Kiselkarbid Betong

Kiselkarbid är ett av de hårdaste keramiska materialen, som ofta används ensamt eller i kombination med metallkompositer för användning. Dess viktigaste egenskaper är styrka, kemisk stabilitet, styvhet och hög temperaturbeständighet.

Denna studie undersökte effekterna av att tillsätta volfram- och kiselkarbider (WC och SiC) i individuella koncentrationer av 1%, 2%, 3% och 4% till återvunnen betong för att förbättra dess böjutmattningsprestanda. Som en del av denna undersökning analyserades även fältelektronmikroskopibilder med svepelektronmikroskop.

Styrka

Kiselkarbid (SiC) är ett syntetiskt material som kännetecknas av sin överlägsna mekaniska styrka och kemiska inertitet, vilket gör det till ett utmärkt materialval för skärutrustning och krossmaskiner. SiC förbättrar också betongens mekaniska egenskaper genom att underlätta hydreringsprocessen och krympa mindre än konventionella betongkonstruktioner - en attraktiv egenskap när den utsätts för tuffa miljöer. Det är ett utmärkt materialval när hållbarhet är nyckeln i byggprojekt som kräver lång livslängd, som tillverkning av skärutrustning eller krossmaskiner.

Kiselkarbidbetongens partikelstorlek och form gör att den har lägre permeabilitet än konventionell betong, men den totala permeabiliteten är fortfarande högre än för andra typer av betong, vilket gör att den kan stå emot kloridangrepp i marina miljöer, vilket leder till förbättrad korrosionsbeständighet och minskade underhållskostnader.

Karbidbetong bildas genom att man i en traditionell Portlandcementblandning tillsätter antingen volframkarbid eller kiselkarbid som är restprodukter från produktion av hårdmetalllegeringar. Deras effekter på betongens permeabilitet, tryckhållfasthet och korrosionsegenskaper har undersökts på djupet.

Resultaten visar att kompositer som innehåller WC och SiC avsevärt förbättrar betongens tryckhållfasthet med 17%. Deras böjhållfasthet är också högre än för vanlig betong, vilket gör dessa kompositer lämpliga att använda som golvmaterial i logistikverkstäder eller distributionslager där golven ofta utsätts för tunga belastningar.

Tålighet

Kiselkarbid är ett extremt hårt och hållbart material med utmärkt slag- och korrosionsbeständighet, vilket gör det lämpligt för olika användningsområden som armering och eldfasta betongtillämpningar. Kiselkarbid har också flera fördelar jämfört med traditionella betongkonstruktionsmaterial, inklusive ökad böjhållfasthet och bättre ytnötningsbeständighet; dessutom har det lägre värmeutvidgningskoefficient och större värmeledningsförmåga.

Nyligen undersökte forskare effekterna av kiselkarbid på böjhållfasthet och snabb kloridpermeabilitet hos betong. Testresultaten visar att tillsats av kiselkarbid förbättrade båda faktorerna samtidigt som betongens permeabilitet minskade; dessutom förlängde WC- och hybridkiselkarbider avsevärt dess böjhållfasthet.

ANOVA-analys visade att böjhållfastheten hos betong tillverkad med ökande karbidprocent ökade dramatiskt; dess toppvärde nåddes med 4% av WC och SiC kombinerat. Böjhållfastheten hos sådan betong visade sig vara överlägsen den hos konventionell betong på grund av dess slipande natur och högre densitet.

Kiselkarbid kan inte bara öka betongens mekaniska egenskaper, utan även förbättra dess hydratiseringsbeteende. I denna studie tillsattes sönderdelad och mald kiselkarbid (SiCA) till eldfast betong med cenosfärer för att testa hur dessa tillsatser påverkade dess hydratiseringsprocess. De fann att tillsats av sönderdelad SiCA tillsammans med CNP förlängde hydreringen av AC-pasta med 1,25 timmar jämfört med mald SiCA som användes ensamt på hydreringstiden för AC-pasta.

Hållbarhet

Tillsatser av kiselkarbid i betong kan avsevärt förbättra dess hållbarhet. Dessutom ökar kiselkarbid böjhållfastheten - en viktig faktor vid konstruktion av vägbeläggningar - vilket gör att vägbeläggningen blir mindre känslig för sprickor och andra hållbarhetsproblem. Kiselkarbid kan också användas som ett alternativt tillsatsmedel som ökar både drag- och böjhållfastheten - i likhet med fibrer eller kemiska tillsatser.

Denna studie undersökte effekten av volfram- och kiselkarbider på återvunnen ballastbetong (RC) och återvunnen kiselkarbidbetong (SiCRC), särskilt deras mekaniska egenskaper. För att bedöma detta mätte forskarna böjutmattningsprestanda, kloridpermeabilitet, initial sprickbelastning samt initial sprickbelastning för båda materialen. Resultaten visade en ökning av både enskilda och hybridkarbiders inverkan på hållfastheten medan upp till 4% ökning noterades i utmattningslivslängd för båda.

Densiteten för både RC och SiCRC ökade något med tillsats av karbider; denna effekt var mest framträdande med WC. Partikelpackningen ledde till högre densitet för hybridblandningar än för betongprover av RC eller SiCRC; deras snabba kloridpermeabilitetstester visade att WC hade det största motståndet mot kloridpermeation än SiC. Permeabilitetsnivåerna för hybridkompositen var mycket lägre än för betongblandningarna av RC- eller slätbetong.

Porositet

Kiselkarbidbetongens porositet är en integrerad del av dess förmåga att motstå spänningsspänning, eftersom den minskar dess vatteninnehåll, vikt och kostnad. Detta gör den till ett utmärkt material för byggprojekt, där dess lätta sammansättning gör den lämplig för blandning med cement för att bilda mer hållbara och flexibla kompositmaterial; perfekt för halksäkra golvtillämpningar; den kan lätt spacklas efter en eller flera torrskakningar för jämn applicering.

Figur 4 visar att tillsats av enskilda eller hybridkarider ökar kiselkarbidbetongens tryckhållfasthet med upp till 4%, vilket framgår av figur. Detta kan bero på förbättrad partikelpackning som bidrar till interfasutveckling; Jeon et al. verifierade detta resultat.

Kiselkarbidbetong skiljer sig från konventionell betong genom att ha högre porositet på grund av mindre partiklar som fyller ut hålrum mer effektivt och även förbättrar hållbarheten när det gäller böjutmattningsbeständighet.

För att producera den porösa bikakestrukturen enligt denna uppfinning kombineras en metallorganisk förening som innehåller kiselkarbidpartiklar och metalliskt kisel med en råmaterialblandning som består av kiselkarbidpartiklar och metalliskt kisel för att bilda porösa material med en täthet på högst 0,6 g/cc, mer föredraget 0,5 g/cc eller lägre. Denna kombination sönderdelas sedan och omvandlas vid bränning till porbildare. Tillsats av dessa råmaterialblandningar kräver tillsats av 5-30 viktdelar metallorganiska föreningar innan de sönderdelas och producerar porösa material som är lämpliga för att producera porösa bikakestrukturer.