Устойчивое развитие строительных материалов требует создания цементных композитов с эффектом самовосстановления, обладающих встроенной способностью «заживления» трещин. Эта статья рассматривает методы получения и основные характеристики неавтономного (аутогенного) самовосстановления цементных композитов. К аутогенным «заживляющим» модификаторам цементных систем можно отнести минеральные добавки, волокна, наночастицы, наполнители и отвердители. Технологии их применения доказали свою эффективность для частичного и для полного ремонта трещин. Однако, эти методы самовосстановления, ограничиваются «заживлением» трещин шириной менее 150 мкм. Технология самовосстановления обеспечивает цементным композитам, способность адаптироваться и реагировать на окружающую среду, демонстрируя большой потенциал для облегчения создание широкого спектра устойчивых материалов и конструкций на основе цементного бетона.
Идентификаторы и классификаторы
В последнее время появилось большое количество научных исследований о самовосстанавливающихся цементных композитах [1 – 51]. Стоит отметить, что самозаживление или аутогенное самовосстановление трещин в цементном бетоне впервые исследованы Французской академией наук в 1836 году.
Список литературы
- Zhang W., Zheng Q., Ashour A., et al. Self-healing cement concrete composites for resilient infrastructures: A review // Composites Part B. 2020. V. 189. Pp. 107892.
- Wu M., Johannesson B., Geiker M. A. review: self-healing in cementitious materials and engineered cementitious composite as a self-healing material // Construction and Building Materials. 2012. V. 28(1). Pp. 571 – 583.
- Gray R.J. Autogenous healing of fiber/materix interfacial bond in fiber-reinforced mortar // Cement and Concrete Research. 1984. V. 14(3). Pp. 315– 317.
- Dry C.M. Matrix cracking repair and filling using active and passive modes for smart timed release of chemicals from fibers into cement matrices // Smart Materials and Structures. 1994. V. 3(2). Pp. 118–123.
- Li V.C., Lim Y.M., Chan Y.W. Feasibility study of a passive smart self-healing cementitious composite // Composites Part B. Engineering. 1998. V. 29(6). Pp. 819–827.
- Otsuki O., Hisada M., Ryu J., et al. Rehabilitation of concrete cracks by electrodeposition // Concrete International. 1999. V. 21(3). Pp. 58–63.
- TittelboomKim V., De Belie N. Self-healing in cementitious materials: A review //Materials. 2013. V. 6(6). Pp. 2182–2217.
- Tang W., Kardani O., Cui H. Robust evaluation of self-healing efficiency in cementitious materials: A review // Construction and Building Materials. 2015. V. 81. Pp. 233–247.
- Hung C.C., Su Y.F. Medium-term self-healing evaluation of Engineered Cementitious Composites with varying amounts of fly ash and exposure durations // Construction Building Materials. 2016. V. 118. Pp. 194–203.
- Sahmaran M., Yildirim G., Noori R., et al. Repeatability and pervasiveness of self-healing in engineered cementitious composites // ACI Materials Journal. 2015. V. 112(4). Pp. 513–522.
- Yıldırım G., Khiavi A., Yesilmen S., et al. Self-healing performance of aged cementitious composites // Cement and Concrete Composites. 2018. V. 87. Pp. 172–186.
- Van Tittelboom K., Gruyaert E., Rahier H., et al. Influence of mix composition on the extent of autogenous crack healing by continued hydration or calcium carbonate formation // Construction and Building Materials. 2012. V. 37. Pp. 349–359.
- Huang H., Ye G., Damidot D. Effect of blast furnace slag on self-healing of microcracks in cementitious materials // Cement and Concrete Research. 2014. V. 60. Pp. 68–82.
- Ahn T., Kishi T. Crack self-healing behavior of cementitious composites incorporating various mineral admixtures // Journal of Advanced Concrete Technology. 2010. V. 8(2). Pp. 171–186.
- Jiang Z., Li W., Yuan Z. Influence of mineral additives and environmental conditions on the self-healing capabilities of cementitious materials // Cement and Concrete Composites. 2015. V. 57. Pp. 116–127.
- Pang B., Zhou Z., Hou P., et al. Autogenous and engineered healing mechanisms of carbonated steel slag aggregate in concrete // Construction and Building Materials. 2016. V. 107. Pp. 191–202.
- Qureshi TS., Al-Tabbaa A. Self-healing of drying shrinkage cracks in cement-based materials incorporating reactive MgO // Smart Materials and Structures. 2016. V. 25(8) Pp. 084004.
- Kan L.L., Shi H.S. Investigation of self-healing behavior of engineered cementitious composites (ECC) materials // Construction and Building Materials. 2012 V. 29. Pp. 348–356.
- Hung C., Su Y., Hung H. Impact of natural weathering on medium-term self-healing performance of fiber reinforced cementitious composites with intrinsic crack width control capability // Cement and Concrete Composites. 2017. V. 80.Pp. 200–209.
- Choi H., Inoue M., Kwon S., et al. Effective crack control of concrete by self-healing of cementitious composites using synthetic fiber // Journal of the Materials. 2016. V. 9(4). P. 248.
- Siad H., Lachemi M., Sahmaran M., et al. Advanced engineered cementitious composites with combined self-sensing and self-healing functionalities // Construction and Building Materials. 2018. V. 176. Pp. 313–322.
- Wang J., Ding S., Han B., et al. Self-healing properties of reactive powder concrete with nanofillers // Smart Materials and Structures. 2018. V. 27(11). Pp. 115033.
- Zhutovsky S., Kovler K., Bentur A. Effect of hybrid curing on cracking potential of high-performance concrete // Cement and Concrete Research. 2013. V. 54. Pp. 36–42.
- Snoeck D., Van Tittelboom K., Steuperaert S., et al. Self-healing cementitious materials by the combination of microfibres and superabsorbent polymers // Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 2014. V. 25(1). Pp. 13–24.
- Justs J., Wyrzykowski M., Bajare D., et al. Internal curing by superabsorbent polymers in ultra-high performance concrete // Cement and Concrete Research. 2015. V. 76. Pp. 82–90.
- Tyagi S. An experimental investigation of self curing concrete incorporated with polyethylene glycol as self curing agent. International Journalof Mechanical Engineering Research Technology. 2015. V. 2(6). Pp. 129–132.
- Snoeck D., Pel L., De Belie N. The water kinetics of superabsorbent polymers during cement hydration and internal curing visualized and studied by NMR // Scientific Reports. 2017. V. 7(1). Pp. 1–14.
- Dong B., Fang G., Ding W., et al. Self-healing features in cementitious material with urea–formaldehyde/epoxy microcapsules // Construction and Building Materials. 2016. V. 106. Pp. 608–617.
- Kanellopoulos A., Giannaros P. The effect of varying volume fraction of microcapsules on fresh, mechanical and self-healing properties of mortars // Constructionand Building Materials. 2016. V. 122. Pp. 577–593.
- Van Tittelboom K., De Belie N., Lehmann F., et al. Acoustic emission analysis for the quantification of autonomous crack healing in concrete // Construction and Building Materials. 2012. V. 28(1). Pp. 333–341.
- Kanellopoulos A., Qureshi T. S., Al-Tabbaa A. Glass encapsulated minerals for selfhealing in cement based composites // Construction and Building Materials. 2015. V. 98. Pp. 780–791.
- Wang J. Y., De Belie N., Verstraete W. Diatomaceous earth as a protective vehicle for bacteria applied for self-healing concrete //Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology. 2012. V. 39.Pp. 567–577.
- Chuah S., Pan Z., Sanjayan J., et al. Nano reinforced cement and concrete composites and new perspective from graphene oxide // Constructionand Building Materials. 2014. V. 73. Pp. 113–124.
- Escoffres P., Desmettre C., Charron J. Effect of a crystalline admixture on the selfhealing capability of high-performance fiber reinforced concretes in service conditions // Construction and Building Materials. 2018. V. 173. Pp. 763–774.
- Lee H. Potential of superabsorbent polymer for self-sealing cracks in concrete // Advances in Applied Ceramics. 2010. V. 109(5). Pp. 296–302.
- Li V.C., Herbert E. Robust self-healing concrete for sustainable infrastructure // Journal of Advanced Concrete Technology. 2012. V. 10(6). Pp. 207–218.
- Gwon S., Ahn E., Shin M. Self-healing of modified sulfur composites with calcium sulfoaluminate cement and superabsorbent polymer // Composites. Part B-Engineering. 2019.V. 162. Pp. 469–483.
- Cuenca E., Tejedor A., Ferrara L. A methodology to assess crack-sealing effectiveness of crystalline admixtures under repeated cracking-healing cycles // Construction and Building Materials. 2018. V. 179. Pp. 619–632.
- Snoeck D., De Belie N. From straw in bricks to modern use of microfibers in cementitious composites for improved autogenous healing a review // Construction and Building Materials. 2015. V. 95. Pp. 774–787.
- Han B., Sun S., Ding S., et al. Review of nanocarbon-engineered multifunctional cementitious composites // Composites Applied Science and Manufacturing. 2015. V. 70.Pp. 69–81.
- Norhasri M.S., Hamidah M.S., Fadzil A.M. Applications of using nano material in concrete: a review // Construction and Building Materials.2017. V. 133. Pp. 91–97.
- Li Z., Ding S., Yu X., et al. Multifunctional cementitious composites modified with nano titanium dioxide: a review // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2018. V. 111. Pp. 115–137.
- Guadagno L., Vertuccio L., Naddeo C., et al. Self-healing epoxy nanocomposites via reversible hydrogen bonding // Composites Part B: Engineering. 2019. V. 157. Pp. 1–13.
- Lv C., Wang J., Li Z., et al. Degradable, reprocessable, self-healing PDMS/CNTs nanocomposite elastomers with high stretchability and toughness based on novel dual-dynamic covalent sacrificial system // Composites Part B: Engineering. 2019. V. 177. Pp. 107270.
- Nie J., Mou W., Ding J., et al. Bio-based epoxidized natural rubber/chitin nanocrystals composites: self-healing and enhanced mechanical properties // Composites Part B: Engineering. 2019. V. 172. Pp. 152–160.
- Han B., Li Z., Zhang L., et al. Reactive powder concrete reinforced with nano SiO2-coated TiO2 // Construction and Building Materials. 2017. V. 148. Pp. 104–112.
- Zhang L., Ma N., Wang Y., et al. Study on the reinforcing mechanisms of nano silica to cement-based materials with theoretical calculation and experimental evidence // Journal of Composite Materials. 2016. V. 50(29) Pp. 4135–4146.
- Mohseni E., Miyandehi B., Yang J., et al. Single and combined effects of nano-SiO2, nano-Al2O3 and nano-TiO2 on the mechanical, rheological and durability properties of self-compacting mortar containing fly ash // Construction and Building Materials. 2015. V. 84. Pp. 331–340.
- Cui X., Han B., Zheng Q., et al. Mechanical properties and reinforcing mechanisms of cementitious composites with different types of multiwalled carbon nanotubes // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2017. V. 103. Pp. 131–147.
- Kumar M.V.J., Srikanth M., Rao K.J. Strength characteristics of self-curing concrete // International Journal of Research in Engineering and Technology. 2012. V. 1(1). Pp. 51–57.
- Snoeck D., Dewanckele J., Cnudde V., et al. X-ray computed microtomography to study autogenous healing of cementitious materials promoted by superabsorbent polymers // Cementand ConcreteComposites.2016. V. 65. Pp.83–93.
Выпуск
Другие статьи выпуска
Статья посвящена юбилею со дня рождения Федина Александра Андреевича
В статье подробно описана методика определения морозостойкости щебня методом многократного попеременного замораживания и оттаивания, а также ускоренным методом путем погружения материала в раствор сульфата натрия и последующим высушиванием. Проведено исследование морозостойкости щебня из песчаника ускоренным способом, а также выполнена оценка данного показателя для щебня Обуховского (Тульская область) и Апанасовского (Ростовская область) месторождений. Полученные экспериментальные данные показали, что песчаник обладает высокими показателями и может быть использован в качестве крупного заполнителя в бетонных и железобетонных конструкциях, не подверженных многократному замораживанию и оттаиванию, а также применяться при возведении временных дорог и строений, для которых долгосрочная устойчивость материала не является основным требованием.
Перспективным методом улучшения характеристик бетона, железобетона, а также цементного раствора является применение послеспиртовой барды – побочного продукта дистилляции этилового спирта. Детальное изучение состава барды, состава добавки, в которую предполагается включить данный материал, поможет в разработке новых методов переработки данного отхода спиртовой промышленности, повысить качество и уменьшить стоимость изготовления бетонных изделий. В ходе анализа проведен литературный обзор научных материалов, посвященных изучению влияния послеспиртовой барды на бетон, а также зависимости данного влияния от состава добавки. Проведенные исследования подтверждают актуальность направления исследования влияния добавки барды в состав бетона, а также могут служить основой для выбора направления дальнейших исследований по данному вопросу.
Исследованы возможности микроволновой химии в части активации реакций растворения кислотоупорных компонентов при переработке минерального сырья. Выявлены и разграничены два альтернативных режима обработки гетерогенных реакционных смесей сверхвысокочастотным (СВЧ) электромагнитным полем. При этом, с одной стороны, необходимо приведение частоты активирующего микроволнового поля в соответствие с гранулометрическим составом гетерогенной реакционной смеси, а с другой стороны, целесообразно вовлечение в реакционный процесс сильнодиэлектрических веществ, обладающих большими диэлектрическими потерями. Обозначенный подход послужил отправной точкой для разработки технологических схем извлечения осмия и золота. Для извлечения осмия предложена двухступенчатая схема СВЧ обработки сырья, позволяющая обеспечить продуцирование атомарного кислорода в жидкой фазе пульпы, а в конечном итоге – интенсивное окисление еѐ твѐрдой фазы. При этом для улавливания летучего оксида OsO4 осмийсодержащие возгоны следует пропускать через термостатированный при температуре 295 298 K раствор олефина в инертном органическом растворителе. Для извлечения тонкого (ультрадисперсного) золота предложен метод гидратного хлорирования. При его осуществлении решающее значение имеет контролируемое нагнетание углекислого газа, стабилизирующее кислотность реакционной смеси и тем самым обеспечивающее автоколебательный характер результирующего процесса растворения золота с образованием тетрахлороаурат(III)-анионов [AuCl4]–
Данная статья является логическим продолжением серии публикаций по проблеме создания эффективных самовосстанавливающихся цементных композитов. В ней рассматриваются методы получения и основные характеристики автономного самовосстановления цементных композитов по капсульной и сосудистой технологиям. Автономные методы самовосстановления показали лучшую эффективность при «заживлении» трещин, чем большинство аутогенных методов. Самовосстанавливающиеся цементные бетоны с биомиметическими свойствами, полученные с применением макро- и микрокапсулирования, сосудистых сетей является на сегодняшний день наиболее исследуемым предметом в области строительного материаловедения.
В этой статье дается обзор научно-технической литературы по механизмам самовосстановления современных композитов. Рассмотрены основные способы получения полимерных, керамических и металлических композитов, перечислены и описаны механизмы их самовосстановления, а также области их применения. Показано, что изучение механизмов самовосстановления современных композитов открывает перед инженерами перспективы для создания более долговечных и надежных конструкций и изделий.
Рассмотрены вопросы макроскопической кинетики роста нитевидных нанокристаллов (ННК) полупроводников без исследования атомно-молекулярной стороны процессов, что позволяет изучить закономерности основного химического взаимодействия и исключить влияние побочных явлений. Показано, что на чисто химические ростовые реакции образования ННК накладываются физические процессы, прежде всего явления переноса вещества от фазы к фазе и передачи энергии (диффузия, теплообмен и др.), в литературе имеются противоречивые данные о характере влияния различных факторов на скорость роста кристаллов и существуют неоднозначные оценки лимитирующей стадии. Определено, что для правильного описания кинетики роста ННК полупроводниковых материалов нельзя игнорировать влияние всей совокупности параметров ростовых режимов, таких как давление прекурсора, температура, скорость потока, тип катализатора, кристаллографическая ориентация и др., на баланс физико-химических процессов.
Издательство
- Издательство
- ВГТУ
- Регион
- Россия, Воронеж
- Почтовый адрес
- 394006, Воронежская область, город Воронеж, ул. 20-летия Октября, д. 84
- Юр. адрес
- 394006, Воронежская область, город Воронеж, ул. 20-летия Октября, д. 84
- ФИО
- Проскурин Дмитрий Константинович (РЕКТОР)
- E-mail адрес
- rector@vorstu.ru
- Контактный телефон
- +_ (___) _______
- Сайт
- https://cchgeu.ru/