Published January 7, 2024
| Version v1
Publication
Open
Utilizing industrial byproducts for the manufacture of clay-cellulose nanocomposite cements with enhanced sustainability
- 1. National Research Centre
- 2. German University in Cairo
- 3. Ain Shams University
Description
This study investigates the influence of different nano clay contents (0, 1, 3, and 5 wt% of cement) on the microstructure and the mechanical properties of cement composites reinforced with varying Nano cellulose fiber contents (0, 0.5, 0.75, and 1 wt% of cement). Unlike previous research that employed sonication to improve dispersion in the cement matrix, this study explores the effects of unsonicated nano-cellulose addition and the combined incorporation of nano-cellulose and nano-clay. The results demonstrate that these additions significantly enhance the compressive strength, abrasion resistance, and water absorption ratios of the cement composites. Furthermore, the inclusion of nano-clay improves the microstructure of the cement matrix, strengthening the interfacial transition zone and reinforcing the bond between nano-cellulose and the cement matrix. The microstructural analysis using scanning electron microscopy (SEM) reveals the presence of a dense interconnected structure characterized by rod-like crystals. This research contributes to the development of sustainable construction materials by examining the effects of nano-cellulose and nano-clay on the properties and microstructure of cement composites. The utilization of industrial byproducts, such as wood sawdust, for the extraction of nano-cellulose offers an eco-friendly approach to enhance the performance of cement-based materials. The maximum compressive strength obtained, after 28 days, was at mix with 0.75% NCL + 5%NC with a gain of 53.5% than that of the control mix. In mixes containing only nano-clay (NCL), the increase in NCL content led to a higher rate of water absorption in the cement matrix, which reaches 4%. Confirming the results obtained from compressive strength and water absorption, mix with 0.75% NCL and 5% NC had obtained the optimum values with an improvement of 20% than that of the control mix.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تبحث هذه الدراسة في تأثير محتويات طين النانو المختلفة (0 و 1 و 3 و 5 ٪ بالوزن من الأسمنت) على البنية المجهرية والخصائص الميكانيكية لمركبات الأسمنت المعززة بمحتويات ألياف السليلوز النانوية المختلفة (0 و 0.5 و 0.75 و 1 ٪ بالوزن من الأسمنت). على عكس الأبحاث السابقة التي استخدمت صوتنة لتحسين التشتت في مصفوفة الأسمنت، تستكشف هذه الدراسة آثار إضافة السليلوز النانوي غير المتزامن والدمج المشترك بين السليلوز النانوي والطين النانوي. تظهر النتائج أن هذه الإضافات تعزز بشكل كبير مقاومة الانضغاط ومقاومة التآكل ونسب امتصاص الماء للمواد المركبة الأسمنتية. علاوة على ذلك، فإن تضمين الطين النانوي يحسن البنية المجهرية للمصفوفة الأسمنتية، مما يعزز منطقة الانتقال البينية ويعزز الرابطة بين السليلوز النانوي والمصفوفة الأسمنتية. يكشف التحليل الهيكلي الدقيق باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) عن وجود بنية مترابطة كثيفة تتميز ببلورات تشبه القضيب. يساهم هذا البحث في تطوير مواد البناء المستدامة من خلال دراسة آثار السليلوز النانوي والصلصال النانوي على خصائص المواد المركبة الأسمنتية وبنيتها المجهرية. يوفر استخدام المنتجات الثانوية الصناعية، مثل نشارة الخشب، لاستخراج السليلوز النانوي نهجًا صديقًا للبيئة لتعزيز أداء المواد القائمة على الأسمنت. كان الحد الأقصى لقوة الانضغاط التي تم الحصول عليها، بعد 28 يومًا، عند الخلط مع 0.75 ٪ NCL + 5 ٪NC مع ربح قدره 53.5 ٪ من مزيج التحكم. في الخلطات التي تحتوي على الطين النانوي فقط (NCL)، أدت الزيادة في محتوى NCL إلى ارتفاع معدل امتصاص الماء في المصفوفة الأسمنتية، والذي يصل إلى 4 ٪. تأكيدًا للنتائج التي تم الحصول عليها من مقاومة الانضغاط وامتصاص الماء، حصل المزيج مع 0.75 ٪ NCL و 5 ٪ NC على القيم المثلى مع تحسين بنسبة 20 ٪ من مزيج التحكم.Translated Description (French)
Cette étude étudie l'influence de différentes teneurs en nano-argile (0, 1, 3 et 5 % en poids de ciment) sur la microstructure et les propriétés mécaniques des composites de ciment renforcés avec des teneurs variables en fibres de nanocellulose (0, 0,5, 0,75 et 1 % en poids de ciment). Contrairement aux recherches antérieures qui utilisaient la sonication pour améliorer la dispersion dans la matrice de ciment, cette étude explore les effets de l'addition de nanocellulose non spécialisée et de l'incorporation combinée de nanocellulose et de nano-argile. Les résultats démontrent que ces ajouts améliorent considérablement la résistance à la compression, la résistance à l'abrasion et les rapports d'absorption d'eau des composites de ciment. En outre, l'inclusion de nano-argile améliore la microstructure de la matrice de ciment, renforçant la zone de transition interfaciale et renforçant la liaison entre la nanocellulose et la matrice de ciment. L'analyse microstructurale par microscopie électronique à balayage (MEB) révèle la présence d'une structure dense interconnectée caractérisée par des cristaux en forme de bâtonnets. Cette recherche contribue au développement de matériaux de construction durables en examinant les effets de la nano-cellulose et de la nanoargile sur les propriétés et la microstructure des composites de ciment. L'utilisation de sous-produits industriels, tels que la sciure de bois, pour l'extraction de la nano-cellulose offre une approche écologique pour améliorer la performance des matériaux à base de ciment. La résistance à la compression maximale obtenue, après 28 jours, était au mélange avec 0,75 % NCL + 5 %NC avec un gain de 53,5 % par rapport à celui du mélange témoin. Dans les mélanges ne contenant que de la nanoargile (NCL), l'augmentation de la teneur en NCL a conduit à un taux d'absorption d'eau plus élevé dans la matrice cimentaire, qui atteint 4%. Confirmant les résultats obtenus à partir de la résistance à la compression et de l'absorption d'eau, le mélange avec 0,75 % NCL et 5 % NC avait obtenu les valeurs optimales avec une amélioration de 20 % par rapport à celle du mélange témoin.Translated Description (Spanish)
Este estudio investiga la influencia de diferentes contenidos de nanoarcilla (0, 1, 3 y 5% enpeso de cemento) en la microestructura y las propiedades mecánicas de los compuestos de cemento reforzados con diferentes contenidos de fibra de nanocelulosa (0, 0,5, 0,75 y 1% enpeso de cemento). A diferencia de investigaciones anteriores que emplearon sonicación para mejorar la dispersión en la matriz de cemento, este estudio explora los efectos de la adición de nanocelulosa no sonicada y la incorporación combinada de nanocelulosa y nanoarcilla. Los resultados demuestran que estas adiciones mejoran significativamente la resistencia a la compresión, la resistencia a la abrasión y las relaciones de absorción de agua de los compuestos de cemento. Además, la inclusión de nanoarcilla mejora la microestructura de la matriz de cemento, fortaleciendo la zona de transición interfacial y reforzando el enlace entre la nanocelulosa y la matriz de cemento. El análisis microestructural mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) revela la presencia de una densa estructura interconectada caracterizada por cristales en forma de varilla. Esta investigación contribuye al desarrollo de materiales de construcción sostenibles al examinar los efectos de la nanocelulosa y la nanoarcilla en las propiedades y la microestructura de los compuestos de cemento. La utilización de subproductos industriales, como el aserrín de madera, para la extracción de nanocelulosa ofrece un enfoque ecológico para mejorar el rendimiento de los materiales a base de cemento. La resistencia a la compresión máxima obtenida, después de 28 días, fue en la mezcla con 0.75% NCL + 5%NC con una ganancia de 53.5% que la de la mezcla de control. En mezclas que contienen solo nanoarcilla (NCL), el aumento en el contenido de NCL condujo a una mayor tasa de absorción de agua en la matriz de cemento, que alcanza el 4%. Confirmando los resultados obtenidos de la resistencia a la compresión y absorción de agua, la mezcla con 0.75% NCL y 5% NC había obtenido los valores óptimos con una mejora del 20% que la de la mezcla de control.Files
s41598-023-51130-z.pdf.pdf
Files
(2.2 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:e1e030755230b19657d1c23dc0954eda
|
2.2 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- استخدام المنتجات الثانوية الصناعية لتصنيع الأسمنت المركب بحجم النانو من السليلوز الطيني مع تعزيز الاستدامة
- Translated title (French)
- Utilisation de sous-produits industriels pour la fabrication de ciments nanocomposites argilo-cellulosiques à durabilité accrue
- Translated title (Spanish)
- Utilización de subproductos industriales para la fabricación de cementos de nanocompuestos de arcilla-celulosa con mayor sostenibilidad
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4390651704
- DOI
- 10.1038/s41598-023-51130-z
References
- https://openalex.org/W1971128104
- https://openalex.org/W1976585290
- https://openalex.org/W1977701261
- https://openalex.org/W1981053749
- https://openalex.org/W1989777637
- https://openalex.org/W1999001238
- https://openalex.org/W2004147061
- https://openalex.org/W2009592295
- https://openalex.org/W2013788113
- https://openalex.org/W2014512646
- https://openalex.org/W2034059185
- https://openalex.org/W2044036227
- https://openalex.org/W2044641664
- https://openalex.org/W2049618343
- https://openalex.org/W2056071745
- https://openalex.org/W2064135445
- https://openalex.org/W2068088850
- https://openalex.org/W2075287228
- https://openalex.org/W2076429570
- https://openalex.org/W2077126991
- https://openalex.org/W2080275514
- https://openalex.org/W2088238895
- https://openalex.org/W2092872860
- https://openalex.org/W2109520483
- https://openalex.org/W2129268153
- https://openalex.org/W2138490021
- https://openalex.org/W2151756935
- https://openalex.org/W2166585940
- https://openalex.org/W2221387818
- https://openalex.org/W2240071507
- https://openalex.org/W2273033195
- https://openalex.org/W2326898359
- https://openalex.org/W2411564648
- https://openalex.org/W2566786321
- https://openalex.org/W2567083946
- https://openalex.org/W2584671418
- https://openalex.org/W2586530587
- https://openalex.org/W2620110646
- https://openalex.org/W2749543356
- https://openalex.org/W2770737671
- https://openalex.org/W2791826174
- https://openalex.org/W2796226311
- https://openalex.org/W2885241006
- https://openalex.org/W2896259844
- https://openalex.org/W2896896664
- https://openalex.org/W2911835771
- https://openalex.org/W2915883788
- https://openalex.org/W2922650194
- https://openalex.org/W2950035457
- https://openalex.org/W2955580870
- https://openalex.org/W2961821973
- https://openalex.org/W2973274055
- https://openalex.org/W2975388006
- https://openalex.org/W2985267361
- https://openalex.org/W2999643415
- https://openalex.org/W3012462310
- https://openalex.org/W3043184117
- https://openalex.org/W3046317307
- https://openalex.org/W3085004916
- https://openalex.org/W3095411442
- https://openalex.org/W3118886104
- https://openalex.org/W3119105591
- https://openalex.org/W3121663524
- https://openalex.org/W3128179105
- https://openalex.org/W3214775583
- https://openalex.org/W4200453702
- https://openalex.org/W4205516164
- https://openalex.org/W4206440496
- https://openalex.org/W4210280690
- https://openalex.org/W4213275936
- https://openalex.org/W4237853856
- https://openalex.org/W4280505281
- https://openalex.org/W4281661701
- https://openalex.org/W4286587384
- https://openalex.org/W4288056742
- https://openalex.org/W4322742977
- https://openalex.org/W637045319
- https://openalex.org/W81924622