Методическая статья

Оценка устойчивости бетона к стихийным бедствиям с помощью наночастиц диоксида титана

DOI:

10.3791/68246

⸱

14 ноября 2025 г.

 ,  ,  , 
1Department of Environmental Sciences, São Paulo State University | UNESP, 2Brazilian National Center for Monitoring and Alert Natural Disasters (Cemaden), 3Department of Biochemistry and Molecular Biology, Federal University of Goiás, 4Municipal Faculty Professor Franco Montoro| FMPFM, 5Adventist University Center of São Paulo| UNASP-EC

В этой статье

Краткое содержание

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

В этом протоколе описывается оценка того, улучшает ли нанесение диоксида титана на бетон его физические свойства, тем самым повышая его устойчивость к последствиям стихийных бедствий, вызванных экстремальными явлениями.

Аннотация

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

В последние десятилетия в различных регионах мира участились случаи экстремальных явлений, которые оказывают существенное воздействие на экономику, безопасность и качество жизни пострадавшего населения. Эта реальность подчеркивает настоятельную потребность в инновационных решениях для смягчения такого ущерба. В этих рамках нанотехнологии стали перспективной парадигмой, в которой нанодобавки стали эффективными агентами для повышения долговечности, непроницаемости и механической прочности конструкционных материалов. Наночастицы, такие как диоксид титана (TiO2), углеродные нанотрубки (УНТ), диоксид кремния, глина и медь (Cu), связаны с улучшением долговечности, соотношения прочности к весу, стабильности и сейсмостойкости. Интеграция этих наноматериалов способствует уплотнению бетонной матрицы за счет уменьшения пустот и капилляров, тем самым повышая водонепроницаемость и препятствуя проникновению вредных веществ. Настоящее исследование представляет собой экспериментальное исследование, дополненное всесторонним обзором литературы, включая моделирование водопоглощения и оценку поверхностной целостности как в обработанных, так и в необработанных материалах. Цель состоит в том, чтобы оценить вклад нанодобавок в безопасность, долговечность и устойчивость перед лицом проблем, связанных с изменением климата. Результаты показывают, что добавление nanoTiO2 на 1% обеспечивает высочайшую механическую прочность, в то время как более высокие концентрации, как правило, снижают преимущества из-за агломерации частиц. Этот вывод подчеркивает важность оптимизации содержания наночастиц для повышения устойчивости бетона к стихийным бедствиям, способствуя устойчивой практике строительства. Сравнение с добавками на основе меди показывает, что, несмотря на некоторый прирост относительной прочности с течением времени, медные составы уступают по механическим характеристикам, что подчеркивает nanoTiO2 как более перспективное средство для повышения прочности бетона в условиях, подверженных стихийным бедствиям. Учитывая растущую частоту экологических катастроф, адаптация гражданского строительства за счет устойчивого внедрения наноматериалов требует тщательного рассмотрения процессов синтеза, долгосрочной стабильности и потенциальных экологических последствий, связанных с взаимодействием наночастиц с биотическими и абиотическими компонентами окружающей среды.

Введение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Бедствия – это экстремальные явления, определяемые возникновением природных явлений, способных представлять опасность для общества, о чем свидетельствуют наводнения, оползни, землетрясения и другие подобные события, на которые также могут влиять антропогенные факторы1. В результате изменения климата, произошедшего в 2024 году, африканские страны, такие как Кения, вместе с азиатскими странами, включая Индонезию и Афганистан, пережили сильное наводнение, в результате которого погибли сотни людей и тысячи остались без крова. С 1998 по 2017 год наводнения затронули более двух миллиардовчеловек во всем мире3. По данным Marengo et al., в период с 2013 по 2022 год в Бразилии было повреждено более 2,2 миллиона домов, что затронуло более 4,2 миллиона человек в 2 640 муниципалитетах. Наводнения продолжаются из-за сочетания природных, социальных и климатических факторов и привели к убыткам в размере порядка 10 миллиардов долларовСША4.

Учитывая растущую серьезность и широко распространенный риск этих событий в последние годы, исследователи и специалисты ищут стратегии управления и новые технологии, направленные на создание устойчивых сообществ, параллельно с отраслевыми достижениями в направлениибольшей устойчивости. К числу перспективных материалов для применения в гражданском строительстве, направленных на повышение устойчивости к стихийным бедствиям, относятся наночастицы диоксида титана (nanoTiO2), которые продемонстрировали многочисленные преимущества для основных строительных материалов, включая бетон 7,8.

Использование наноматериалов в строительной отрасли в настоящее время широко распространено в различных областях. Они применяются в красках и покрытиях для повышения устойчивости к ультрафиолетовому разложению и воздействию агрессивных веществ. Эти материалы способствуют большей долговечности, сниженной проницаемости, улучшенной теплоизоляции и повышенной огнестойкости. Например, при встраивании в асфальт TiO2 взаимодействует с загрязняющими газами, превращая их в менее вредные соединения. Нанесенный на стекло, TiO2 может сделать поверхность самоочищающейся, так как оксидный слой разрушает органические молекулы и способствует удалению неорганической пыли. Ультрафиолетовое излучение взаимодействует с самоочищающимся слоем стекла, еще больше расщепляя молекулы и удаляя органическую пыль. Разработка новых строительных материалов имеет важное значение для повышения устойчивости конструкций к воздействиям окружающей среды, тем самым уменьшая последствия стихийных бедствий и повышая безопасность.

Диоксид титана, известный своей белизной и стабильностью, впервые стал широко известен общественности в 1970-х годах, в первую очередь в качестве пигмента в бетоне и других строительных материалах9. В этот период TiO2 использовался для создания высококачественной и долговечной отделки наружных поверхностей. Начиная с 1990-х годов, с открытием его фотокаталитических свойств появилось новое направление, что заметно расширило применение TiO2 в строительномсекторе.

Чтобы в полной мере понять актуальность и применимость TiO2 в гражданском строительстве, важно описать его свойства и соотнести их с практическими преимуществами, такими как прочность на изгиб, растяжение и сжатие, а также с показателями долговечности, такими как удельное электрическое сопротивление, проницаемость и стойкость к сульфатной атаке, карбонизации и циклам замерзания-оттаивания. Экспериментальные результаты, представленные Ali Nazari et al., показывают, что прочность бетона на изгиб увеличивается с добавлением наночастиц TiO2 до концентрации 3,0%. Несмотря на то, что они представляют собой прямые преимущества, фотокаталитические и бактерицидные свойстваTiO2 также следует рассматривать как значительные долгосрочные экономические выгоды.

Способность современных материалов сохранять стабильность в присутствии внешних факторов окружающей среды, включая катастрофические сценарии, такие как выветривание, изменение климата (например, повышение уровняCO2) и наводнения, очень актуальна сегодня. Тем не менее, широкое внедрение возможно только в том случае, если производство и применение являются экологически устойчивыми 12,13,14. Эта обеспокоенность особенно актуальна, учитывая, что на производство цемента приходится примерно 5-8% мировых выбросовCO2, что составляет значительную часть воздействия сектора гражданского строительства, в то время как цемент остается его основным продуктом, а глобальное потребление на душу населения составляет примерно 20 миллиардов метрических тонн 15,16,17,18,19,20,21,22.

В этом контексте в настоящей рукописи сообщается о разработке и применении экспериментальной процедуры для оценки отличительных свойств nanoTiO2 с акцентом на такие параметры, как механическая прочность обработанного бетона. Исследование подкреплено целенаправленным обзором литературы, в котором рассматриваются потенциальные преимущества этих наночастиц, нормативные соображения, устойчивое производство и их актуальность в контексте катастрофических сценариев.

Особенности содержания диоксида титана в бетоне
Наночастицы диоксида титана (nanoTiO2) имеют размеры от 1 до 100 нанометров и обычно имеют сферическую или эллипсоидальную морфологию. Их наноразмерные размеры обеспечивают заметно увеличенную площадь поверхности, что значительно повышает их реакционную способность23. Эти наночастицы получили известность в области композитов на основе цемента благодаря своим отличительным характеристикам и разнообразному применению 24,25,26. NanoTiO2 стал универсальным компонентом в цементных составах, проявляя свойства, которые делают его пригодным для широкого спектра промышленного использования 11,16,18,20.

Этот наноматериал используется по нескольким причинам, включая благоприятные химические свойства, низкую токсичность, экономичность, антикоррозионные характеристики и фотокаталитические способности27,28. NanoTiO2 может увеличить устойчивость бетона к манипуляциям, что усиливается фотокатализом, происходящим под воздействием ультрафиолетового (УФ) света. Он обладает способностью разлагать органические вещества, такие как загрязняющие вещества, грязь и микроорганизмы, присутствующие в бетоне29. Кроме того, nanoTiO2 может генерировать высокореактивные свободные радикалы, наделяя поверхность очищающими свойствами, а также защищает бетон от повреждений, вызванных атмосферными факторами, ускоряющими износ, такими как оксиды азота30.

Частицы NanoTiO2 могут принимать несколько кристаллических форм - рутил, анатаз и брукит - каждая из которых обладает различными свойствами. Анатаз и рутил являются наиболее распространенными полиморфами TiO2, в то время как свойства брукита еще не до конца изучены, что создает проблемы для промышленного применения 31,32,33,34. Благодаря фотокаталитическим свойствам TiO2 анатаз широко используется в системах очистки воды и воздуха, где он обладает высокой эффективностью при разложении органических и неорганических примесей. Рутил находит широкое применение в текстильной, пластмассовой и лакокрасочной промышленности, а форма рутила также широко используется в солнцезащитных кремах и другой косметике благодаря его способности блокировать ультрафиолетовое излучение35,36.

Наночастицы диоксида титана (nanoTiO2) предлагают универсальное применение в строительных материалах, таких как бетон, повышая эксплуатационные характеристики и вводя новые функциональные возможности. Среди их примечательных свойств – антимикробные и самоочищающиеся свойства, которые обещают смягчить загрязнение воздуха в городах за счет преобразования загрязняющих газов 37,38,39. Под воздействием солнечного света nanoTiO2 способен разлагать органические вещества на воду и углекислый газ, при этом образующиеся побочные продукты впоследствии удаляются водой40.

Кроме того, пуццолановая активность nanoTiO2 на внешней границе раздела бетона может увеличить долговечность, хотя она может быть связана с повышенным водопоглощением и потенциальными последствиями для удобоукладываемости. Также важно отметить, что частицы nanoTiO2 могут агломерироваться в цементной матрице, потенциально ухудшая эксплуатационные характеристики 42,43,44. Что касается газовой деградации, то бетон, включающий TiO2, например, в дорожных покрытиях, обладает потенциалом для снижения тропосферногоO3 до уровня45.

Фотокаталитические способности TiO2 позволяют образовывать гидроксильные радикалы (OH) и супероксид-ионы (O2-) в присутствии воды под ультрафиолетовым облучением. Эти высокореактивные вещества окисляют и разлагают грязь и неорганические загрязнители. Фотокаталитическое действие TiO2 также снижает угол контакта воды с поверхностями, повышая производительность самоочищения46. Это свойство самоочистки способствует уменьшению содержания примесей в воздухе, потенциально снижая концентрацию загрязняющих веществ, связанных с климатическими рисками, связанными с парниковыми газами.

NanoTiO2 также способствует увеличению прочности материалов на изгиб и сжатие. Что касается прочности на сжатие, nanoTiO2 уменьшает пористость, улучшает структуру пор, уплотняет матрицу и способствует увлажнению. Однако достижение этих преимуществ требует тщательного контроля нагрузки на частицы и эффективной гомогенизации для предотвращения агломерации и образования слабых зон, которые могут инициировать образование трещин47. TiO2 действует как наполнитель, который уплотняет цементный композит, тем самым уменьшая пористость. Этот результат связан с (i) ускорением образования геля C-S-H, (ii) уменьшением доступного пространства для развития Ca(OH)2 с получением кристаллитов меньшего размера, и (iii) созданием более однородной микроструктуры с уменьшенной пористостью. Надлежащим образом откалиброванные добавки TiO2 также могут повысить прочность цементных композитов на изгиб48.

Было показано, что наноTiO2 значительно повышает долговечность цементных композитов за счет снижения пористости и водопроницаемости, а также за счет обеспечения защиты от химических атак и факторов окружающей среды, таких как ультрафиолетовое излучение. Это преимущество, однако, зависит от адекватной дисперсии наночастиц, поскольку их высокая поверхностная энергия и ван-дер-ваальсовые взаимодействия на наноуровне имеют тенденцию способствовать агломерации37. При правильной гомогенизации включение nanoTiO2 улучшает непроницаемость, удельное электрическое сопротивление и устойчивость к циклам замерзания-оттаивания и сульфатной атаке, подчеркивая его потенциал для конструирования, предназначенного для противостояния катастрофическим событиям. Тем не менее, при высоких концентрациях эти преимущества могут быть уменьшены или даже обращены вспять49,50.

В контексте применения TiO2 в гражданском строительстве для экстремальных сценариев, таких как наводнения, штормы и экстремальные температуры, важно сбалансировать преимущества nanoTiO2 с потенциальными рисками, связанными с его использованием. Например, фотокаталитические свойства, которые могут улучшить качество городского воздуха и помочь в очистке и утилизации отходов после катастрофы, должны быть сопоставлены с возможными опасностями вдыхания и токсичностью легких 51,52,53.

Добавки на основе меди улучшают гидроизоляцию, являются недорогими и легко поддаются обработке. Нанометрический диоксид титана позволяет получить водоотталкивающий бетон и повышенную прочность на сжатие. В настоящее время TiO2 используется в больших масштабах, не предназначен для конечных пользователей, но имеет потенциал для будущего строительства. При испытании на прочность на сжатие сравниваются результаты образцов с различными смесями для анализа преимуществ и недостатков добавок меди и диоксида титана.

Бетон, пропитанный наноTiO2, демонстрирует более высокую отражательную способность солнечного света (большее альбедо), способствуя более низким температурам окружающей среды, смягчая эффект городского острова тепла и, практически, снижая температуру здания и обеспечивая экономию энергии. Это преимущество распространяется на снижение потребления чистящих средств 54,55.

Такие характеристики, как непрозрачность, долговечность, антибактериальный потенциал, устойчивость к ультрафиолетовому излучению и способность помещать альтернативное сырье в бетон, тем самым снижая зависимость от цемента и заполнителей, сигнализируют о сильных стимулах для развертывания nanoTiO2. Эти перспективы дополняются потенциалом для улучшения зеленых крыш и поверхностей, способствующих более эффективному отводу дождевой воды 10,56,57,58.

Что касается долговечности и прочности бетона с добавлением наноTiO-2, современные исследования указывают на повышенную устойчивость к ультрафиолетовому излучению, а также на повышенную устойчивость к химическимвоздействиям и атмосферным воздействиям. Эти усовершенствования приносят прямую экономическую выгоду за счет снижения частоты ремонтов и замен, тем самым снижая расход материалов и отходы с течением времени. Помимо этих непосредственных финансовых преимуществ, использование nanoTiO2 также обеспечивает косвенную экономию, связанную с производством, транспортировкой и утилизацией бетона, способствуя снижению углеродного следа, связанного с его жизненнымциклом.

Учитывая экологические последствия сульфатных и хлоридных процессов, используемых для извлечения ильменита и рутила, хлоридный процесс считается менее вредным вариантом. Этот способ использует газообразный хлор для превращения рутила в TiCl4, который впоследствии окисляется до TiO2, производя меньше вредных побочных продуктов, чем при сульфатномпроцессе. Продукты, содержащие TiO2, дают стабильные, не выщелачивающиеся остатки в конце своего жизненного цикла, тем самым представляя меньший риск для окружающей среды. Этот экологический профиль дополняет повышенную прочность и долговечность материалов, особенно в катастрофических условиях, подчеркивая ценность экспериментальных оценок для развития строительных технологий.

Исследование, проведенное Mohajerani et al., показывает, что свойства бетона изменяются в зависимостиот применяемых наноматериалов. Наночастицы кремнезема, титана, углерода, железа и алюминия вводятся в бетон для повышения механической прочности, способствуют быстрой и улучшенной гидратации, вызывают более высокую степень гидратации, придают способность к самоочищению, улучшают механическую прочность, предотвращают растрескивание, увеличивают прочность на сжатие и повышают стойкость к истиранию. Эти преимущества очень желательны для строительных материалов, способствуя большей устойчивости конструкций к стихийным бедствиям.

Таким образом, целью данной работы является проверка с помощью испытания цилиндрических образцов на растяжение на расщепление повышения механической прочности бетона, достигнутого за счет включения в смесь наночастиц диоксида титана. Это исследование направлено на разработку более устойчивых материалов, особенно в контексте стихийных бедствий, когда бетонные конструкции подвергаются воздействию экстремальных условий и требуют превосходной прочности и производительности.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Методологической основой исследования является бразильский тест, который определяет прочность на непрямое растяжение (расщепление) через диаметральное сечение вертикально нагруженных цилиндрических образцов. Эта процедура, разработанная профессором Лобо Карнейро в 1943 году для вяжущих материалов, включает в себя приложение двух концентрированных, диаметрально противоположных сжимающих сил к цилиндру, тем самым создавая равномерные растягивающие напряжения, перпендикулярные диаметру вдоль испытательного участка62.

В тесте использовались пять групп, обозначенных как A, B, C, D и E, соответствующие соответственно: контрольной группе; бетон с 1% NanoTiO2; бетон с 2% NanoTiO2; бетон с 3% NanoTiO2; и бетон с 3% добавкой пластификатора на основе меди. Каждая группа была разделена на три подгруппы по времени отверждения: 7 дней (1), 14 дней (2) и 28 дней (3). Таким образом, исследование включает в себя в общей сложности пятнадцать образцов, помеченных как A1-A3, B1-B3, C1-C3, D1-D3 и E1-E3. На рисунке 1 изображен образец, использованный в этом исследовании.

1. Подготовка образца

  1. Подготовьте четыре группы образцов с использованием бетонной смеси из портландского цемента CPII, щебня, среднепромытого речного песка и воды в соотношении 1:2:3 (цемент:песок:гравий), поддерживая соотношение вода/цемент 0,5. На каждый образец весом 3,63 кг необходимо извлечь примерно 558,46 г цемента, 1 116,92 г песка, 1 675,38 г гравия и 279,23 г воды.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Используйте эту формулу для тестовых образцов без каких-либо добавок. Для образцов с диоксидом титана добавляйте его во время смешивания сухих ингредиентов (цемента, песка и гравия). Как только смесь станет однородной, добавьте воды. Для образцов с пластичной добавкой разведите ее в воде для затворения перед добавлением в смесь.
  2. Тщательно гомогенизируйте все компоненты, чтобы получить максимально однородную массу, затем разлите смесь по формам. Осмотрите смесь на наличие признаков расслоения заполнителей, скопления свободной воды или пятен от несмешанного материала. Обеспечьте равномерную консистенцию, чтобы гарантировать репрезентативные результаты.
  3. Отливают испытуемые образцы из цилиндрических металлических форм диаметром 10 см и высотой 20 см. Заполните формы правильно, следя за тем, чтобы объем бетона достиг заданного уровня с равномерным распределением, без избытка или недостатка, которые могут поставить под угрозу испытание. Полностью заполните интерьер, сохранив геометрию формы и не допуская пустот.
  4. Изготовьте Образец А в соответствии с ABNT NBR 6136, ABNT NBR 5738 и ABNT NBR 5739 63,64,65. Используйте этот образец в качестве отрицательного контроля, лишенного каких-либо добавок, чтобы он послужил основой для сравнения с другими образцами.
  5. Изготовьте образец B, добавив в бетонную смесь 1%NanoTiO2 (примерно 36,3 г). Соблюдайте осторожность во время подготовки, так как TiO2 имеет тенденцию к агломерации; Поэтому равномерно распределите наночастицы по массе, чтобы обеспечить однородность среди наборов образцов.
  6. Изготовьте образец C, добавив в бетонную смесь 2% NanoTiO2 (примерно 72,6 г). Соблюдайте осторожность во время подготовки, так как TiO2 имеет тенденцию к агломерации; Поэтому равномерно распределите наночастицы по массе, чтобы обеспечить однородность среди наборов образцов.
  7. Изготовьте образец D, добавив в бетонную смесь 3% NanoTiO2 (примерно 108,9 г). Соблюдайте осторожность во время подготовки, так как TiO2 имеет тенденцию к агломерации; Поэтому равномерно распределите наночастицы по массе, чтобы обеспечить однородность среди наборов образцов.
  8. Изготовьте образец Е, добавив в бетонную смесь 3% добавку пластификатора на основе меди (примерно 108,9 г). Используйте этот образец в качестве положительного контроля для сравнения влияния добавки пластификатора на характеристики бетона относительно других образцов.
  9. Храните образцы в помещении с контролируемыми условиями, не подвергаясь воздействию окружающей среды, чтобы дождаться времени отверждения.

2. Процесс отверждения

  1. Образцы отверждаются в помещении с контролируемой влажностью при температуре (23 ± 2) °C и относительной влажности не менее 95% в течение 24 часов. Затем образцы погружают в насыщенную известью воду, поддерживаемую при той же температуре (23 ± 2) °C для продолжения отверждения в течение назначенного периода в соответствии с ABNT NBR 573863.
  2. Измерьте вес каждого образца после отверждения; Следите за тем, чтобы масса каждого образца составляла в среднем 3,63 кг.
  3. Подготовка образцов при комнатной температуре (23 ± 2) °C следующим образом:
    7 дней: образцы А1, В1, С1, D1 и Е1;
    14 суток: пробы А2, В2, С2, D2 и Е2;
    28 дней: образцы А3, В3, С3, D3 и Е3.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Важно подчеркнуть, что проценты в этом методе связаны с массой испытуемого образца, Таблица 1.

3. Испытание на прочность при сжатии

ПРИМЕЧАНИЕ: Проведите испытание на прочность на сжатие с помощью машины для испытаний бетона (пресса) с номинальным и калиброванным диапазоном от 0 до 100 тонн. Откалибруйте оборудование методом косвенного измерения, соотнося давление с площадью поршня, с помощью цифрового манометра и цифрового штангенциркуля. Перед тестированием обнулите оборудование и обеспечьте юстировку.

  1. Подвергните каждый образец испытанию на осевое сжатие на универсальной машине для испытаний на растяжение/сжатие.
  2. Убедитесь, что грузоподъемность тензодатчика совместима с размерами образца и что установлена цифровая система управления для контроля и регистрации приложенной нагрузки.
  3. Продолжайте тест до отказа, записывая максимальную поддерживаемую нагрузку.
  4. Рассчитайте прочность на сжатие (fc) с помощью:
    fc = Fmax / A
    где: fc = прочность на сжатие (Н/мм2), Fmax = максимальная зарегистрированная нагрузка (Н), A = площадь поперечного сечения испытательного образца (мм2). 1 Н/мм2 = 1 МПа
  5. Проведите испытание на прочность на сжатие, расположив каждый цилиндрический образец (100 мм × 200 мм) вертикально в центре гидравлического пресса, обеспечивая надлежащий контакт с загрузочными пластинами. Обеспечить правильную посадку погрузочных поверхностей в соответствии с ABNT NBR 5739:201864.
    1. Прикладывайте осевую нагрузку непрерывно и без удара, со скоростью 0,45 ± 0,15 МПа/с 66,67. Повторите то же самое для трех наборов образцов: контрольного, легированного TiO2, и добавки на основе меди.
  6. Систематически записывайте все значения для сравнения между наборами образцов.
  7. Сравните результаты, чтобы оценить поведение образцов.
  8. Завершите тест.
    ПРИМЕЧАНИЕ: На рисунке 2 представлены образцы, подвергнутые испытанию на сжатие после 28 дней отверждения. На рисунке 3 представлены значения прочности на сжатие, полученные для каждого испытуемого образца.

4. Утилизация остатков материала

ПРИМЕЧАНИЕ: Все отходы, образующиеся в процессе испытаний, должны быть утилизированы в соответствии с ABNT NBR 10004 и ABNT NBR 15116, а также с указаниями местных органов власти, ответственных за нормы и стандарты охраны окружающей среды, включая 68,69,70.

  1. Отдельно собирают фрагменты бетона, пыль и любые материалы, содержащие TiO2 или пластифицирующие добавки. Отдавать приоритет повторному использованию или переработке твердых бытовых отходов на лицензированных объектах по переработке отходов строительства и сноса в соответствии с техническими требованиями к вторичным заполнителям.
  2. Для отходов, не подлежащих переработке, упакуйте материал в герметичные контейнеры, чтобы предотвратить рассеивание мелких частиц, и отправьте его на промышленные свалки, разрешенные компетентным органом по охране окружающей среды.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Ни при каких обстоятельствах отходы не должны сбрасываться в системы ливневой канализации, естественные водоемы или нелицензированные свалки71.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Значения, полученные для каждого образца в испытании на прочность на сжатие, представлены в таблице 2 и на рисунке 3. В таблице 2 указана идентификация образца, время его отверждения и максимальная поддерживаемая нагрузка в МПа. На рисунке 2 можно визуализировать подмножество образцов после испытания на сжатие. Записанные значения представлены на рисунке 3.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

При анализе результатов, которые графически проиллюстрированы на рисунке 3, очевидно, что образцы, содержащие пластиковую добавку на основе меди, продемонстрировали самую низкую прочность на сжатие. Эти показатели уступают показателям контрольной группы, которая была приготовлена без каких-либо добавок. На рисунке 3 также показано, что после 28 дней отверждения образцы достигают наилучших результатов в испытании на сжатие.

<...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы заявляют, что у них нет финансовых или материальных интересов, связанных с исследованием, описанным в данной статье.

Благодарности

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Спасибо компании RAID Technology and Construction за предоставленное время и оборудование для проведения испытаний на прочность для моделирования бетонных образцов, сопровождающихся уходом и специализированной технической поддержкой в этой области.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Тестовые образцы для бетонаJCRBBloco 20Для испытаний использовались два блока
Аналитическая шкалаСимадзуATX224R
Оборудование для испытаний на сжимальную прочностьSoloTest1504100
Пластификаторная добавкаNovaTintasNovaLiga
Точная шкалаСарториус3862 MP8-1 
Диоксид титана R110FRAC ChemicalFR10ZZ2400905RTПигмент диоксида рутилового титана
Ультразвуковой очистительCristó Фоли2.5L

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Department of Homeland Security. Natural disasters. , U.S. Department of Homeland Security. Retrieved December 31 (2024).
  2. Rizzotto, M. L. F., Costa, A. M., Lobato, L. D. V. D. C. Climate crisis and new challenges for health systems: the case of floods in Rio Grande do Sul/Brazil. Saúde em Debate. 48, e141ED(2024).
  3. Economic Losses, Poverty and Disasters 1998-2017. United Nations Office for Disaster Risk Reduction (UNISDR) and the Centre for Research on the the Epidemiology of Disasters (CRED) - Institute of Health and Society, Université Catholique de Louvain. , 33p(2017).
  4. Marengo, J. A., et al. The largest climate disaster in Brazil: rains and floods in the state of Rio Grande do Sul in April-May 2024. Estudos Avançados. 38 (112), 203-228 (2024).
  5. Krichen, M., Abdalzaher, M. S., Elwekeil, M., Fouda, M. M. Managing natural disasters: An analysis of technological advancements, opportunities, and challenges. IOTCPS. 4, 99-109 (2024).
  6. Sarker, M. N. I., Peng, Y., Yiran, C., Shouse, R. C. Disaster resilience through big data: Way to environmental sustainability. IJDRR. 51, 101769(2020).
  7. Atzl, B. A., Pupp, M., Rupprich, M. The use of photocatalysis and titanium dioxide on diesel exhaust fumes for NOx reduction. Sustainability. 10 (11), 4031(2018).
  8. Kang, X., et al. Titanium dioxide: from engineering to applications. Catalysts. 9 (2), 191(2019).
  9. Gázquez, M. J., et al. A review of the commercial uses of sulphate minerals from the titanium dioxide pigment industry: The case of Huelva (Spain). Minerals. 11 (6), 575(2021).
  10. Fujishima, A., Zhang, X. Titanium dioxide photocatalysis: Present situation and future approaches. C. R. Chim. 9 (5-6), 750-760 (2006).
  11. Jenima, J., et al. A comprehensive review of titanium dioxide nanoparticles in cementitious composites. Heliyon. 10, 20(2024).
  12. European Union. EU Commission recommendation of 18 October 2011 on the definition of nanomaterial (2011/696/EU). OJEU. 275, 38-40 (2011).
  13. Vishaka, E. J., Priya Dharshini, M., Shally, V. Structural and optical properties of pure NiO nanoparticles and NiO-Mn2O3, NiO-CdO, NiO-Pb2O3, NiO-ZnO nanocomposites. JJP. 14, 409-417 (2021).
  14. Carp, O., Huisman, C. L., Reller, A. Photoinduced reactivity of titanium dioxide. Prog. Solid State Chem. 32, 33-177 (2004).
  15. Biricik, H., Sarier, N. Comparative study of the characteristics of nano silica-, silica fume- and fly ash-incorporated cement mortars. Mater Res. 17, 570-582 (2014).
  16. Han, B., Sun, S., Ding, S. Review of nanocarbon-engineered multifunctional cementitious composites. Compos. - A: Appl Sci Manuf. 70, 69-81 (2015).
  17. Konsta-Gdoutos, M. S., Metaxa, Z. S., Shah, S. P. Highly dispersed carbon nanotube reinforced cement based materials. Cem Concr Res. 40, 1052-1059 (2010).
  18. Lazaro, A., Yu, Q. L., Brouwers, H. J. H. Nanotechnologies for sustainable construction. Sustainability of Construction Materials. , Elsevier. 55-78 (2016).
  19. Mulenga, D. M., Robery, P. C. Can nanotechnology address today's civil engineering challenges. , Structures Congress, American Society of Civil Engineers. Reston. 609-621 (2010).
  20. Nima, F., Ali, A. A. A., Demirboga, R. Development of nanotechnology in high performance concrete. Adv Mater Res. 364, 115-118 (2011).
  21. Noorvand, H., Abang Ali, A. A., Demirboga, R. Incorporation of nano TiO2 in black rice husk ash mortars. Constr Build Mater. 47, 1350-1361 (2013).
  22. Zhang, C. Y., Han, R., Yu, B. Accounting process-related CO2 emissions from global cement production under Shared Socioeconomic Pathways. J Clean Prod. 184, 451-465 (2018).
  23. Siang Ng, D. Influence of SiO2, TiO2 and Fe2O3 nanoparticles on the properties of fly ash blended cement mortars. Constr Build Mater. 258, 119627(2020).
  24. Huang, S., Chueh, P. J., Lin, Y. W. Disturbed mitotic progression and genome segregation are involved in cell transformation mediated by nano-TiO2 long-term exposure. Toxicol Appl Pharmacol. 241, 182-194 (2009).
  25. Song, W. Titanium dioxide nanoparticles induced proinflammation of primary cultured cardiac myocytes of rat. J Nanomater. 2013, 1-9 (2013).
  26. Macwan, D. P., Dave, P. N., Chaturvedi, S. A review on nano-TiO2 sol-gel type syntheses and its applications. J Mater Sci. 46, 3669-3686 (2011).
  27. Robichaud, C. O., Uyar, A. E., Darby, M. R. Estimates of upper bounds and trends in nano-TiO2 production as a basis for exposure assessment. Environ Sci Amp Technol. 43, 4227-4233 (2009).
  28. Verma, R., Mantri, B., Kumar Srivastava, A. Shape control synthesis, characterizations, mechanisms and optical properties of large-scaled metal oxide nanostructures of ZnO and TiO2. Adv Mater Lett. 6, 324-333 (2015).
  29. Tian, C. Optimization of titanium dioxide production by clean continuous acidolysis of ilmenite using response surface methodology. Sustain Chem Pharm. 42, 101821(2024).
  30. Zhang, Y., Li, X. Impact of nanomaterials on the mechanical properties of concrete: A review. Heliyon. 10 (1), e02456(2024).
  31. Luo, G., Liu, H., Li, W., Lyu, X. Automobile exhaust removal performance of pervious concrete with nano TiO2 under photocatalysis. Nanomater. 10, 2088(2020).
  32. Meacock, G., Taylor, K. D. A., Knowles, M. J., Himonides, A. The improved whitening of minced cod flesh using dispersed titanium dioxide. J Sci Food Agric. 73 (2), 221-225 (1997).
  33. Patel, N., Mishra, C. B. Laboratory investigation of nano titanium dioxide (TiO2) in concrete for pavement. IRJET. 2018, 1634(2018).
  34. Reyes-Coronado, D., Rodríguez-Gattorno, G., Espinosa-Pesqueira, M. E., Cab, C., Oskam, G. Phase-pure TiO2 nanoparticles: anatase, brookite and rutile. Nanotechnology. 19 (14), (2008).
  35. Fujishima, A., Zhang, X., Tryk, D. Heterogeneous photocatalysis: From water photolysis to applications in environmental cleanup. Int J Hydrogen Energy. 32 (14), 2664-2672 (2007).
  36. Addamo, M., Bellardita, M., Di Paola, A., Palmisano, L. Preparation and photoactivity of nanostructured anatase, rutile and brookite TiO2 thin films. Chem Commun. 47, 4943(2006).
  37. Ma, B., Li, H., Li, X., Mei, J., Lv, Y. Influence of nano-TiO2 on physical and hydration characteristics of fly ash-cement systems. Constr Build Mater. 122, 242-253 (2016).
  38. Maury-Ramirez, A., Demeestere, K., De Belie, N. Photocatalytic activity of titanium dioxide nanoparticle coatings applied on autoclaved aerated concrete: effect of weathering on coating physical characteristics and gaseous toluene removal. J Hazard Mater. 211 - 212, 218-225 (2012).
  39. Lee, B. Y., Jayapalan, A. R., Kurtis, K. E. Effects of nano-TiO2 on properties of cement-based materials. Mag Concr Res. 65 (21), 1293-1302 (2013).
  40. Zhang, R., Cheng, X., Hou, P., Ye, Z. Influences of nano-TiO2 on the properties of cement-based materials: hydration and drying shrinkage. Constr Build Mater. 81, 35-41 (2015).
  41. Yuenyongsuwan, J., Sinthupinyo, S., O'Rear, E. A., Pongprayoon, T. Hydration accelerator and photocatalyst of nano titanium dioxide synthesized via surfactant-assisted method in cement mortar. Cem Concr Compos. 96, 182-193 (2019).
  42. Reches, Y. Nanoparticles as concrete additives: Review and perspectives. Constr Build Mater. 175, 483-495 (2018).
  43. Paul, S. C., van Rooyen, A. S., van Zijl, G. P. A. G., Petrik, L. F. Properties of cement-based composites using nanoparticles: A comprehensive review. Constr Build Mater. 189, 1019-1034 (2018).
  44. Silvestro, L., Jean, P., Gleize, P. Effect of carbon nanotubes on compressive, flexural and tensile strengths of Portland cement-based materials: a systematic literature review. Constr Build Mater. 264, 120237(2020).
  45. Staub de Melo, J. V., Trichês, G. Study of the influence of nano-TiO2 on the properties of Portland cement concrete for application on road surfaces. RMPD. 19 (5), 1011-1026 (2018).
  46. de Morais, J. F. Applications of nanotechnology in the construction industry: experimental analysis in cementitious products with carbon nanotubes. , Doctoral thesis (PhD in Civil Engineering) - Graduate Program in Civil Engineering, Federal Fluminense University. Niterói, RJ. (2012).
  47. Han, B., et al. Reactive powder concrete reinforced with nano SiO2-coated TiO2. Constr Build Mater. 148, 104-112 (2017).
  48. Jędrzejczak, P., et al. The influence of various forms of titanium dioxide on the performance of resultant cement composites with photocatalytic and antibacterial functions. Mater Res Bull. 160, 112139(2023).
  49. Joshaghani, A., Balapour, M., Mashhadian, M., Ozbakkaloglu, T. Effects of nano-TiO2, nano-Al2O3, and nano-Fe2O3 on rheology, mechanical and durability properties of self-consolidating concrete (SCC): An experimental study. Constr Build Mater. 245, 118444(2020).
  50. Mohseni, E., Miyandehi, B. M., Yang, J., Yazdi, M. A. Single and combined effects of nano-SiO2, nano-Al2O3 and nano-TiO2 on the mechanical, rheological and durability properties of self-compacting mortar containing fly ash. Constr Build Mater. 84, 331-340 (2015).
  51. Daniyal, M., Akhtar, S., Azam, A. Effect of nano-TiO2 on the properties of cementitious composites under different exposure environments. Mater Res Technol. 8, 6158-6172 (2019).
  52. Liang, X., Cui, S., Li, H., Abdelhady, A., Wang, H., Zhou, H. Removal effect on stormwater runoff pollution of porous concrete treated with nanometer titanium dioxide. Transp Res D Trans Environ. 73, 34-45 (2019).
  53. Sun, J., et al. Studies on the size effects of nano-TiO2 on Portland cement hydration with different water to solid ratios. Constr Build Mater. 259, 120390(2020).
  54. Choi, H. -J., Park, J. -J., Yoo, D. -Y. Benefits of TiO2 photocatalyst on mechanical properties and nitrogen oxide removal of ultra-high-performance concrete. Constr Build Mater. 285, 122921(2021).
  55. Chen, C., Tang, B., Cao, X., Gu, F., Huang, W. Enhanced photocatalytic decomposition of NO on Portland cement concrete pavement using nano-TiO2 suspension. Constr Build Mater. 275, 122135(2021).
  56. Folli, A., et al. Engineering photocatalytic cements: understanding TiO2 surface chemistry to control and modulate photocatalytic performances. J Am Ceram Soc. 93, 3360-3369 (2010).
  57. Nazari, A., Riahi, S. The effect of TiO2 nanoparticles on water permeability and thermal and mechanical properties of high-strength self-compacting concrete. Mater Sci Eng A. 528, 756-763 (2010).
  58. Phuinthiang, P., et al. Novel strategy for the development of antibacterial TiO2 thin film onto polymer substrate at room temperature. Nanomaterials. 11, 1493-1503 (2021).
  59. Nikbin, I. M., Mohebbi, R., Dezhampanah, S. Gamma ray shielding properties of heavy-weight concrete containing nano-TiO2. Radiat Phys Chem. 162, 157-167 (2019).
  60. Behfarnia, K., Azarkeivan, A., Keivan, A. The effects of TiO2 and ZnO nanoparticles on physical and mechanical properties of normal concrete. Asian J Civ Eng. 14, 517-531 (2013).
  61. Mohajerani, A., et al. Nanoparticles in construction materials and other applications, and implications of nanoparticle use. Materials. 12 (19), 3052(2019).
  62. Carneiro, F. L. A new method for determining the tensile strength of concrete. Meeting of the Brazilian Association of Technical Standards, , National Institute of Technology. Rio de Janeiro. (1943).
  63. Brazilian Association of Technical Standards. NBR 5738: Concrete - Procedure for molding and curing test specimens. , ABNT. (2015).
  64. Brazilian Association of Technical Standards. NBR 5739: Concrete - Compression tests of cylindrical specimens. , ABNT. (2007).
  65. Brazilian Association of Technical Standards. NBR 6136: Hollow concrete blocks for masonry - Requirements. , ABNT. (2016).
  66. Filho, N. C. Influence of preparation type of concrete specimen bases using neoprene plates and grinding on compressive strength testing. , Civil Engineering Course, Federal University of Alagoas, Sertão Campus - Technology Axis. Delmiro Gouveia, AL . (2022).
  67. Daccache, E. D. Analysis of the conformity of concrete batches for different strengths using statistical application: a case study. , Department of Civil and Environmental Engineering, Center of Technology, Federal University of Rio Grande do Norte. Natal, RN. (2023).
  68. Brazilian Association of Technical Standards. NBR 10004: Classification of solid waste - Classification of waste concerning potential risks to human health and the environment. , ABNT. (2004).
  69. Brazilian Association of Technical Standards. NBR 15116: Recycled aggregates for mortars and concretes - Requirements and test methods. , ABNT. (2021).
  70. Brazilian National Environment Council (CONAMA). Resolution No. 307. Regulation of construction and demolition waste management. , CONAMA. (2002).
  71. Siddiqua, A., Hahladakis, J. N., Al-Attiya, W. A. K. A. An overview of the environmental pollution and health effects associated with waste landfilling and open dumping. Environ Sci Pollut Res. 29, 58514-58536 (2022).
  72. Sikora, P., Horszczaruk, E., Rucinska, T. The effect of nanosilica and titanium dioxide on the mechanical and self-cleaning properties of waste glass cement mortar. Procedia Eng. 108, 146-153 (2015).
  73. Oh, S. -R., Choi, Y. W., Kim, Y. J. Effect of cement powder-based self-healing solid capsule on the quality of mortar. Constr Build Mater. 214, 574-580 (2019).
  74. Ong, C. B., et al. Bench-scale fire tests of Dark Red Meranti and Spruce finger joints in tension. Constr Build Mater. 168, 257-265 (2018).
  75. Dikkar, H., Kapre, V., Diwan, A., Sekar, S. K. Titanium dioxide as a photocatalyst to create self-cleaning concrete. Mater Today Proc. 45 (4), 4058-4062 (2021).
  76. Gopalakrishnan, R., Vignesh, B., Jeyalakshmi, R. Mechanical, electrical and microstructural studies on nano-TiO2 admixtured cement mortar cured with industrial wastewater. ERX. 2 (2), 025010(2020).
  77. Wang, L., Zhang, H., Gao, Y. Effect of TiO2 nanoparticles on physical and mechanical properties of cement at low temperatures. Adv Mater Sci Eng. 2018, 1-12 (2018).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи