Νανοϋλικά και Δομικά υλικά: Επίδραση των νανοϋλικών στη δομή και στις μηχανικές ιδιότητες των υλικών τσιμέντου
Creators: name: Τζιλέρογλου, Χρυσούλα Δημητρίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2016
Subjects: Νανοσύνθετα τσιμεντοειδή υλικά
Υλικά επικαλύψεων
Νανοΐνες άνθρακα, νανοσωλήνες άνθρακα, οξείδιο του γραφενίου
Nanocomposites cementitious materials
Coatings
Carbon nanofibers, carbon nanotubes, graphene oxide

description: Στη παρούσα διπλωματική εργασία παρασκευάστηκαν νανοσύνθετα δομικά υλικά και μελετήθηκαν οι ιδιότητες τους. Σκοπός της μελέτης είναι η ανάπτυξη νανοσύνθετων δομικών υλικών με υψηλή μηχανική αντοχή και χαμηλή διαπερατότητα (μειωμένη τριχοειδής απορρόφηση και χαμηλό πορώδες). Συγκεκριμένα, παρασκευάστηκαν τσιμεντοκονιάματα με βάση το λευκό τσιμέντο υψηλής αντοχής (CEM I 52.5 R) με την προσθήκη: α) νανοϊνών κυτταρίνης, β) νανοϊνών άνθρακα, γ) νανοσωλήνων άνθρακα και δ) οξειδίου του γραφενίου. Η διασπορά των νανοϋλικών στα τσιμεντοκονίαματα μελετήθηκε διεξοδικά και δημιουργήθηκε βελτιστοποιημένη διαδικασία, ενώ για την βέλτιστη διασπορά τους χρησιμοποιήθηκε κατάλληλο πολυμερές ως πρόσμικτο. Τα νανοϋλικά προστέθηκαν σε διάφορα ποσοστά από 1% έως 0,1% κ.β. τσιμέντου. Η επίδραση των νανοϋλικών διερευνήθηκε σε μία σειρά ιδιοτήτων κυρίως μηχανικών (στη μκροκλίμακα και την νανοκλίμακα), δομικών και φυσικών. Η χρήση λάτεξ ως πρόσμικτο φάνηκε να συμβάλει στη μείωση του ανοιχτού πορώδους και της τριχοειδής συρρίκνωσης και ταυτόχρονα στη διατήρηση της αντοχής των δοκιμίων. Οι νανοΐνες κυτταρίνης δεν φάνηκαν να συνεισφέρουν στη βελτίωση των μηχανικών χαρακτηριστικών των συνθέσεων καθώς όλες οι μετρήσεις τους ήταν συγκρίσιμες με της αναφοράς. Εικόνες SEM όμως καταδεικνύουν την καλή τους ενσωμάτωση μέσα στη μήτρα του τσιμέντου. Οι ενισχυμένες συνθέσεις με νανοϋλικά άνθρακα έδωσαν βελτιωμένα μηχανικά χαρακτηριστικά, που έφτασαν μέχρι και 50% άυξηση της θλιπτικής αντοχής για το νανοσύνθετο με οξείδιο του γραφενίου. Σύγκριση συνθέσεων διαφορετικών ποσοστών νανοϊνών άνθρακα 1-0,1% έδειξε πως το μικρότερο ποσοστό νανοϊνών επιφέρει τη μεγαλύτερη αύξηση θλιπτικής αντοχής, που φτάνει το 37% σε σχέση με τη σύνθεση αναφοράς.
description: The aim of this thesis is the synthesis, characterization and study of the properties of cementious nanocomposite materials. The use of nanomaterials is attempted to be determined, mainly from a technical point of view and how they affect the performance of the final nanocomposites. In this thesis nanocomposite structural materials were composed and their properties were studied. The purpose of the study is the development of nanocomposite structural materials with high mechanical strength and low permeability (decreased capillary absorption and low porosity). In particular, mortars were prepared with high-strength white cement (CEM I 52.5 R) and with the addition of: a) cellulose nanofibers, b) carbon nanofibers, c) carbon nanotubes, and d) graphene oxide. The dispersion of nanomaterials in mortars was thoroughly studied and an optimized technic was created and for their optimal dispersion a suitable polymer was used as an additive. Nanomaterials were added at different rates from 0.1% to 1% by weight of cement. The impact of the use of nanomaterials was investigated mainly in their mechanical (in micro and nano scale), structural and physical. The use of SBR as an additive appeared to help the reduction of open porosity and sorptivity and at the same time it maintained the mechanical strength. Cellulose nanofibers did not contribute to improving the mechanical characteristics of the nanocomposites as well as all the measurements were close to the plain cementitious materials. SEM images demonstrate their good adhesion into the cement matrix. Nanocomposites with carbon nanomaterials gave improved mechanical characteristics, which reached an increase up to 50% in compressive strength for the nanocomposite with the graphene oxide. Comparison between cementitious materials with different percentages of carbon nanofibers from 1 to 0.1% showed that the lowest rate of nanofibres cause the greatest increase in compressive strength, which reaches up to 37% compared to the plain cementitious materials.