The possibility of using a combination of mineral admixtures as a replacement for cement may reduce the $CO_2$ emission which causes global warming and climatic changes on the environment. By using the combination of different byproducts from various industries, for replacing cement in concrete leads to saving in energy and natural resources. In this article, an attempt has been made to study the mechanical and water absorption properties of concrete incorporated with combination of Fly ash (FA), Alccofine (ALC) and Collodial Nano Silica (CNS) at 7, 28 and 56 days curing period. Cement has been partially replaced by combination of FA at 25%, ALC at 10% and CNS at 0.5%, 1%, 2% and 3% with water cement ratio of 0.43. The result indicates that the incorporation of combination of FA, ALC and CNS can be very effective in improvement of mechanical and water absorption properties of concrete. The Mix with a combination of 25% FA, 10% ALC and 1% CNS is most effective in improvement of mechanical and water absorption properties as compared with all other mixes.
Maryam Ashouri;Ehsanollah Zeighami;Alireza Azarioon;Seyyed Mohammad Mirhosseini;Sattar Ebrahimi Yonesi
Advances in nano research
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v.16
no.5
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pp.435-444
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2024
Microscopic defects within the microstructure of hardened cement paste are the main source of weakness in concrete. As a solution, nano-graphene oxide (GO) can be employed to improve the cement paste microstructure. However, there is a number of disadvantages, e.g., fluidity reduction and non-uniform dispersion. The present study sought to modify GO by fabricating a copolymer (PSGO) in a novel process to exploit the advantages of nano-GO while minimizing its disadvantages. Using 0.03wt% copolymerled to 38.8% higher tensile strength, 29.3% higher compressive strength and 25% higher workability. The SEM images revealed that GO and modified GO enhanced concrete by secondary hydration and bonding with C-S-H, creating a firm, integrated, and foil-like structure, and reducing the crack size and depth.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.11
no.2
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pp.153-160
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2023
In this study, nano-sized C-S-H crystals were synthesized using the liquid phase reaction method and their properties were investigated. The synthesized C-S-H crystals were added to the cement composite in suspension form to determine their effect on the hydration properties of the cement. The amount of chemical admixture was varied to obtain nano-sized C-S-H crystals with optimal agglomerated morphology, and SEM photographs were analyzed. A cleaning process was added to remove harmful substances other than the synthesiz ed C-S-H crystals. It was found that the concentration of harmful substances was reduced in the case of C-S-H crystals subjected to the cleaning process. The synthesized C-S-H suspensions were prepared with and without the cleaning process, and cement composites were prepared with the cement weight content as the main variable. The effect of C-S-H crystals on the initial hydration properties of the cement was confirmed by microhydration heat analysis. In addition, mortar specimens were prepared to measure the compressive strength over time. The test results showed that the nano-sized C-S-H crystals act as nucleation sites in the cement paste to promote the early hydration of the cement and increase the early compressive strength.
Amanda Freitas da Rosa;Thuany Schmitz Amaral;Maria Eduarda Paz Dotto;Taynara Santos Goulart;Hebert Luis Rossetto;Eduardo Antunes Bortoluzzi;Cleonice da Silveira Teixeira;Lucas da Fonseca Roberti Garcia
Restorative Dentistry and Endodontics
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v.48
no.1
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pp.3.1-3.14
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2023
Objectives: This study evaluated the effect of different nanoparticulated zinc oxide (nano-ZnO) and conventional-ZnO ratios on the physicochemical properties of calcium aluminate cement (CAC). Materials and Methods: The conventional-ZnO and nano-ZnO were added to the cement powder in the following proportions: G1 (20% conventional-ZnO), G2 (15% conventional-ZnO + 5% nano-ZnO), G3 (12% conventional-ZnO + 3% nano-ZnO) and G4 (10% conventional-ZnO + 5% nano-ZnO). The radiopacity (Rad), setting time (Set), dimensional change (Dc), solubility (Sol), compressive strength (Cst), and pH were evaluated. The nano-ZnO and CAC containing conventional-ZnO were also assessed using scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, and energy-dispersive X-ray spectroscopy. Radiopacity data were analyzed by the 1-way analysis of variance (ANOVA) and Bonferroni tests (p < 0.05). The data of the other properties were analyzed by the ANOVA, Tukey, and Fisher tests (p < 0.05). Results: The nano-ZnO and CAC containing conventional-ZnO powders presented particles with few impurities and nanometric and micrometric sizes, respectively. G1 had the highest Rad mean value (p < 0.05). When compared to G1, groups containing nano-ZnO had a significant reduction in the Set (p < 0.05) and lower values of Dc at 24 hours (p < 0.05). The Cst was higher for G4, with a significant difference for the other groups (p < 0.05). The Sol did not present significant differences among groups (p > 0.05). Conclusions: The addition of nano-ZnO to CAC improved its dimensional change, setting time, and compressive strength, which may be promising for the clinical performance of this cement.
Singh, Lok Pratap;Goel, Anjali;Bhattachharyya, Sriman Kumar;Ahalawat, Saurabh;Sharma, Usha;Mishra, Geetika
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.9
no.2
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pp.207-217
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2015
The influence of powdered and colloidal nano-silica (NS) on the mechanical properties of cement mortar has been investigated. Powdered-NS (~40 nm) was synthesized by employing the sol-gel method and compared with commercially available colloidal NS (~20 nm). SEM and XRD studies revealed that the powdered-NS is non-agglomerated and amorphous, while colloidal-NS is agglomerated in nature. Further, these nanoparticles were incorporated into cement mortar for evaluating compressive strength, gel/space ratio, portlandite quantification, C-S-H quantification and chloride diffusion. Approximately, 27 and 37 % enhancement in compressive strength was observed using colloidal and powdered-NS, respectively, whereas the same was up to 19 % only when silica fume was used. Gel/space ratio was also determined on the basis of degree of hydration of cement mortar and it increases linearly with the compressive strength. Furthermore, DTG results revealed that lime consumption capacity of powdered-NS is significantly higher than colloidal-NS, which results in the formation of additional calcium-silicate-hydrate (C-S-H). Chloride penetration studies revealed that the powdered-NS significantly reduces the ingress of chloride ion as the microstructure is considerably improved by incorporating into cement mortar.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2021.11a
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pp.172-173
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2021
With the development of nano-reinforcement technology and the increasing concern for environmental issues, TiO2 nanomaterials have received wide attention as an additive besides carbon nanomaterials that can be used to enhance the mechanical properties of cement-based materials. Also, TiO2-based materials can allow cement-baned materials with photocatalytic capability, providing a potentially effective approach to reduce environmental problems. In this work, compressive strength, splitting tensile strength, and degradation of methylene blue solution were used as target to assess the effect of TiO2 nanotubes on the mechanical strength and photocatalytic effect of hardened cement paste at different curing time. According to the strength results, the optimum amount of TiO2 was identified as 0.5% of the weight of cement. Meanwhile, the TiO2 nanotubes-reinforced specimen exhibited better photocatalytic effect in the early stage of curing.
The pumpability of the grouts is significant issue in concept of the rheological and workability properties during penetrating to voids and cracks. To improve the fluidity features of the grout mixes, the usage of Colloidal Nano Particular Powders (CNPPs) with mineral additives such as fly ash (FA) can contribute. Therefore, the main purpose of this study can be explained as investigating the usage effects of four types of Colloidal Nano Particular Powders (n-TiO2, n-ZnO, n-Al2O3 and n-SiO2) as nano additives on the rheological, workability and bleeding properties of cement-based grout incorporated with fly as. Test results showed that the usage of FA in the grout samples positively contribute to increase on the fluidity of the grout samples as expected. The dilatant behavior was observed from the results for all mixes. Observing the effect of nano-sized additives in such cement-based grout mixtures with high fluidity has presented remarkable effects in this study.
Akay, Canan;Tanis, Merve Cakirbay;Mumcu, Emre;Kilicarslan, Mehmet Ali;Sen, Murat
The Journal of Advanced Prosthodontics
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v.10
no.1
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pp.43-49
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2018
PURPOSE. The purpose of this in vitro study is to examine the effects of a nano-structured alumina coating on the adhesion between resin cements and zirconia ceramics using a four-point bending test. MATERIALS AND METHODS. 100 pairs of zirconium bar specimens were prepared with dimensions of $25mm{\times}2mm{\times}5mm$ and cementation surfaces of $5mm{\times}2mm$. The samples were divided into 5 groups of 20 pairs each. The groups are as follows: Group I (C) - Control with no surface modification, Group II (APA) - airborne-particle-abrasion with $110{\mu}m$ high-purity aluminum oxide ($Al_2O_3$) particles, Group III (ROC) - airborne-particle-abrasion with $110{\mu}m$ silica modified aluminum oxide ($Al_2O_3+SiO_2$) particles, Group IV (TCS) - tribochemical silica coated with $Al_2O_3$ particles, and Group V (AlC) - nano alumina coating. The surface modifications were assessed on two samples selected from each group by atomic force microscopy and scanning electron microscopy. The samples were cemented with two different self-adhesive resin cements. The bending bond strength was evaluated by mechanical testing. RESULTS. According to the ANOVA results, surface treatments, different cement types, and their interactions were statistically significant (P<.05). The highest flexural bond strengths were obtained in nano-structured alumina coated zirconia surfaces (50.4 MPa) and the lowest values were obtained in the control group (12.00 MPa), both of which were cemented using a self-adhesive resin cement. CONCLUSION. The surface modifications tested in the current study affected the surface roughness and flexural bond strength of zirconia. The nano alumina coating method significantly increased the flexural bond strength of zirconia ceramics.
Kim, Dong-Woon;Lee, Jung-Jin;Kim, Kyoung-A;Seo, Jae-Min
The Journal of Korean Academy of Prosthodontics
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v.54
no.4
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pp.354-363
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2016
Purpose: The aim of this study was to investigate whether the application of nano-structured alumina coating to the surface of Y-TZP could enhance the bond strength with resin cement. Materials and methods: A total of 80 zirconia plates were prepared and divided into four groups. : 1) airborne particle abrasion treatment (A) : 2) Rocatec treatment after airborne particle abrasion (R) : 3) nano-structured alumina coating treatment after polishing (PC) and 4) nano-structured alumina coating after airborne particle abrasion (AC). Alumina coating was formed by the hydrolysis of aluminium nitride (AlN) powder and heat treatment at $900^{\circ}C$. Coating patterns were observed with FE-SEM. Resin block was bonded to treated zirconia ceramics using resin cement. The shear bond strengths were measured before and after thermocycling. Results: The FE-SEM images show a dense and uniform nano-structured alumina coating structure, which enhances shear bond strength by increasing micro mechanical interlocking to resin cement. PC and AC groups showed higher shear bond strengths than A and R groups before and after thermocycling. A and R groups displayed significant drops in shear bond strength after thermocycling. However, PC and AC groups did not show any meaningful decreases in shear bond strength after thermocycling. Conclusion: Treatment of Y-TZP ceramics with nano-structured alumina coating could significantly increase their shear bond strength.
The rising prices of landfills and the lack of cement production are motivating researchers to be more interested in using wastes to produce concrete mixtures materials. The use of waste materials such as eggshell and matakoline waste not only reduces landfill costs and space, but also reduces the cost of cement production for the concrete mixture. However, recycling waste materials has become critical in order to effectively manage environmental sustainability. The purpose of this paper is to investigate the appropriate properties of self-compacting concrete (SCC) by incorporating waste materials such as crushed ceramics as coarse aggregate and nano egg shell (NES) and nanoclay (NC) as cement replacements. Fresh properties of SCC, such as segregation, flow time and diameter, V-funnel, H2/H1 ratio, and fresh unit weight of concrete mixtures, as well as hardened properties, such as 7, 14, and 28 days compressive strength and 28 and 90 days flexural strength, were measured for this purpose. The presence of NC in the SCC mixture enhanced the compressive strength of the concrete when 5% of NES was added or in the case without the addition of NES compared to the control mixture. The flexural strength enhanced with the incorporation of NC in the SCC increased the flexural strength of the concrete compared to the control mixture, but the incorporation of 5% of NES decreased the flexural strength compared to the mixtures with NC. These results prove the possibility of using crushed ceramics as the coarse aggregate, and NES and NC as substitutes for 5, 7, and 10% of the cement in SCC, because the properties of such SCC in hardened and fresh states are satisfactory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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