Влияние высокой температуры на свойства модифицированного цементного камня


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Изучено влияние высокодисперсных вольфрамсодержащих порошков (WC, WO3, смесь WC, TiC), полученных в результате рециклинга твердосплавных изделий, на изменение структурных и физико-механических свойств цементных материалов при повышенной температуре. Порошки карбида вольфрама WC, оксида вольфрама WO3, смеси карбидов вольфрама и титана WC, TiC (средний размер частиц 20–150 нм, агломератов 300 нм – 1,5 мкм) добавляли в цементный раствор путем частичной замены вяжущего вещества в различных концентрациях (1–5 мас. %). Влияние добавок на термостойкость цементных образцов оценивалось по потере массы, остаточной прочности при сжатии, подвергнутых воздействию температуры при 300, 600 и 800оC в течение 2 ч. Микроструктурный анализ выполнен с использованием сканирующей электронной микроскопии (SEM) с интегрированной системой энергодисперсионного анализа. Установлено, что во всем рассматриваемом температурном диапазоне (20–800оС) модифицированные образцы демонстрируют более плотную микроструктуру, имеют меньшую потерю массы и обладают повышенной остаточной прочностью при сжатии по сравнению с контрольным составом. Полученные результаты исследования представляют значительную ценность для понимания механизмов влияния высокодисперсных вольфрамсодержащих частиц на характеристики цементных материалов в условиях высокотемпературного воздействия.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Т. В. Чайка

Севастопольский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: TVChayika@sevsu.ru

старший преподаватель

Россия, Севастополь

В. М. Гавриш

Севастопольский государственный университет

Email: vmgavrish@mail.sevsu.ru

канд. техн. наук, доцент

Россия, Севастополь

А. Ю. Олейник

Севастопольский государственный университет

Email: ayoleinik@mail.sevsu.ru

аспирант, ассистент

Россия, Севастополь

Список литературы

  1. Sikora P., Abd Elrahman M., Stephan D. The influence of nanomaterials on the thermal resistance of cement-based composites – a review. Nanomaterials. 2018. Vol. 8. 465. https://doi.org/10.3390/nano8070465
  2. Abbas S., Nehdi M.L., Saleem M.A. Ultra-high-performance concrete: mechanical performance, durability, sustainability and implementation challenges. International Journal of Concrete Structures and Materials. 2016. Vol. 10, pp. 271–295. https://doi.org/10.1007/s40069-016-0157-4
  3. Hager I. Behaviour of cement concrete at high temperature. Bulletin of the Polish Academy of sciences technical sciences. 2013. Vol. 61. No. 1. DOI: https://doi.org/10.2478/bpasts-2013-0013
  4. Yang Xu, Run-Sheng Lin, Yi Han, Xiao-Yong Wang. Behavior of biochar-modified cementitious composites exposed to high temperatures. Materials. 2021.Vol. 14. 5414. https://doi.org/10.3390/ma14185414
  5. Cao M., Yuan X., Ming X. et al. Effect of high temperature on compressive strength and microstructure of cement paste modified by micro- and nano-calcium carbonate particles. Fire Technology. 2022. Vol. 58, pp. 1469–1491. https://doi.org/10.1007/s10694-021-01211-0
  6. Hafiz Waheed Iqbal, Rao Arsalan Khushnood, Waqas Latif Baloch, Adnan Nawaz, Rana Faisal Tufail. Influence of graphite nano/microplatelets on the residual performance of high strength concrete exposed to elevated temperature. Construction and Building Materials. 2020. 253. 119029. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.119029
  7. Yuzhuo Wang, Zejian Liu, Shuang Qu, Junlin Gong, Xiao Lyu. Fire resistance of reinforced concrete beams: State of the art, analysis and prediction. Construction and Building Materials. 2023. Vol. 409. 134029. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.134029
  8. Mashshay A.F., Hashemi S.K., Tavakoli H. Post-fire mechanical degradation of lightweight concretes and maintenance strategies with steel fibers and nano-silica. Sustainability. 2023. Vol. 15. No. 9. 7463. https://doi.org/10.3390/su15097463
  9. Voutetaki M.E., Naoum M.C., Papadopoulos N.A., Chalioris C.E. Cracking diagnosis in fiber-reinforced concrete with synthetic fibers using piezoelectric transducers. Fibers. 2022. Vol. 10. No. 1. https://doi.org/10.3390/fib10010005
  10. Tobbala D.E., Rashed A.S., Tayeh B.A. et al. Performance and microstructure analysis of high-strength concrete in corporate with nanoparticles subjected to high temperatures and actual fires. Archives of Civil and Mechanical Engineering. 2022. Vol. 22. 85. https://doi.org/10.1007/s43452-022-00397-6
  11. Селеем С.Е. Ахмад, Хоссам С. Халил, Ибрагим А. Шараки, Ахмад М. Эль-Азаб. Свойства высокопрочного бетона с нанокремнеземом после воздействия высокой температуры // Строительные материалы. 2018. № 11. C. 8–14. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-765-11-8-14
  12. Irshidat M R, Al-Nuaimi N, Rabie M. Influence of carbon nanotubes on phase composition, thermal and post-heating behavior of cementitious composites. Molecules. 2021. Vol. 26 (4). 850. https://doi.org/10.3390/molecules26040850
  13. Dong Lu, Xianming Shi, Jing Zhong. Interfacial bonding between graphene oxide coated carbon nanotube fiber and cement paste matrix. Cement and Concrete Composites. 2022. Vol. 134. 104802. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2022.104802
  14. Mohammed A., Al-Saadi N.T.K., Sanjayan. J. Inclusion of graphene oxide in cementitious composites: state-of-the-art review. Australian Journal of Civil Engineering. 2018. Vol. 16 (2), pp. 81–95. DOI: https://doi.org/10.1080/14488353.2018.1450699
  15. Lu Dong, Zhong Jing. Carbon-based nanomaterials engineered cement composites: a review. Journal of Infrastructure Preservation and Resilience. 2022. 3. 10. https://doi.org/1186/s43065-021-00045-y
  16. Khan M.A., Imam M.K., Irshad K., Ali H.M., Hasan M.A., Islam S. Comparative overview of the performance of cementitious and non-cementitious nanomaterials in mortar at normal and elevated temperatures. Nanomaterials. 2021. 11 (4). 911. https://doi.org/10.3390/nano11040911
  17. Agzamov F.A., Grigoryev A.Y. Modification of Portland cement with nanoadditives. Nanotechnologies in Construction. 2022. 14 (4), pp. 319–327. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2022-14-4-319-327
  18. Ahmed A. Amer, Tarek M. El-Sokkary, Nagwa I. Abdullah. Thermal durability of OPC pastes admixed with nano iron oxide. HBRC Journal. 2015. Vol. 11. Iss. 2, pp. 299–305. https://doi.org/10.1016/j.hbrcj.2014.04.002
  19. Ghazanlou S.I., Jalaly M., Sadeghzadeh S. et al. A comparative study on the mechanical, physical and morphological properties of cement-micro/nano Fe3O4 composite. Scientific Reports. 2020. Vol. 10. 59. https://www.nature.com/articles/s41598-020-59846-y
  20. Aref Sadeghi-Nik, Javad Berenjian, Ali Bahari, Abdul Sattar Safaei, Mehdi Dehestani. Modification of microstructure and mechanical properties of cement by nanoparticles through a sustainable development approach. Construction and Building Materials. 2017. Vol. 155, pp. 880–891. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.08.107
  21. Kanagaraj B., Nammalvar A., Andrushia A.D., Gurupatham B.G.A., Roy K. Influence of nano composites on the impact resistance of concrete at elevated temperatures. Fire. 2023. 6 (4). 135. https://doi.org/10.3390/fire6040135
  22. Europäische Patentanmeldung EP 3 138 932 A1 Verfahren und vorrichtung zur gewinnung eines pulvers aus partikeln von wolfram oder wolframverbindungen mit einer partikel grösse im nano-, mikron- oder submikronbereich. Galuga A., Baranov G., Gavrish V., Smirnov S., Losenkov A., Vostrognutov S. Declared 01.09.2015. Published 08.03.2017.
  23. Чайка Т.В., Гавриш В.М., Павленко В.И., Черкашина Н.И. Влияние высокодисперсного порошка смеси WC и TiC на свойства композиционных материалов // Нанотехнологии в строительстве. 2023. № 15 (1). С. 14–26. EDN: TSWXBD. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2023-15-1-14-26
  24. Чайка Т.В., Гавриш В.М., Черкашина Н.И., Сидельников Р.В., Романюк Д.С. Модификация композиционных материалов высокодисперсными порошками WC и WO3 // Строительные материалы. 2023. № 10. C. 121–128. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-818-10-121-128
  25. Чайка Т.В., Гавриш В.М., Рапацкий Ю.Л., Липка В.М., Чайка А.К. Влияние высокодисперсного порошка WC на свойства цементного камня при повышенных температурах. Перспективные технологии и материалы: Материалы Международной научно-практической конференции. Севастополь, 2022. С. 437–439.
  26. Tantawy M. Effect of high temperatures on the microstructure of cement paste. Journal of Materials Science and Chemical Engineering. 2017. Vol. 5, pp. 33–48. 10.4236/msce.2017.511004
  27. Леонович С.Н., Литвиновский Д.А., Черняке- вич О.Ю., Степанова А.В. Прочность, трещиностойкость и долговечность конструкционного бетона при температурных и коррозионных воздействиях: Монография. Минск: БНТУ, 2016. 393 с.
  28. Demin Jiang, Haodong Xu, Shuchen Lv et al. Properties of flame-retardant leaf fiber cement-based composites at high temperatures. Heliyon. 2022. Iss. 8 (12). e12175. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e12175
  29. Abdelmelek N., Lubloy E. Evaluation of the mechanical properties of high-strength cement paste at elevated temperatures using metakaolin. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2021. Vol. 145, pp. 2891–2905. https://doi.org/10.1007/s10973-020-09992-2

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Потеря массы цементных образцов, модифицированных порошком карбида вольфрама (а); оксидом вольфрама (b); смеси карбидов вольфрама и титана (c) при температуре 20–800°C

Скачать (216KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Остаточная прочность цементных образцов, модифицированных порошком карбида вольфрама (а), оксидом вольфрама (b) и смеси карбидов вольфрама и титана (c) при температуре 20–800°C

Скачать (228KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Микроструктура цементных образцов при увеличении ×10000 раз после воздействия температуры, °С: а – 20; b – 300; c – 600; d – 800

Скачать (668KB)
Метаданные

© ООО РИФ "СТРОЙМАТЕРИАЛЫ", 2024

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах