Published August 7, 2023
| Version v1
Publication
Open
Wood sawdust waste-derived nano-cellulose as a versatile reinforcing agent for nano silica cement composites: a systematic study on its characterization and performance
- 1. National Research Centre
- 2. German University in Cairo
- 3. Ain Shams University
Description
The development of sustainable construction materials is a pressing concern for researchers worldwide, as the cement industry is a major contributor to environmental degradation. The incorporation of nano-materials with cement composites has emerged as a promising solution to sustainable materials production. In this study, the effect of the addition of nano cellulose produced from wood sawdust waste on the performance of cement-based nano-silica composite was investigated. The nano-materials were incorporated at low concentrations and in gel form to eliminate the need for any advanced dispersion techniques. The results indicated that the addition of even low concentrations of nano cellulose significantly enhanced the compactness and mechanical properties of the cement matrix. The crack propagation was observed to be arrested with better adherence to the cement hydration product, which resulted from the presence of nano-silica. The nano cellulose fibers were found to bridge the calcium silicate hydrate products, arresting the propagation of cracks at their initial condition. The high pozzolanic reactivity of nano-silica ensured a minimal amount of calcium hydroxide, which is a significant contributor to the carbon footprint of cement production. Overall, the findings of this study suggest that the incorporation of nano cellulose from wood sawdust waste with cement-based nano-silica composite can lead to the development of sustainable and high-performance building materials with improved mechanical properties and reduced environmental impact.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يعد تطوير مواد البناء المستدامة مصدر قلق ملح للباحثين في جميع أنحاء العالم، حيث أن صناعة الأسمنت هي المساهم الرئيسي في التدهور البيئي. برز دمج المواد النانوية مع مركبات الأسمنت كحل واعد لإنتاج المواد المستدامة. في هذه الدراسة، تم التحقيق في تأثير إضافة السليلوز النانوي المنتج من نفايات نشارة الخشب على أداء مركب السيليكا النانوي القائم على الأسمنت. تم دمج المواد النانوية بتركيزات منخفضة وفي شكل هلام للقضاء على الحاجة إلى أي تقنيات تشتت متقدمة. أشارت النتائج إلى أن إضافة تركيزات منخفضة حتى من السليلوز النانوي عززت بشكل كبير من الضغط والخواص الميكانيكية للمصفوفة الأسمنتية. لوحظ أن انتشار الشقوق قد تم إيقافه مع التزام أفضل بمنتج ترطيب الأسمنت، والذي نتج عن وجود السيليكا النانوية. تم العثور على ألياف السليلوز النانوية لجسر منتجات هيدرات سيليكات الكالسيوم، مما يوقف انتشار الشقوق في حالتها الأولية. تضمن التفاعل البوزولاني العالي للسيليكا النانوية الحد الأدنى من هيدروكسيد الكالسيوم، وهو مساهم كبير في البصمة الكربونية لإنتاج الأسمنت. بشكل عام، تشير نتائج هذه الدراسة إلى أن دمج السليلوز النانوي من نفايات نشارة الخشب مع مركب السيليكا النانوي القائم على الأسمنت يمكن أن يؤدي إلى تطوير مواد بناء مستدامة وعالية الأداء مع خصائص ميكانيكية محسنة وتقليل التأثير البيئي.Translated Description (French)
Le développement de matériaux de construction durables est une préoccupation urgente pour les chercheurs du monde entier, car l'industrie du ciment est un contributeur majeur à la dégradation de l'environnement. L'incorporation de nanomatériaux avec des composites de ciment est apparue comme une solution prometteuse pour la production de matériaux durables. Dans cette étude, l'effet de l'ajout de nanocellulose produite à partir de déchets de sciure de bois sur la performance du composite nano-silice à base de ciment a été étudié. Les nanomatériaux ont été incorporés à de faibles concentrations et sous forme de gel pour éliminer le besoin de techniques de dispersion avancées. Les résultats ont indiqué que l'ajout de concentrations même faibles de nanocellulose améliorait significativement la compacité et les propriétés mécaniques de la matrice de ciment. On a observé que la propagation des fissures était arrêtée avec une meilleure adhérence au produit d'hydratation du ciment, qui résultait de la présence de nano-silice. On a constaté que les fibres de nanocellulose pontaient les produits d'hydrate de silicate de calcium, arrêtant la propagation des fissures à leur état initial. La réactivité pouzzolanique élevée de la nano-silice garantissait une quantité minimale d'hydroxyde de calcium, qui contribue de manière significative à l'empreinte carbone de la production de ciment. Dans l'ensemble, les résultats de cette étude suggèrent que l'incorporation de nanocellulose à partir de déchets de sciure de bois avec un composite de nanosilice à base de ciment peut conduire au développement de matériaux de construction durables et performants avec des propriétés mécaniques améliorées et un impact environnemental réduit.Translated Description (Spanish)
El desarrollo de materiales de construcción sostenibles es una preocupación apremiante para los investigadores de todo el mundo, ya que la industria del cemento es un importante contribuyente a la degradación ambiental. La incorporación de nanomateriales con compuestos de cemento se ha convertido en una solución prometedora para la producción sostenible de materiales. En este estudio, se investigó el efecto de la adición de nanocelulosa producida a partir de residuos de serrín de madera sobre el rendimiento del material compuesto de nano-sílice a base de cemento. Los nanomateriales se incorporaron a bajas concentraciones y en forma de gel para eliminar la necesidad de técnicas de dispersión avanzadas. Los resultados indicaron que la adición de concentraciones incluso bajas de nanocelulosa mejoró significativamente la compacidad y las propiedades mecánicas de la matriz de cemento. Se observó que la propagación de grietas se detuvo con una mejor adherencia al producto de hidratación del cemento, que resultó de la presencia de nano-sílice. Se encontró que las fibras de nanocelulosa unen los productos de hidrato de silicato de calcio, deteniendo la propagación de grietas en su condición inicial. La alta reactividad puzolánica de la nano-sílice aseguró una cantidad mínima de hidróxido de calcio, que es un contribuyente significativo a la huella de carbono de la producción de cemento. En general, los hallazgos de este estudio sugieren que la incorporación de nanocelulosa a partir de residuos de aserrín de madera con material compuesto de nano-sílice a base de cemento puede conducir al desarrollo de materiales de construcción sostenibles y de alto rendimiento con propiedades mecánicas mejoradas y un impacto ambiental reducido.Files
s41598-023-39788-x.pdf.pdf
Files
(1.9 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:ae2b5bd1dae0ae6d1b6cb959ace1cdf7
|
1.9 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- نشارة الخشب المشتقة من نفايات السليلوز النانوي كعامل تعزيز متعدد الاستخدامات لمركبات أسمنت السيليكا النانوية: دراسة منهجية حول توصيفها وأدائها
- Translated title (French)
- Nanocellulose dérivée de déchets de sciure de bois en tant qu'agent de renforcement polyvalent pour les composites nanociment de silice : une étude systématique sur sa caractérisation et ses performances
- Translated title (Spanish)
- Nanocelulosa derivada de residuos de serrín de madera como agente de refuerzo versátil para materiales compuestos de nanocemento de sílice: un estudio sistemático sobre su caracterización y rendimiento
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4385638595
- DOI
- 10.1038/s41598-023-39788-x
References
- https://openalex.org/W1976585290
- https://openalex.org/W1977701261
- https://openalex.org/W1981053749
- https://openalex.org/W1989777637
- https://openalex.org/W1999001238
- https://openalex.org/W2001113143
- 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/W2109520483
- https://openalex.org/W2129268153
- https://openalex.org/W2138490021
- https://openalex.org/W2151756935
- https://openalex.org/W2166585940
- https://openalex.org/W2221387818
- https://openalex.org/W2273033195
- https://openalex.org/W2326898359
- https://openalex.org/W2330300279
- https://openalex.org/W2353618908
- https://openalex.org/W2411564648
- https://openalex.org/W2509168001
- https://openalex.org/W2526884663
- https://openalex.org/W2549976854
- 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/W2911941147
- https://openalex.org/W2915883788
- https://openalex.org/W2916505707
- https://openalex.org/W2950035457
- https://openalex.org/W2955580870
- https://openalex.org/W2973274055
- https://openalex.org/W2975388006
- https://openalex.org/W2985267361
- https://openalex.org/W2999643415
- https://openalex.org/W3006186472
- https://openalex.org/W3046317307
- https://openalex.org/W3085004916
- https://openalex.org/W3095411442
- https://openalex.org/W3118874227
- https://openalex.org/W3121663524
- https://openalex.org/W3128179105
- https://openalex.org/W4237853856
- https://openalex.org/W637045319
- https://openalex.org/W81924622