Beton jest zwykle najcz??ciej u?ywanym materia?em budowlanym. Jest to przyjazny dla u?ytkownika, ekonomiczny, ?atwy w formowaniu i wydajny materia? konstrukcyjny. Ma jednak równie? pewne wady, takie jak niski modu? spr??ysto?ci, ma?y zakres spr??ysto?ci, niska wytrzyma?o?? na rozci?ganie i zginanie oraz s?aba przepuszczalno?? (a zatem podatna na korozj?). Dlatego do wzmocnienia betonu, aby przezwyci??y? te niedoci?gni?cia, zwykle stosuje si? metal, polimer i w?ókno. Konieczne jest zbadanie twardych materia?ów innych ni? stal, takich jak ró?ne w?gliki metali, aby wzmocni? w?a?ciwo?ci betonu w postaci proszku i gruboziarnistych cz?stek.

W?gliki metali mog? wyst?powa? naturalnie i mog? by? równie? wytwarzane jako produkty uboczne ró?nych ga??zi przemys?u. Jednak w?gliki maj? unikalne w?a?ciwo?ci, takie jak twardo??, odporno?? na zu?ycie, wytrzyma?o?? na rozci?ganie, t?umienie neutronów, odporno?? na ciep?o i bezw?adno?? chemiczna. Dodawane s? do metali, aby kompozyty by?y twarde, odporne na korozj? i chemikalia, a tak?e do wytwarzania ró?nych narz?dzi. W celu uzyskania lepszego efektu dodawania w?glików do ceramiki metalowej. Naukowcy zacz?li bada? te w?gliki jako domieszki do betonu. Niektóre artyku?y pokazuj?, ?e zastosowanie ?u?la pow?glikowego wzd?u? SCM mo?e zmniejszy? zu?ycie cementu w betonie. Inne artyku?y równie? potwierdzi?y, ?e ten rodzaj w?glika ma lepsz? trwa?o??. Badacze wykorzystali ró?ne formy w?glików, takie jak nanocz?stki, proszki, p?atki czy w?ókna. Wielko?? i kszta?t w?glików wp?ywa na ich w?a?ciwo?ci w kompozytach.

W?glik wolframu (WC) jest przydatny, poniewa? jest materia?em chroni?cym przed promieniowaniem. WC w postaci nanoproszku zapewnia wy?sz? ochron? przed promieniowaniem i lepsz? wytrzyma?o?? na ?ciskanie. Ponadto ma równie? doskona?? odporno?? na zu?ycie, twardo?? i stabilno?? chemiczn?. Ponadto WC jest materia?em ogniotrwa?ym odpornym na wysokie temperatury. Jest bardzo twardy, o sztywno?ci 18 – 22 GPA i module Younga 700 GPa. Sie? WC mo?e wytworzy? okre?lon? plastyczno?? i wysoki zakres plastyczno?ci przy zachowaniu wysokiej sztywno?ci. Posiada wysok? odporno?? na korozj?. WC wystawiony na dzia?anie powietrza b?dzie wykazywa? oznaki korozji w temperaturach przekraczaj?cych 600 °C. WC jest równie? poch?aniaczem promieniowania elektromagnetycznego.

WC stosuje si? samodzielnie lub zmieszany z ró?nymi kompozytami metalowymi w celu poprawy wytrzyma?o?ci. Ze wzgl?du na swoj? wytrzyma?o??, stabilno?? chemiczn?, sztywno?? i odporno?? na wysokie temperatury, ten ceramiczny w?glik jest równie? stosowany do poprawy w?a?ciwo?ci mechanicznych ró?nych kompozytów. WC to odpad z w?glika spiekanego, a odpadem jest równie? SiC.

Wolfram i w?glik wolframu zapewniaj? doskona?e ekranowanie promieniowania gamma i absorpcj? neutronów. WC ma synergiczny wp?yw na zu?ycie i korozj? kompozytów i jest stosowany do poprawy ?ywotno?ci kompozytów. Naukowcy odkryli, ?e po dodaniu do kompozytów aluminium mieszanie w?glika krzemu i w?glika wolframu poprawia wytrzyma?o?? na ?ciskanie, rozci?ganie i odporno?? na zu?ycie, poniewa? oba w?gliki s? twardszymi i mocniejszymi materia?ami.

W pracy przedstawiono wp?yw w?glików (w?glika krzemu i w?glika wolframu) na w?a?ciwo?ci mechaniczne i przepuszczalno?? kompozytów betonowych oraz okre?lenie ich kompatybilno?ci z betonem. Te dwa rodzaje w?glików s? dodawane odpowiednio z 1%, 2%, 3% i 4% o masie cementu w betonie. Zastosowano równie? mieszan? kombinacj? 2% i 4% dwóch w?glików. Badano g?sto??, wytrzyma?o?? na ?ciskanie, odporno?? na korozj? i zginanie betonu.

G?sto?? 

Rysunek 1 przedstawia g?sto?? wszystkich próbek betonu. Jak pokazano na rysunku 4 g?sto?? betonu wzrasta wraz ze wzrostem udzia?u w?glika wolframu i w?glika krzemu. G?sto?? w?glików pojedynczych i mieszanych oraz w?glików mieszanych osi?ga maksimum przy g?sto?ci 4%.

Zwi?kszaj?c zawarto?? procentow? w?glika wolframu w betonie, g?sto?? nieznacznie wzrasta. Dzi?ki zastosowaniu mniejszej zawarto?ci procentowej w?glika wolframu nie ma znacz?cej zmiany g?sto?ci. Jednak nadal stwierdzili?my, ?e stosowanie SiC w betonie mo?e zwi?kszy? g?sto??. Typowa g?sto?? WC jest wy?sza ni? g?sto?? sk?adu betonu. Mo?e to by? powodem, dla którego w?gliki zwi?kszaj? g?sto?? betonu, nawet je?li ich udzia? procentowy jest bardzo niski.

Rysunek 1. G?sto?? próbek cementu

wytrzyma?o?? na ?ciskanie

Rysunek 2 przedstawia wytrzyma?o?? na ?ciskanie kompozytów z betonu karbonizowanego. Wytrzyma?o?? betonu na ?ciskanie nieznacznie wzrasta wraz ze wzrostem udzia?u pojedynczych i mieszanych w?glików do 4%. Gdy zawarto?? WC wynosi 4%, wytrzyma?o?? na ?ciskanie wzrasta o 17%. Wzrost wytrzyma?o?ci na ?ciskanie mo?na przypisa? ma?ej strukturze w?óknistej WC zastosowanej w badaniach. Mo?na wywnioskowa?, ?e ma?e w?ókno WC mo?na porówna? z w?óknem stalowym pod wzgl?dem wydajno?ci i kosztów. Zazwyczaj badacze stosuj? zawarto?? w?ókien 1 – 3% obj?to?ci betonu. Jednak w?gliki u?yte w tym badaniu s? dodatkami w stosunku do masy cementu; Dlatego ich ilo?? mo?e by? znacznie mniejsza ni? zwyk?ych w?ókien. Ta metoda zosta?a zaprojektowana, poniewa? jest wygodniejsza i ?atwiejsza w u?yciu materia?ów z pewnym procentem cementu.

Rycina 2. Wytrzyma?o?? próbek na ?ciskanie po 28 dniach.?

Stwierdzono, ?e mieszane WC mo?e znacznie poprawi? wytrzyma?o?? betonu na ?ciskanie. Mo?e to by? spowodowane tym, ?e w?gliki tworz? lepsz? powierzchni? mi?dzyfazow?, cz?stki lepiej si? gromadz?, pozostawiaj?c mniej pustych przestrzeni, co skutkuje wy?sz? g?sto?ci?. Wzrost wytrzyma?o?ci na ?ciskanie mo?na równie? przypisa? wrodzonej wytrzyma?o?ci na ?ciskanie w?glików jako sk?adnika betonu.

Wytrzyma?o?? na zginanie

Najwa?niejsz? w?a?ciwo?ci? betonu jest wytrzyma?o??. Wytrzyma?o?? betonu na zginanie jest generalnie s?aba. Wytrzyma?o?? na zginanie odgrywa bardzo wa?n? rol? w projektowaniu nawierzchni betonowych. Wzrost wytrzyma?o?ci na rozci?ganie/zginanie jest celem, który naukowcy maj? nadziej? osi?gn??. Beton o wysokiej wytrzyma?o?ci na rozci?ganie/zginanie jest mniej podatny na p?kni?cia i problemy z trwa?o?ci?. Ponadto wytrzyma?o?? na zginanie jest najwa?niejszym parametrem w projektowaniu nawierzchni betonowych. Teraz naukowcy próbuj? poprawi? wytrzyma?o?? na zginanie, stosuj?c ró?ne domieszki, w?ókna i inne technologie betonu nawierzchni.

Wp?yw ró?nych udzia?ów procentowych w?glików w betonie na jako?? gi?cia przedstawiono na rysunku 3.

Rysunek 3. Wytrzyma?o?? próbki na zginanie po 28 dniach.

Dodanie pojedynczych i mieszanych w?glików znacznie poprawia wytrzyma?o?? betonu na zginanie. WC ma wysok? wytrzyma?o?? na rozci?ganie, ale jest stosowany w postaci drobnych w?ókien. Nawet je?li ilo?? u?ycia jest bardzo ma?a, mo?e to znacznie poprawi? wytrzyma?o?? na zginanie. Arkusze z w?glika krzemu nie pozwalaj? na ?atwe uszkodzenie pryzmatów. Zapewniaj? wystarczaj?ce zbrojenie, aby poprawi? wytrzyma?o?? betonu na zginanie. Chocia? WC ma wysok? wytrzyma?o?? na rozci?ganie / zginanie, nie mo?e skutecznie przenosi? napr??eń rozci?gaj?cych ze wzgl?du na swój ma?y rozmiar (3 do 4 mm). Im wy?sza wytrzyma?o?? w?asna w?glików, tym wy?sza wytrzyma?o?? kompozytów na zginanie. Ponadto odporno?? na zu?ycie nie pozwala na ?atwe przemieszczanie si? cz?stek kompozytowych. To sprawia, ?e wytrzyma?o?? kompozytu jest wy?sza.

Mieszanka WC i innych w?glików ma wysok? wytrzyma?o?? na zginanie. WC jest zwykle mieszany z innymi metalami ze wzgl?du na efekt synergiczny. Niektórzy badacze odkryli, ?e WC i SiC maj? synergistyczny wp?yw na kompozyty. Odkryli efekt synergiczny mi?dzy dwoma w?glikami we wzmacnianiu kompozytów. Lepsze wyniki kompozytów WC + SiC mo?na przypisa? lepszej granicy faz i synergicznemu dzia?aniu kompozytów w?glikowych. Analiza ANOVA wykaza?a, ?e udzia? procentowy w?ókien w poprawie wytrzyma?o?ci na zginanie równie? potwierdzi? istotny wp?yw dwóch procentów w?glików na wytrzyma?o?? na zginanie.

Rysunek 4. Zmienno?? wytrzyma?o?ci na zginanie wraz ze wzrostem procentu WC.?

Szybki test przepuszczalno?ci chlorków?

Przepuszczalno?? betonu jest kluczow? cech? kontrolowania innych problemów z trwa?o?ci?. Wi?ksza przepuszczalno?? wi??e si? z ni?sz? trwa?o?ci?, wy?szym potencja?em korozji i innymi problemami z trwa?o?ci?. Test RCPT to standardowa metoda badawcza maj?ca na celu okre?lenie przepuszczalno?ci chlorków i mo?liwo?ci korozji stali. Po uzyskaniu najlepszych wyników dla 4% pojedynczych i mieszanych w?glików przeprowadzono szybkie oznaczenie chlorków dla tych w?glików betonu.

Rysunek 5 przedstawia wyniki RCPT poprzez porównanie ?rednich ?adunków betonu kompozytowego i zwyk?ego przez samochód. Test wykaza?, ?e minimalna op?ata przesz?a WC 4%.

Rysunek 5. Szybki test przepuszczalno?ci chlorków próbek.?

Wyniki pokazuj?, ?e WC ma najwi?ksz? odporno?? na wnikanie jonów chlorkowych. Stosowany samodzielnie lub zmieszany, WC zmniejsza przepuszczalno?? kompozytów betonowych. WC jest bardzo g?sty i nie przepuszcza jonów. Dlatego nawet niewielka ilo?? WC mo?e stanowi? barier? dla przechodzenia jonów przez beton. Jednak w?glik krzemu wykazuje wy?sz? przepuszczalno??. Hybrydowe kompozyty w?glikowe zmniejszaj? przepuszczalno?? dzi?ki efektowi synergii i lepszej g?sto?ci.

Skaningowy mikroskop elektronowy z emisj? polow?

Rysunek 6 przedstawia obrazy ze skaningowego mikroskopu elektronowego z emisj? polow? próbek kontrolnych (a), wc4% (B – d) i sic4% (E, f).

Rys 6. Wyniki FESEM dla (a) próbki kontrolnej, (b–d) próbki WC4% oraz (e,f) SiC4%.?

Na Fig. 10B iglasty metaliczny po?ysk pod produktem uwodnienia pokazuje obecno?? wiskerów WC. Oczywi?cie ig?a przechodzi przez bardzo drobn? szczelin?, aby zniwelowa? p?kni?cie. WC nie wykazuje wyra?nych ITZ, co mo?e by? powodem, dla którego dodanie WC prowadzi do lepszej wytrzyma?o?ci. Wiskery z w?glika wolframu wygl?daj? podobnie do litych metali i nie maj? widocznych porów. WC wydaje si? równie? przyci?ga? produkty nawil?aj?ce. Na ryc. 10d wida? okr?g produktów uwodnienia bia?ej soli, które mog? tworzy? si? na końcu ig?y WC. Dobra mi?dzywarstwa i niejasne ITZ pokazuj?, ?e WC ma lepsz? kompatybilno?? z betonem, co skutkuje lepsz? wytrzyma?o?ci?. Brak wyra?nej porowato?ci prowadzi do niskiej przepuszczalno?ci.

wniosek

W pracy zbadano wp?yw w?glika wolframu (WC), jednego z najtwardszych materia?ów na ziemi, na wytrzyma?o?? betonu na ?ciskanie, zginanie i przepuszczalno??. U?ywanie samego w?glika wolframu i dodanie go do 4% masy cementu w postaci mieszanej w celu wytworzenia kompozytów w?glikowo-betonowych b?dzie bardzo dobrym wyborem.

Zwi?kszenie udzia?u w?glików w formach pojedynczych i mieszanych zwi?ksza wytrzyma?o?? betonu na ?ciskanie i zginanie. Wraz ze wzrostem wytrzyma?o?ci na ?ciskanie wytrzyma?o?? na ?ciskanie kompozytu betonowego WC (tj. 17%) jest wy?sza ni? kompozytu SiC (wytrzyma?o?? na ?ciskanie wzrasta o 6%). WC nadaje si? szczególnie do betonu chodnikowego.

Gdy dawka wynosi 4%, przepuszczalno?? kompozytów WC i hybrydowych jest stosunkowo niska. Obrazy FESEM równie? zweryfikowa?y wyniki. Oczywi?cie zarówno wolfram, jak i w?glik mog? poprawi? wydajno?? i by? kompatybilne z betonem. Jednak hybrydowe kompozyty w?glikowe zapewniaj? efekty synergiczne poprzez popraw? wytrzyma?o?ci mechanicznej, zw?aszcza wytrzyma?o?ci na zginanie, oraz zmniejszenie przepuszczalno?ci.

Sugestie na przysz?o??

W?a?ciwo?ci kompozytów poprawia si? bezpo?rednio poprzez dodanie 4%. Oznacza to, ?e mo?na zbada? wy?szy procent w?glika wolframu. Prace te mo?na dalej rozszerzy? na kompozyty betonowe w celu uzyskania innych unikalnych w?a?ciwo?ci tworz?cych je w?glików, w tym ekranowania neutronów, kuloodpornych barier przed promieniowaniem elektromagnetycznym dla reaktorów j?drowych i drukowania 3D. Uzyskanie pozytywnych wyników mo?e utorowa? drog? do produkcji cementu i betonu o specjalnych w?a?ciwo?ciach.