Published January 1, 2019
| Version v1
Publication
Effect of nano silica addition on enhancing the performance of cement composites reinforced with nano cellulose fibers
- 1. Cairo University
- 2. National Research Centre
- 3. German University in Cairo
Description
The utilization of cellulose nano fibers (NCell) as reinforcement to cement composites may account for enhancing particle packing and decreasing the crack growth at the nano level. Besides that, their high specific surface area can improve the bond between the cement hydration products. nano silica particles can also influence the performance of fiber reinforced cement composites through increasing the calcium-silicate-hydrate gel content, as well as enhancing the fiber to matrix interface cohesion. The aim of this investigation is to evaluate the effects of different contents of nano silica particles (0, 1, 1.5, and 2% by weight of cement) on the mechanical properties, and microstructure of cement composites reinforced with various contents of nano cellulose fibers (0, 0.35, 0.55, and 0.75% by weight of cement). The results out of studying such nano systems revealed that the addition of the NCell particles separately, helped in improving the tensile strength by about twice the value of the control mix when appropriate content of NCell was incorporated (0.35%). Moreover, the microstructural analyses demonstrated the effectiveness of nano silica particles to modify the transition zone between the nano cellulose fiber and the cementitious matrix and subsequently allowing greater reinforcement efficiency especially when external compression or tensile forces were transferred to the composite.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
قد يؤدي استخدام ألياف السليلوز النانوية (NCell) كتعزيز لمركبات الأسمنت إلى تعزيز تعبئة الجسيمات وتقليل نمو الشقوق على مستوى النانو. إلى جانب ذلك، يمكن أن تحسن مساحة السطح المحددة العالية الرابطة بين منتجات ترطيب الأسمنت. يمكن أن تؤثر جزيئات السيليكا النانوية أيضًا على أداء مركبات الأسمنت المقوى بالألياف من خلال زيادة محتوى هلام الكالسيوم والسيليكات والهيدرات، بالإضافة إلى تعزيز تماسك الألياف مع واجهة المصفوفة. الهدف من هذا التحقيق هو تقييم تأثيرات المحتويات المختلفة لجسيمات السيليكا النانوية (0، 1، 1.5، و 2 ٪ بالوزن من الأسمنت) على الخواص الميكانيكية، والبنية المجهرية للمركبات الأسمنتية المقواة بمحتويات مختلفة من ألياف السليلوز النانوية (0، 0.35، 0.55، و 0.75 ٪ بالوزن من الأسمنت). كشفت نتائج دراسة أنظمة النانو هذه أن إضافة جزيئات NCell بشكل منفصل، ساعدت في تحسين مقاومة الشد بحوالي ضعف قيمة مزيج التحكم عند دمج المحتوى المناسب لـ NCell (0.35 ٪). علاوة على ذلك، أظهرت التحليلات الهيكلية الدقيقة فعالية جزيئات السيليكا النانوية لتعديل المنطقة الانتقالية بين ألياف السليلوز النانوية والمصفوفة الأسمنتية وبالتالي السماح بمزيد من كفاءة التعزيز خاصة عند نقل قوى الضغط أو الشد الخارجية إلى المركب.Translated Description (French)
L'utilisation de nanofibres de cellulose (NCell) comme renfort pour les composites de ciment peut contribuer à améliorer l'empilement des particules et à diminuer la croissance des fissures au niveau nanométrique. En outre, leur surface spécifique élevée peut améliorer la liaison entre les produits d'hydratation du ciment. Les nanoparticules de silice peuvent également influencer les performances des composites de ciment renforcés de fibres en augmentant la teneur en gel de calcium-silicate-hydrate, ainsi qu'en améliorant la cohésion de l'interface fibre-matrice. L'objectif de cette étude est d'évaluer les effets de différentes teneurs en nanoparticules de silice (0, 1, 1,5 et 2 % en poids de ciment) sur les propriétés mécaniques et la microstructure des composites de ciment renforcés avec diverses teneurs en fibres de nanocellulose (0, 0,35, 0,55 et 0,75 % en poids de ciment). Les résultats de l'étude de tels nano-systèmes ont révélé que l'ajout des particules de NCell séparément, a contribué à améliorer la résistance à la traction d'environ deux fois la valeur du mélange témoin lorsque la teneur appropriée de NCell a été incorporée (0,35 %). De plus, les analyses microstructurales ont démontré l'efficacité des nanoparticules de silice pour modifier la zone de transition entre la fibre de nanocellulose et la matrice cimentaire et permettre par la suite une plus grande efficacité de renforcement, en particulier lorsque des forces de compression ou de traction externes ont été transférées au composite.Translated Description (Spanish)
La utilización de nanofibras de celulosa (NCell) como refuerzo para materiales compuestos de cemento puede explicar la mejora del empaquetamiento de partículas y la disminución del crecimiento de grietas a nivel nanométrico. Además de eso, su alta área de superficie específica puede mejorar la unión entre los productos de hidratación del cemento. Las nanopartículas de sílice también pueden influir en el rendimiento de los compuestos de cemento reforzado con fibra al aumentar el contenido de gel de silicato de calcio-hidrato, así como al mejorar la cohesión de la interfaz fibra-matriz. El objetivo de esta investigación es evaluar los efectos de diferentes contenidos de nanopartículas de sílice (0, 1, 1.5 y 2% en peso de cemento) sobre las propiedades mecánicas y la microestructura de los compuestos de cemento reforzados con diversos contenidos de fibras de nanocelulosa (0, 0.35, 0.55 y 0.75% en peso de cemento). Los resultados del estudio de dichos nano sistemas revelaron que la adición de las partículas de NCell por separado ayudó a mejorar la resistencia a la tracción en aproximadamente el doble del valor de la mezcla de control cuando se incorporó el contenido apropiado de NCell (0.35%). Además, los análisis microestructurales demostraron la efectividad de las nanopartículas de sílice para modificar la zona de transición entre la fibra de nanocelulosa y la matriz cementosa y, posteriormente, permitir una mayor eficiencia de refuerzo, especialmente cuando se transfirieron fuerzas de compresión o tracción externas al compuesto.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تأثير إضافة السيليكا النانوية على تعزيز أداء مركبات الأسمنت المقواة بألياف السليلوز النانوية
- Translated title (French)
- Effet de l'ajout de nanosilice sur l'amélioration des performances des composites de ciment renforcés avec des fibres de nanocellulose
- Translated title (Spanish)
- Efecto de la adición de nano sílice en la mejora del rendimiento de los compuestos de cemento reforzados con fibras de nano celulosa
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2975388006
- DOI
- 10.3934/matersci.2019.6.864
References
- https://openalex.org/W1207552948
- https://openalex.org/W1606603686
- https://openalex.org/W1966103615
- https://openalex.org/W1968378480
- https://openalex.org/W1969780271
- https://openalex.org/W1970013047
- https://openalex.org/W1970667858
- https://openalex.org/W1980704886
- https://openalex.org/W1982041674
- https://openalex.org/W1983632681
- https://openalex.org/W1984772602
- https://openalex.org/W1987911810
- https://openalex.org/W1988629993
- https://openalex.org/W1994852665
- https://openalex.org/W2001113143
- https://openalex.org/W2012004211
- https://openalex.org/W2014105580
- https://openalex.org/W2022033351
- https://openalex.org/W2032476527
- https://openalex.org/W2035184555
- https://openalex.org/W2051584593
- https://openalex.org/W2053832201
- https://openalex.org/W2054472319
- https://openalex.org/W2062910300
- https://openalex.org/W2070038399
- https://openalex.org/W2070432068
- https://openalex.org/W2075805315
- https://openalex.org/W2095510584
- https://openalex.org/W2103714554
- https://openalex.org/W2109520483
- https://openalex.org/W2111885708
- https://openalex.org/W2146452055
- https://openalex.org/W2353618908
- https://openalex.org/W2464347541
- https://openalex.org/W2526884663
- https://openalex.org/W2554956517
- https://openalex.org/W2783784163
- https://openalex.org/W2906144702
- https://openalex.org/W2911835771
- https://openalex.org/W2961142372
- https://openalex.org/W2968709370
- https://openalex.org/W4237853856
- https://openalex.org/W982014888