Влияние ультрадисперсных добавок на механические свойства бетона


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Исследование направлено на оценку механических характеристик бетона, модифицированного ультрадисперсными порошками, произведенными из строительных отходов методом тонкого помола. Для достижения цели были изготовлены и испытаны образцы бетона с различным содержанием ультрадисперсных порошков в цементной матрице. Механические свойства образцов оценивались по показателям прочности на сжатие и модулю упругости. Испытания проводились на образцах бетона, выдержанных в течение 7, 14, 21 и 28 сут, с последующим анализом средних значений трех измерений для каждой временной точки. Результаты исследования показали, что бетонные смеси, содержащие ультрадисперсные порошки, обладают улучшенными механическими характеристиками по сравнению с контрольными образцами. Оптимальное содержание ультрадисперсных порошков составляет 20 % от массы цемента. Прочность на сжатие таких бетонных образцов через 28 дней твердения превосходит контрольные значения на 46 %. Это свидетельствует о возможности использования ультрадисперсных порошков для повышения эксплуатационных качеств бетонных конструкций. В рамках экспериментальных исследований установлено, что размер, концентрация и химический состав ультрадисперсных частиц существенно влияют на механические свойства бетонных смесей, модифицированных ультрадисперсными порошками строительных отходов.

Об авторах

Марианна Юрьевна Малькова

Российский университет дружбы народов

Автор, ответственный за переписку.
Email: marianna300@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6939-1658
SPIN-код: 2680-1505

доктор технических наук, профессор кафедры машиностроительных технологий, инженерная академия

Российская Федерация, 117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6

Александр Сергеевич Горшков

Российский университет дружбы народов

Email: gorshkov_as@pfur.ru
ORCID iD: 0000-0002-8844-7397
SPIN-код: 3987-3902

ассистент кафедры архитектуры, реставрации и дизайна, инженерная академия

Российская Федерация, 117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6

Александр Никитович Задиранов

Академия государственной противопожарной службы МЧС России

Email: zadiranov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7787-8290
SPIN-код: 2873-6465

доктор технических наук, профессор кафедры общей и специальной химии, Учебно-научный комплекс процессов горения и экологической безопасности

Российская Федерация, 129366, г. Москва, ул. Бориса Галушкина, д. 4

Евгений Алексеевич Ларионов

Российский университет дружбы народов

Email: evgenylarionov39@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4906-5919

доктор технических наук, профессор кафедры технологий строительства и конструкционных материалов, инженерная академия

Российская Федерация, 117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6

Список литературы

  1. Smith J., Cusatis G., Pelessone D., Landis E., O’Daniel J., Baylot J. Discrete modeling of ultra-high-performance concrete with application to projectile penetration. International Journal of Impact Engineering. 2014;65:13-32. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2013.10.008
  2. Abbas R. Influence of nano-silica addition on properties of conventional and ultra-high performance concretes. Housing and building national research center. 2009;5(1):18-30. Available from: https://sid.ir/paper/649683/en212qw (accessed: 22.09.2024)
  3. Rong Zh., Sun W., Xiao H., Jiang G. Effects of nano-SiO2 particles on the mechanical and microstructural properties of ultra-high performance cementitious composites. Cement and Concrete Composites. 2015;56:25-31. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2014.11.001
  4. Schröfl Ch., Gruber M., Plank J. Preferential adsorption of polycarboxylate superplasticizers on cement and silica fume in ultra-high performance concrete (UHPC). Cement and Concrete Research. 2012;42(11):1401-1408. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2012.08.013
  5. Ravindra K.D., Henderson N.A. Specialist Techniques and Materials for Concrete Production. Thomas Telford Publ.; Thomas Telford Ltd; 1999. ISBN: 978-0-7277-2825-8
  6. Zhang P., Wan J., Wang K., Li Q. Influence of nano-SiO2 on properties of fresh and hardened high performance concrete: A state-of-the-art review. Construction and Building Materials. 2017;148:648-658. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.05.059 EDN: YETSVO
  7. Bjornstrom J., Matic A., Borjesson L., Panas I. Accelerating effects of colloidal nano-silica for beneficial calciumsilicate-hydrate formation in cement. Chemical Physics Letters. 2004;392(1-3):242-248. https://doi.org/10.1016/j.cplett. 2004.05.071 EDN: KEDYZN
  8. Zhao Z.Q., Sun R.J., Xin G.F., Wei S.S., Huang D.W. A Review: Application of Nanomaterials in Concrete. Applied Mechanics and Materials. 2013;405-408:2881-2884. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.405-408.2881
  9. Morsy M.S., Alsayed S.H., Aqel M. Hybrid effect of carbon nanotube and nano-clay on physico-mechanical properties of cement mortar. Construction and Building Materials. 2011;25(1):145-149. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2010.06.046
  10. Rong Zh., Sun W., Xiao H., Jiang G. Effects of nano-SiO2 particles on the mechanical and microstructural properties of ultra-high performance cementitious composites. Cement and Concrete Composites. 2015;56:25-31. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2014.11.001
  11. Atmaca N., Abbas M.L., Atmaca A. Effects of nano-silica on the gas permeability, durability and mechanical properties of high-strength lightweight concrete. Construction and Building Materials. 2017;147:17-26. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.04.156
  12. Mohamed A.M. Influence of nano materials on flexural behavior and compressive strength of concrete. HBRC Journal. 3016;12(2):212-225. https://doi.org/10.1016/j.hbrcj.2014.11.006
  13. Schröfl Ch., Gruber M., Plank J. Preferential adsorption of polycarboxylate superplasticizers on cement and silica fume in ultra-high performance concrete (UHPC). Cement and Concrete Research. 2012;42:1401-1408. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2012.08.013
  14. Alhawat M., Ashour A., El-Khoja A. Influence of using different surface areas of nano silica on concrete properties. AIP Conference Proceedings. 2019;2146(1):020007. https://doi.org/10.1063/1.5123694
  15. Sanchez F., Sobolev K. Nanotechnology in concrete - a review. Construction and Building Materials. 2010; 24(11):2060-2071. https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2010.03.014 EDN: NAKRSB
  16. Sobolev K., Flores I., Torres-Martinez L.M., Valdez P.L., Zarazua E., Cuellar E.L. Engineering of SiO2 nanoparticles for optimal performance in nano cement based materials. In: Bittnar Z., Bartos P.J.M., Němeček J., Šmilauer V., Zeman J. (eds.) Nanotechnology in Construction 3. Berlin, Heidelberg: Springer; 2009. p. 139-148 https://doi.org/10.1007/978-3-64200980-8_18
  17. Zaki S.I., Ragab Khaled S. How nanotechnology can change concrete industry. In: 1st International Conference on Sustainable Built Environment Infrastructures in Developing Countries. Oran, Algeria. 2009;1:407-414. ISSN 2170-0095
  18. Nazari A., Riahi S. The effects of SiO2 nanoparticles on physical and mechanical properties of high strength compacting concrete. Compos. Eng. 2011;42(3):570-578. https://doi.org/10.1016/J.COMPOSITESB.2010.09.025
  19. Senff L., Hotza D., Lucas S., Ferreira V.M., Labrincha J.A. Effect of nano-SiO2 and nano-TiO2 addition on the rheological behavior and the hardened properties of cement mortars. Materials Science and Engineering. 2012;A 532:354-361. https://doi.org/10.1016/j.msea.2011.10.102
  20. Hosseini P., Booshehrian A., Madari A. Developing concrete recycling strategies by utilization of nano-SiO2 particles. Waste and Biomass Valorization. 2011;2(3):347-355. https://doi.org/10.1007/s12649-011-9071-9 EDN: VEZHBS
  21. Senff L., Hotza D., Repette W.L., Ferreira V.M., Labrincha J.A. Mortars with nano-SiO2 and micro-SiO2 investigated by experimental design. Constr. Build. Mater. 2010;24:1432-1437. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2010.01.012 EDN: OEJPTD
  22. Najigivi A., Khaloo A., Iraji Zad A., Abdul Rashid S. Investigating the effects of using different types of SiO2 nanoparticles on the mechanical properties of binary blended concrete. Composites Part B Engineering. 2013;54:52-58. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2013.04.035
  23. Kong D., Su Y., Du X., Yang Y., Wei S., Shah S.P. Influence of nano-silica agglomeration on fresh properties of cement pastes. Constr. Build. Mater. 2013;43:557-562. https://doi.org/10.1007/s12633-021-01598-z
  24. Haruehansapong S., Pulngern T., Chucheepsakul S. Effect of the particle size of nanosilica on the compressive strength and the optimum replacement content of cement mortar containing nano-SiO2. Constr. Build. Mater. 2014;50: 471-477. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.10.002
  25. Kim J.J., Rahman M.K., Al-Majed A.A., Al-Zahrani M.M., Reda Taha M.M. Nanosilica effects on composition and silicate polymerization in hardened cement paste cured under high temperature and pressure. Cem. Concr. Compos. 2013;43:78-85. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2013.07.002
  26. Zyganitidis I., Stefanidou M., Kalfagiannis N., Logothetidis S. Nanomechanical characterization of cement-based pastes enriched with SiO2 nanoparticles. Materials Science and Engineering B. 2011;176(19):1980. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2011.05.005
  27. Li L.G., Zhu J.Y., Kwan A.K.H. Combined usage of micro-silica and nano-silica in concrete: SP demand, cementing efficiencies and synergistic effect. Construction and Building Materials. 2018;168:622-632. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.02.181
  28. Barabanshchikov Y., Usanova K. A Cementless Binder Based on High-Calcium Fly Ash, Silica Fume, and the Complex Additive Ca(NO3)2 + MgCl2: Phase Composition, Hydration, and Strength. Buildings. 2024;14(7):2121. https://doi.org/10.3390/buildings14072121 EDN: HUHIAZ
  29. Mohammed B.S., Adamu M., Liew M.S. Evaluating the effect of crumb rubber and nano silica on the properties of high volume fly ash roller compacted concrete pavement using non-destructive techniques. Case studies in construction materials. 2018;8:380-391. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2018.03.004
  30. Shi C., Qian J. High performance cementing materials from industrial slags - a review. Resources Conservation and Recycling. 2000;29(3):195-207. https://doi.org/10.1016/S0921-3449(99)00060-9
  31. Nazari A., Riahi S. The role of SiO2 nanoparticles and ground granulated blast furnace slag admixtures on physical, thermal and mechanical properties of self compacting concrete. Materials Science and Engineering A. 2011;528(s 4-5): 2149-2157. https://doi.org/10.1016/j.msea.2010.11.064
  32. Chithra S., Senthil Kumar S.R.R., Chinnaraju K.The effect of colloidal nano-silica on workability, mechanical and durability properties of high-performance concrete with copper slag as partial fine aggregate. Construction and Building Materials. 2016;113:794-804. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.03.119
  33. Shobeiri V., Bree Bennett B., Xie T., Visintin P. Mix design optimization of concrete containing fly ash and slag for global warming potential and cost reduction. Case Studies in Construction Materials. 2023;18:e01832. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e01832 EDN: CZMPWZ
  34. Nesvetaev G.V., Kuzmenko T.G. On the ratio of flexural and compessive strength of cement concrete. Ingineering journal of Don. 2023;(8):304-316. (In Russ.) EDN: KCHUVU
  35. Haruehansapong S., Pulngern T., Chucheepsakul S. Effect of the particle size of nanosilica on the compressive strength and the optimum replacement content of cement mortar containing nano-SiO2. Construction and Building Materials. 2014;50:471-477. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.10.002
  36. Givi A.N., Rashid S.A., Aziz F.N.A., Salleh M.A.M. Influence of 15 and 80 nano-SiO2 particles addition on mechanical and physical properties of ternary blended concrete incorporating rice husk ash. Journal of Experimental Nanoscience. 2013;8(1):1-18. https://doi.org/10.1080/17458080.2010.548834

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).