Hur kiselkarbid används i betong

Kiselkarbid (SiC) är ett av de hårdaste materialen på jorden och används ofta i blästermedel och halkfria produkter.

Vid 7 dagar undersöktes tryckhållfasthet och värmeledningsförmåga hos cementbaserade kompositer som förstärkts med SiC. SiC tillsattes fysiskt utan att gå igenom några nya kemiska reaktionsprocesser.

WC och SiC, när de tillsattes var för sig eller kombinerades som hybridkomponenter, ökade betongkompositernas densitet och böjhållfasthet avsevärt.

Tryckhållfasthet

Kiselkarbid (SiC) är ett extremt hårt keramiskt material med utmärkt utmattningshållfasthet, hög värmeledningsförmåga, låg expansionskoefficient och korrosionsbeständighet. Tack vare denna kombination av egenskaper är SiC ett attraktivt material för användning i betongtillämpningar, t.ex. för att förbättra tryckhållfastheten genom att blandas i blandningen, som en halksäker yta på betonggolv och för att öka tryckhållfastheten under flotationsprocesser eller som torrskakning. Dessutom bör flera gjutningstillfällen säkerställa att det är ordentligt inbäddat i betongblandningen.

Kiselkarbid och volframkarbid, två av de hårdaste materialen på jorden, studerades för deras effekt på mekaniska egenskaper och permeabilitet hos betongkompositer. Båda typerna av karbider tillsattes individuellt eller kollektivt upp till 4% av cementvikten, och resultaten visade att båda ökade tryck- och böjhållfastheten samt ökade dragkvaliteten avsevärt; båda ökade tryckhållfastheten något mer än sina respektive konkurrenter samtidigt som permeabiliteten minskade avsevärt - vilket ledde till att problem med långsiktig hållbarhet minskade kraftigt med sådana tillsatser.

Det snabba kloridpermeabilitetstestet (RCPT) mäter betongens permeabilitet. Enligt resultaten av detta test förbättrade SiC och WC permeabiliteten avsevärt jämfört med vanlig betong, medan densiteten hos WC-karbidkompositer resulterade i maximala minskningar; deras synergi gjorde att de hade lägre permeabilitet än vanlig betong trots lägre densitet totalt sett. Hybridkarbidkompositer hade ännu lägre permeabilitet på grund av synergieffekter och bättre densitetsegenskaper hos hybridmaterial som används tillsammans jämfört med vanlig betong när det gäller deras densitetsfördelar jämfört med vanlig betong när det gäller deras synergieffekt och bättre densitet som tillhandahålls genom att använda hybridmaterial tillsammans med vanlig betong.

Böjhållfasthet

Böjhållfasthet hos betong är en kritisk egenskap som säkerställer dess hållbarhet och motståndskraft mot sprickbildning, enligt forskare. De använder olika material - fibrer, polymerer och tillsatsmaterial - för att öka denna egenskap hos betong. Forskare vänder sig ofta till material som kiselkarbid som har olika tillämpningar som tillsatsmaterial i avfallsprodukter av hårdmetall som har unika egenskaper som hög hållfasthet, kemisk stabilitet och styvhet, vilket gör detta till ett utmärkt alternativ för applikationer som involverar tunga mekaniska belastningar i tuffa miljöer.

I denna studie användes digital bildkorrelation (DIC) och dragprovning för att bedöma böjhållfastheten hos olika cementbaserade kompositer. Resultaten visade att tillsats av SiCw avsevärt fördröjde provkropparna från att nå toppspänningsvärden samtidigt som draghållfastheten ökade i viss utsträckning; dess närvaro minskade dock deras duktilitet avsevärt.

I denna studie undersöktes effekterna av olika mängder och hybridkombinationer av kiselkarbid och volframkarbid på betongens böj- och tryckhållfasthet. Ett snabbt kloridpermeabilitetstest (RCPT) genomfördes också; resultaten visade att hybridkarbidkompositer hade högre böj- och tryckhållfasthet jämfört med enskilda karbider samt att de var mer lämpliga för betongtillämpningar.

Täthet

Kiselkarbid är ett extremt hårt och vasst material som kan gjutas in i betong för att skapa halksäkra ytor. För att göra detta måste det först flytas och spacklas en gång innan det fördelas på ytan i en jämn spridning - cirka 25-50 pund material sprids vanligtvis och bearbetas sedan in i betongen genom lätt spackling; dess skarpa kanter säkerställer att det stannar vid eller nära betongytan och skapar långsiktigt halkskydd.

WC och SiC förbättrade avsevärt både tryck- och böjhållfastheten hos betongkompositer, i synnerhet böjhållfastheten - ett problem som ofta leder till hållbarhetsproblem och sprickor. Dessutom minskade deras tillsats permeabiliteten avsevärt, vilket ofta hade varit ett problem tidigare.

Både WC och SiC har högre densitet än betongkomponenter, vilket kan förklara deras betydande ökning av densiteten. Båda materialen har också en hög inneboende drag- och böjhållfasthet som gör att de i många undersökningar kan överföra spänningar mer effektivt än stålfibrer; dessutom kan båda materialen också förbättra brottsegheten - en viktig aspekt av betongkonstruktioners hållbarhet.

Genomtränglighet

Betongens permeabilitet är en viktig aspekt av dess hållbarhet, så att optimera dess permeabilitet är avgörande för långsiktig prestanda. För att förbättra den ytterligare tillsattes kiselkarbid (SiC) och volframkarbid (WC) i olika procentandelar till betongkompositer på olika nivåer; resultaten visade en ökning av permeabiliteten med varje ökad procentandel; optimala resultat sågs vid 4% av både enskilda och hybridkarbider kombinerade tillsammans.

När karbidhalten ökade steg också densiteten på grund av partikelpackningen. Böjhållfastheten förbättrades också avsevärt genom tillsats av karbid, vilket gör betongen lämplig för beläggningstillämpningar. Draghållfastheten ökade på liknande sätt, sannolikt eftersom karbider kan bilda starka matrisstrukturer med cement som skapar starkare matrisnätverk.

SEM- och EDS-bilder och -spektra av provkroppar modifierade med SiCw visade att WC förbättrade de mekaniska egenskaperna. Vid undersökning med röntgendiffraktionsmönster såg WC ut som solid metall med nålliknande metallglans som överbryggade sprickor; ingen interlaminatzon (ITZ) uppträdde mellan sprickor i detta prov och dess sprickyta, vilket visar att den drar till sig hydreringsprodukter.