Влияние высокой температуры на свойства модифицированного цементного камня
- Авторы: Чайка Т.В.1, Гавриш В.М.1, Олейник А.Ю.1
-
Учреждения:
- Севастопольский государственный университет
- Выпуск: № 7 (2024)
- Страницы: 54-59
- Раздел: Результаты научных исследований
- URL: https://journals.eco-vector.com/0585-430X/article/view/635047
- DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2024-826-7-54-59
- ID: 635047
Цитировать
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
Об авторах
Т. В. Чайка
Севастопольский государственный университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: TVChayika@sevsu.ru
старший преподаватель
Россия, СевастопольВ. М. Гавриш
Севастопольский государственный университет
Email: vmgavrish@mail.sevsu.ru
канд. техн. наук, доцент
Россия, СевастопольА. Ю. Олейник
Севастопольский государственный университет
Email: ayoleinik@mail.sevsu.ru
аспирант, ассистент
Россия, СевастопольСписок литературы
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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.
- 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
- 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
- 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.
- 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
- 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.
- 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
- 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