without affecting their workability.

7

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.

8

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.

9

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.

10

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.

11

The performance of ultra-lightweight foamed concrete incorporating nanosilica

Elrahman Mohamed Abd, Sikora Pawel, Chung Sang-Yeop, Stephan Dietmar

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2021

|

Vol. 21, no. 2

639--654

EN

This paper aims to investigate the feasibility of the incorporation of nanosilica (NS) in ultra-lightweight foamed concrete (ULFC), with an oven-dry density of 350 kg/m3, in regard to its fresh and hardened characteristics. The performance of various dosages of NS, up to 10 wt.-%, were examined. In addition, fly ash and silica fume were used as cement replacing materials, to compare their influence on the properties of foamed concrete. Mechanical and physical properties, drying shrinkage and the sorption of concrete were measured. Scanning electron microscopy (SEM) and X-ray microcomputed tomography (µ-CT) and a probabilistic approach were implemented to evaluate the microstructural changes associated with the incorporation of different additives, such as wall thickness and pore anisotropy of produced ULFCs. The experimental results confirmed that the use of NS in optimal dosage is an effective way to improve the stability of foam bubbles in the fresh state. Incorporation of NS decrease the pore anisotropy and allows to produce a foamed concrete with increased wall thickness. As a result more robust and homogenous microstructure is produced which translate to improved mechanical and transport related properties. It was found that replacement of cement with 5 wt.-% and 10 wt.-% NS increase the compressive strength of ULFC by 20% and 25%, respectively, when compared to control concrete. The drying shrinkage of the NS-incorporated mixes was higher than in the control mix at early ages, while decreasing at 28 d. In overall, it was found that NS is more effective than other conventional fine materials in improving the stability of fresh mixture as well as enhancing the strength of foamed concrete and reducing its porosity and sorption.

12

Influence of Grain Shape of Waste Glass Aggregate on the Properties of Cement Mortar

Skoczylas Katarzyna, Rucińska Teresa

Journal of Ecological Engineering

|

2020

|

Vol. 21, nr 1

148--159

EN

The rapid civilizational progress forces us care more about the natural environment. A huge population produces immeasurable amounts of waste, including vast amounts of waste glass. Therefore, the recycling of waste glass is a challenge that has to be taken on to preserve the balance in our environment. The development of the nanomaterial technology, allowed us to obtain the cement mortars with similar or even enhanced parameters compared to the ordinary ones. These two aspects have become an inspiration for the research, in which waste glass was used along with modern nanomaterial technology. Three groups of mortars, where the natural aggregate was replaced by waste glass (100% – WG, 50% – RWG, 0% – R) were prepared. Each group of mortars was modified with nanosilica admixture of 0%, 1% and 3% (of cement mass). Superplasticizer was incorporated in order to improve the workability of mortars. The workability and density of fresh mortar were determined. The specimens were cured for 7, 28 and 365 days, after which their freeze-thaw resistance and abrasion resistance were evaluated. The study showed that the waste glass aggregate might find application in the construction industry as the mortars produced with the waste glass and nanosilica exhibited improved mechanical properties. The analysis of the results of this experimental research allowed for determining the influence of grain shape of waste glass aggregate on the properties of cement mortar.

13

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.

14

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).

15

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.

16

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.

17

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.

18

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.

19

Właściwości reologiczne mieszanek na spoiwach cementowych z wypełniaczami w postaci materiałów w skali nanometrycznej

Kostrzanowska-Siedlarz A.

Magazyn Autostrady

|

2018

|

Nr 4

40--43

PL

Celem artykułu jest przedstawienie wpływu wypełniaczy w postaci nanomateriałów w obecności lub bez domieszek chemicznych na właściwości reologiczne mieszanek na spoiwach cementowych wraz z przeglądem modeli opisujących ww. właściwości reologiczne mieszanek.

EN

The aim of the article is to present the effect of nanomaterial fillers in the presence or absence of chemical admixtures on the rheological properties of cementitious binder mixtures along with the review of models describing the above-mentioned rheological properties of mixtures.

20

Metody dyspersji nanomateriału w matrycy cementowej

Kostrzanowska-Siedlarz A.

Magazyn Autostrady

|

2018

|

Nr 8-9

38--42

PL

Celem artykułu jest rozwinięcie tematu prawidłowego rozmieszczenia nanomateriału w matrycy cementowej wraz ze wskazaniem efektywnych metod dyspersji nanomateriałów.

EN

The aim of the article is to elaborate on the proper distribution of nanomaterials in a cement matrix together with the indication of the effective methods of nanomaterials dispersion.