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compósito de cimento reforçado com nanoalumina Investigações sobre a preparação e propriedades mecânicas do ba aa b a ,, Yang LuZhenhua Li a,ÿ, Huafeng Wang Miao WangShan Ele, Cartas de Materiais 60 (2006) 356–359 Recebido em 8 de maio de 2005; aceito em 27 de agosto de 2005 Autor correspondente. Tel.: +86 571 87952024. Endereço de e-mail: zhhli@zjuem.zju.edu.cn (Z. Li). doi:10.1016/j.matlet.2005.08.061 Departamento de Física da Universidade de Zhejiang, Hangzhou 310027, China ÿ 0167-577X/$ - ver capa © 2005 Publicado por Elsevier BV Departamento de Mecânica Universidade de Zhejiang, Hangzhou 310027, China www.elsevier.com/locate/matlet Disponível on-line em 26 de setembro de 2005 Palavras-chave: Argamassas; Nano-alumina; Módulo elástico; Força compressiva abordado. a resistência de união com vergalhões de aço, o ataque químico resistência e resistência à corrosão de vergalhões de aço. Argamassa e concreto são compostos cujas propriedades mecânicas gerais são afetadas pelas propriedades e disposição já que a escória, o zeólito e as cinzas de carvão provaram ser indispensáveis Além disso, a sílica ativa diminui a reatividade álcali-sílica, de cada constituinte (cimento, agregado) nele. Ao incorporar 2. Experimente expansão[1–3]. Tem havido muitas pesquisas sobre sílica o encolhimento por secagem, permeabilidade, taxa de fluência e temperatura nanomateriais em matriz para melhorar propriedades mecânicas 2.1. Matérias-primas 1. Introdução argamassas reforçadas com fumo, mas a situação é diferente na área emergiu como um campo de pesquisa promissor de nanocompósitos. ingrediente de algum cimento de alta resistência. De acordo com alguns de cimento incorporado com nano-alumina, onde poucas pesquisas Comparado com o caso de matriz de estrutura densa, como polímero, a situação é bem diferente na área de compósitos de matriz de cimento, porque a matriz de cimento tem propriedades relativamente soltas. resultados de pesquisa, a sílica ativa é valiosa para melhorar foram feitas sobre isso até agora. Portanto, neste artigo, o estrutura. Entre o cimento e o agregado existem vazios de ar de tamanho nanométrico que podem ter um efeito significativo nas propriedades mecânicas do nanocompósito. Existe muito espaço para Neste estudo, cimento Portland 325# comum, areia padrão efeito de melhoria e o mecanismo de nano-alumina foram melhoria de compósitos de cimento através da incorporação de nanomateriais na matriz de cimento [1]. Inorgânico super fino e nanoalumina produzida por Zhoushan Mingri. Nanômetro propriedades mecânicas e aumentando a durabilidade do congelamento- descongelamento, a capacidade de amortecimento de vibrações, a resistência à abrasão, materiais incluindo compósito ativo (SiO2, Al2O3,CaO) tais experimento, a resistência à compressão e o módulo de elasticidade das argamassas foram aumentados com a incorporação de nanoalumina na matriz. Quando o © 2005 Publicado por Elsevier BV o cimento diminuiu com a incorporação de nanoalumina nas argamassas e, como resultado, o módulo de elasticidade e a resistência à compressão da argamassa com nanoalumina aumentaram. (ÿ20 × 40 mm) com diferentes frações volumétricas de nanoalumina em diferentes dias de cura (3 dias, 7 dias, 28 dias) foram fundidos e testados. Baseado em Com o objetivo de investigar o efeito da nanoalumina no módulo de elasticidade e na resistência à compressão de compósitos cimentícios, corpos de prova cilíndricos a resistência à compressão dos compósitos aumentou 30% aos 7 dias. A compactação da zona de transição interfacial aumentou e a porosidade da Abstrato a fração de nanoalumina foi de 5%, o módulo de elasticidade dos compósitos aumentou 143% aos 28 dias; quando a fração de nano-alumina era de 7%, Machine Translated by Google Tamanho médio (nm) Densidade (g/cm3 ) Z. Li et al. / Cartas de Materiais 60 (2006) 356–359 357 ÿ99,99 tabela 1 Figura 1. Módulo de elasticidade das argamassas. Principais índices de nano-Al2O3 b150 Figura 2. Resistência à compressão de argamassas. Fase cristalina 10±5 Pureza (%) 0,3–0,5 Área superficial específica (m2 /g) ÿ Para dispersar uniformemente a nanoalumina nas argamassas, a areia padrão e a nanoalumina foram misturadas em um misturador de alta velocidade por 5 min, depois a mistura foi agitada com água por 10 min. à mão e moldado em uma máquina vibratória. O experimento utilizou corpos de prova cilíndricos (ÿ20 × 40 mm) com 3%, 5%, 7% de nanoalumina de cimento moldado de acordo com a relação água/cimento = 0,4, cimento/areia = 1:1 (proporção de massa). Esses corpos de prova foram desmoldados após serem curados em ar úmido a 20 °C por 1 dia, em seguida os corpos de prova foram curados em água a 20 °C para cada idade e em seguida foram testados sua resistência à compressão e módulo de elasticidade. Material Co., Ltd. Os principais índices de nano-Al2O3 estão listados na Tabela 1. A fim de eliminar o efeito da descentralização da carga, a superfície final de todas as amostras foi aplainada e o eixo foi colocado na vertical antes do experimento, e para eliminar o efeito da força de atrito entre a superfície final das amostras e o dispositivo da máquina de teste, foram revestidos lubrificantes. Na determinação do módulo de elasticidade das argamassas, dois extensômetros elétricos axiais (comprimento manométrico = 10 mm) foram montados em lados opostos do corpo de prova e instalados em série para medir as deformações de compressão. O teste de compressão foi realizado utilizando máquina de testes universal WDW-100 de 10 toneladas com velocidade de teste de deslocamento constante de 0,1 mm/min. 2.3. Caracterização da microestrutura das argamassas 2.2. Programa experimental a microestrutura interfacial. Embora os resultados da EDS sejam qualitativos, foi possível determinar uma indicação da presença ou ausência de determinados elementos. Nesta investigação, um microscópio eletrônico de varredura (MEV) foi utilizado para caracterizar a microestrutura das argamassas, e a análise de energia dispersiva de raios X (EDS) também foi realizada em A resistência à compressão de argamassas incorporadas em diferentes teores de nanoalumina em diferentes dias de cura é ilustrada na Fig . 3.1. Efeitos do teor de nanoalumina no módulo de elasticidade das argamassas Os efeitos do teor de nanoalumina na resistência à compressão da argamassa não foram tão óbvios quanto o módulo de elasticidade em geral. A resistência à compressão das argamassas com fração de 3%, 5%, 7% foi ligeiramente superior às argamassas simples com 3 dias e 7 dias de idade, respectivamente. Por outro lado, a resistência à compressão das argamassas com 3%, 5% de nanoalumina foi inferior e a com 7% de nanoalumina foi ligeiramente superior à das argamassas simples aos 28 dias de idade. O módulo de elasticidade das argamassas que incorporam diferentes teores de nanoalumina em diferentes dias de cura é ilustrado na Figura 1. 3.3. Mecanismo de modificaçãode nanoalumina em argamassas As argamassas podem ser consideradas compostas de três fases – pasta de cimento, agregado e zona de transição interfacial (ITZ). Logo após a mistura, os agregados são encapsulados pela água e há uma elevada relação água/cimento na superfície da areia. Por causa da alta relação água/cimento e do espaço limitado, cristais de hidrato de grande porte crescem ao redor da areia 3. Resultado e discussão Com o aumento do teor de nanoalumina, o módulo de elasticidade das argamassas aumentou correspondentemente. O módulo de elasticidade das argamassas com 3% de nanoalumina nas idades de 3 dias, 7 dias, 28 dias é 135%, 133%, 139% daquele das argamassas simples, respectivamente. Quando o teor de nanoalumina é de 5%, o módulo de elasticidade das argamassas atingiu o seu máximo e foi de 154%, 241%, 243% do módulo de elasticidade das argamassas simples com 3 dias, 7 dias e 28 dias, respectivamente. O módulo de elasticidade das argamassas com fração de 7% de nanoalumina ficou ligeiramente abaixo das argamassas simples aos 3 dias de idade, e foi de 209%, 208% das argamassas simples aos 7 dias e 28 dias, respectivamente. 3.2. Efeitos dos teores de nanoalumina na resistência à compressão de argamassas Machine Translated by Google 4. Conclusão De acordo com o resultado do experimento e imagem do espectro SEM e EDS, a nanoalumina adicionada atua principalmente como agregado superfino que preenche a ITZ de cimento e areia e alguns capilares na matriz. Como resultado, o módulo de elasticidade e a resistência à compressão da argamassa aumentaram, respectivamente. Figura 3. Imagem SEM de argamassas hidratadas por 28 dias. (a)—com 0% de nanoalumina, (b)—com 5% de nanoalumina. Z. Li et al. / Cartas de Materiais 60 (2006) 356–359358 Figura 4. Espectro EDS de argamassas (em torno de areia) hidratadas por 28 dias. (a)—com 0% de nanoalumina, (b)—com 5% de nanoalumina. Neste experimento, inicialmente, a nanoalumina e a areia foram misturadas em um misturador de alta velocidade para que a nanoalumina fosse dispersa e misturada uniformemente com a areia sob fricção de força. Em seguida, a mistura foi misturada com o cimento em misturador de alta velocidade e mistura uniforme de nanoalumina, areia e cimento. Comparada às argamassas usuais, a nanoalumina possui alta energia superficial, portanto, muitas partículas de nanoalumina são absorvidas na superfície da areia sob a força de Van der Waals. A imagem SEM (Fig. 3) e o espectro EDS das argamassas (Fig. 4) mostraram que existe diferença significativa entre a amostra de teste de 0% e as argamassas de nano-alumina de 5%. Ao redor do agregado existem fissuras na amostra de verificação enquanto há uma zona de falha densa ao redor do agregado em ITZ de argamassas de adição de 5%. Há mais quantidade de alumínio e alumina ao redor do agregado das argamassas com 5% de alumina do que na amostra de verificação como 4. Portanto, durante a formação do gel C – H – S (C_CaO, S_SiO2, H_H2O) , a nano-alumina preencheu os poros da estrutura de rede solta ao redor da partícula de areia e diminuiu a porosidade e aumentou a densidade grau de ITZ. Como resultado, o módulo de elasticidade das argamassas aumentou. Conforme mostrado na Fig. 1, quando o teor de nano-alumina é inferior a 5%, com o aumento da adição de nano-alumina, o módulo de elasticidade de morteiros aumentaram correspondentemente. Como o teor de nanoalumina é de 7%, o módulo de elasticidade das argamassas é inferior ao da fração de 5%. A principal razão é que a nanoalumina pode agregar-se mais facilmente com o aumento da fração de nanoalumina e, como resultado, a densidade da ITZ diminui e o módulo de elasticidade das argamassas diminui. e formar uma estrutura de rede solta sobre a superfície da areia. Portanto, a ITZ das argamassas contém mais poros do que a matriz de cimento. A força de Van der Waals entre a pasta de cimento e a areia está intimamente relacionada à resistência do ITZ ou ao grau de densidade do ITZ, embora existam mais poros, o cristal nesta zona racha facilmente em comparação com a matriz de cimento, a carga não pode efetivamente se transformar em matriz. Portanto, o grau de densidade e porosidade do ITZ pode afetar significativamente o módulo de elasticidade das argamassas [4–6]. Neste artigo, a nano-alumina adotada foi a alumina de fase ÿ de 150 nm que possui estrutura cristalina estável, maior dureza e tamanho estável. Quando a nanoalumina foi incorporada à argamassa, ela pode afetar apenas o número de capilares de 150 nm. Na condição experimental deste trabalho, o agregado estava rodeado por nanoalumina, portanto a resistência à compressão da argamassa com nanoalumina não foi significativamente melhorada. Com o aumento da adição de nano-alumina, a resistência à compressão da argamassa na fase inicial aumentou correspondentemente, como mostrado na Fig. 2. A principal razão para isto é que existe nano-alumina activa que reage com o cimento. Os factores que podem afectar a resistência das argamassas são os seguintes: composição e teor de minerais nas argamassas; relação água cimento e grau de hidratação do cimento; tamanho, número e distribuição dos capilares. Machine Translated by Google [5] GQ Li, Y. Zhao, SS Pang, Pesquisa de Cimento e Concreto 29 (1999) 839. [3] M. Tang, HJ Ba, Y. Li, Jornal da Sociedade Chinesa de Cerâmica 31 (2003) (1996) 94. 359 [2] DD Chung, Journal of Materials Science 37 (2002) 673. [4] A. Boumiz, C. Vernet, F. Cohen, Materiais Avançados à Base de Cimento 3 [1] DD Chung, Mentals and Materials International 10 (2004) 55. Z. Li et al. / Cartas de Materiais 60 (2006) 356–359 523. [6] CC Yang, Cimento e Pesquisa de Concreto 28 (1998) 727. O projeto é apoiado pela National Natural Science 1. A densidade do ITZ pode afetar significativamente o módulo de elasticidade das argamassas, e a resistência à compressão da argamassa é sensível à capilaridade da matriz. Fundação da China sob Grant nos. 60271009. Reconhecimento Referências 3. A incorporação de nanoalumina em argamassas não pode afetar significativamente a resistência à compressão da argamassa. A principal razão é que a porosidade da matriz de cimento não pode ser diminuída significativamente nas condições experimentais deste artigo. Existe um grande espaço para melhorar a tecnologia de preparação. 2. O módulo de elasticidade da argamassa pode ser significativamente aumentado pela incorporação de nanoalumina. A principal razão é que o grau de densidade do ITZ é aumentado. Como o teor de nanoalumina é de 5%, o módulo de elasticidade da argamassa aumenta 143% aos 28 dias. Machine Translated by Google
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