Modification of durability properties of cement composites by nanoparticles

Durability properties of cement composites were modified utilizing nanoparticles. Two methods were used to modify the composite: mixed-in method and electrokinetic nanoparticle treatment. In the first chapter, nanosilica (NS) and nanoalumina (NA) were incorporated into concrete with different water/binder (w/b) ratios. Nanosilica was also incorporated into cement paste with the same w/b ratios as the concretes. For concretes, compressive strength and durability properties (i.e. capillary water absorption, chloride penetration resistance, electrical resistivity and carbonation penetration resistance) were evaluated. The results revealed that enhancement of strength of concrete is dependent on its w/b ratio. For concretes with high w/b ratio, the strength improved considerably. For concretes with low w/b ratios, the strength improvement was negligible. The durability properties of concrete did not vary considerably with addition of NS and NA and such a variations could be easily be obtained by smart manipulation of w/b ratio of the concrete. For cement paste containing NS, compressive strength varied with changing w/b ratio. Incorporation of NS in low w/b ratio led to an increase in the strength and incorporation into high w/b ratio led to reduction of the strength. In the second chapter, hardened concretes were undergone with electrokinetic treatment. NS particles were expected to carried into carbonated concrete discs through electroosmosis flow of water toward cathode under influence of an external electric field. NA particles were expected to be drifted into reinforced concrete under influence of external electric field toward reinforcement as cathode. Microstructural characterizations were conducted on concrete fragments. The results revealed that NS particles were transported into concrete and led to an increase of electrical resistivity. The results also revealed that NA particles were drifted into concrete even up to rebar interface and increased its bond strength. In third chapter, carbon nanotubes (CNT) were incorporated into cement composites and its dispersion inside aqueous solution and inside cement mortar was evaluated and compared. The results showed that dispersion method (ultrasonication assisted with surfactant) resulted in high degree of dispersion, however it did not led to uniform dispersion inside mortar (evaluated by mechanical strength).

caratteristiche di durabilità dei compositi di cemento sono stati modificati utilizzando nanoparticelle. Due metodi sono stati utilizzati per modificare il composito: metodo misto-in e trattamento nanoparticelle electrokinetic. Nel primo capitolo, nano silice (NS) e nano allumina (NA) sono stati incorporati nel cemento con diversi acqua / legante (w / b) rapporti. Nanosilice stato anche incorporato in pasta di cemento con gli stessi rapporti w / B come calcestruzzi. Per calcestruzzi, resistenza alla compressione e le proprietà di durabilità (cioè capillare di assorbimento di acqua, cloruro di resistenza alla penetrazione, di resistività elettrica e la carbonatazione resistenza alla penetrazione) sono stati valutati. I risultati hanno rivelato che il miglioramento della resistenza del calcestruzzo dipende dal suo rapporto w / b. Per i calcestruzzi con elevato rapporto w / b, la forza è migliorata notevolmente. Per i calcestruzzi con bassi rapporti w / b, il miglioramento forza era trascurabile. Le caratteristiche di durabilità del calcestruzzo non variano notevolmente con l'aggiunta di NS e NA ea tali variazioni potrebbero essere facilmente ottenuto mediante manipolazione intelligente w rapporto / b del calcestruzzo. Per la pasta di cemento contenente NS, resistenza alla compressione varia con il cambiamento w / b rapporto. Incorporazione di NS in bassa w / b rapporto ha portato ad un aumento della forza e incorporazione in alto rapporto w / b ha portato alla riduzione della forza. Nel secondo capitolo, calcestruzzi induriti sono stati sottoposti al trattamento con electrokinetic. particelle NS avrebbero dovuto portato in dischi concreti gassate attraverso flusso elettroosmosi di acqua verso catodo sotto l'influenza di un campo elettrico esterno. particelle di NA sono pensati per essere scivolato in cemento armato sotto l'influenza del campo elettrico esterno verso il rinforzo come catodo. caratterizzazioni microstrutturali sono state condotte su frammenti di cemento. I risultati hanno rivelato che le particelle NS sono stati trasportati in cemento e ha portato ad un aumento di resistività elettrica. I risultati hanno inoltre rivelato che le particelle di NA sono stati alla deriva nel calcestruzzo anche fino al tondo per cemento armato interfaccia e ha aumentato la sua forza di legame. Nel terzo capitolo, i nanotubi di carbonio (CNT) sono state incorporate in materiali compositi di cemento e la sua dispersione all'interno soluzione acquosa e dentro malta cementizia è stato valutato e confrontato. I risultati hanno dimostrato che il metodo di dispersione (ultrasuoni assistita con tensioattivo) ha determinato elevato grado di dispersione, tuttavia non ha portato alla dispersione uniforme all'interno malta (valutate dalla resistenza meccanica).