Nucleation effect of surface-modified multiwall carbon nanotube on setting time and mechanical behavior of cement

ผลกระทบของปรากฏการณ์นิวคลีเอชั่นจากการใช้ท่อนาโนคาร์บอนแบบผนังหลายชั้นที่ปรับปรุงพื้นผิวต่อระยะเวลาในการแข็งตัวและพฤติกรรมทางกลของซีเมนต์

Name: Montira Seneewong Na Ayutthaya

keyword: Nanotubes, carbon

LCSH: Nucleation

LCSH: Cement -- Mechanical properties

Abstract: Cement is an important civil engineering material for construction. Setting time and mechanical behavior of cement are important properties for an emergency or limited time work. Carbon nanotube (CNT) is one of nanomaterials that have an attention for improving properties of cement by acting as nucleating sites for the growth of the cement hydration products. However, the main problem of CNT application in cement is that CNT has low dispersion in cement compound due to its aggregation with van der Waals force of its high surface area. In part 1 : The modified CNT was prepared by functionalization techniques. Three different techniques used were admicellar polymerization, biopolymer coating and mild acid oxidation. The results show that all modified CNT samples clearly yield improved aqueous dispersions. The optimum conditions of CNT modifications were 1 : 10 (surfactant:monomer) by admicellar polymerization, 1 : 0.2 (CNT : biopolymer) by biopolymer coating, and 0.05 M of KMnO4 by mild acid oxidation. FT-IR, TGA, SEM and TEM were used to confirm that CNT was successfully modified. FT-Raman was used to prove that three studied techniques were the methods as non-destructive functionalizations. For each of the three approaches, the better option was KMnO4 for mild acid oxidation, PVAc for admicellar polymerization, and chitosan for biopolymer deposition. In part 2 : The effect of the modified CNT in cement paste on nucleation phenomena was studied by observing the setting time and mechanical behavior examination. The results showed that the modified CNT accelerated the hydration reaction rate and promoted the formation of hydrated products. The degree of cement hydration was calculated by Avrami equation for investigating the kinetics. The properties and workability of the modified CNT/OPC compounds were examined. It was found that the modified CNT enhanced mechanical properties and reduced the final setting time due to the stable dispersion of the modified CNT in cement matrix. SEM micrograph showed good interactions between the modified CNT and hydrated solid products of cement that filled inside the pore. The optimum loading of the modified CNT in cement compound was 0.02% by cement weight, and the best modified CNT/OPC compound was Chi-coated CNT/OPC for improving mechanical strength and workability. In the conclusion, the modified CNT can be further used to implement the new commercial high value specific cement

Abstract: ซีเมนต์เป็นวัสดุสำคัญทางวิศวกรรมโยธาสำหรับอุตสาหกรรมก่อสร้าง ระยะเวลาในการแข็งตัว และคุณสมบัติทางกล ของซีเมนต์มีความสำคัญอย่างมากต่องานก่อสร้างประเภทฉุกเฉิน หรืองานก่อสร้างที่ต้องใช้ระยะเวลาที่จำกัด ท่อนาโนคาร์บอน (Carbon Nanotube; CNT) เป็นหนึ่งในวัสดุนาโนที่ได้รับความสนใจ ในการนำมาพัฒนาคุณสมบัติซีเมนต์ โดยอาศัยปรากฏการณ์รวมอนุภาค เพื่อพัฒนาการเกิดผลิตภัณฑ์ไฮเดรชันของซีเมนต์ แต่ปัญหาสำคัญของการนำท่อนาโนคาร์บอนมาใช้ในงานซีเมนต์คือ ท่อนาโนคาร์บอนมีความสามารถในการกระจายตัวเนื้อซีเมนต์เหลวที่ต่ำมาก เนื่องจากท่อนาโนคาร์บอนมักจับตัวกันเป็นกลุ่มก้อนซึ่งเป็นผลมาจากการมีพื้นที่ผิวสัมผัสที่สูง ทำให้เกิดแรงวันเดอร์วาลส์ดึงดูดกันระหว่างอนุภาค งานวิจัยส่วนที่ 1 : ท่อนาโนคาร์บอนจะได้รับการปรับปรุงด้วยเทคนิคฟังก์ชันนอลไรเซชันที่แตกต่างกัน 3 เทคนิค ได้แก่ เทคนิคแอดไมเซลลาร์พอลิเมอไรเซชัน, การเคลือบด้วยไบโอพอลิเมอร์ และการทำปฏิกิริยาออกซิเดชันด้วยกรดความเข้มต่ำ จากผลการทดลองพบว่า ท่อนาโนคาร์บอนที่ผ่านการปรับปรุงจากทั้ง 3 เทคนิคมีคุณสมบัติการกระจายตัวในน้ำที่ดีมาก ส่วนสภาวะการทดลองที่เหมาะสมของแต่ละเทคนิคคือ 1 : 10 (สารลดแรงตึงผิว : มอนอเมอร์) สำหรับเทคนิคแอดไมเซลลาร์พอลิเมอไรเซชัน, 1 : 0.2 (ท่อนาโนคาร์บอน : ไบโอพอลิเมอร์) สำหรับเทคนิคการเคลือบด้วยไบโอพอลิเมอร์ และโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตที่ความเข้มข้น 0.05 โมลาร์ สำหรับเทคนิคการทำปฏิกิริยาออกซิเดชันด้วยกรดความเข้มข้นต่ำ ผลการวิเคราะห์ FT-IR TGA SEM และ TEM สามารถยืนยันการปรับปรุงพื้นผิวที่สมบูรณ์ของท่อนาโนคาร์บอน และจากผลการทดสอบ FT-Raman แสดงให้เห็นว่าเทคนิคฟังก์ชันนอลไรเซชันทั้ง 3 เทคนิคเป็นเทคนิคที่ไม่ทำลายโครงสร้างและพื้นผิวของท่อนาโนคาร์บอน โดยการปรับปรุงที่ดีที่สุดของแต่ละเทคนิคคือ การใช้โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตสำหรับการทำปฏิกิริยาออกซิเดชันด้วยกรดความเข้มข้นต่ำ, การเคลือบ PVAc สำหรับแอดไมเซลลาพอลิเมอไรเซชัน และการเคลือบด้วยไคโตซานสำหรับการเคลือบด้วยไบโอพอลิเมอร์ งานวิจัยส่วนที่ 2 : การศึกษาผลกระทบของปรากฏการณ์รวมอนุภาคจากการใช้ท่อนาโนคาร์บอนที่ผ่านการปรับปรุงในงานซีเมนต์ โดยสังเกตจากระยะเวลาในการแข็งตัวและคุณสมบัติทางกลของซีเมนต์ จากผลการทดลองพบว่า ท่อนาโนคาร์บอนที่ผ่านการปรับปรุงสามารถช่วยเร่งอัตราการเกิดปฏิกิริยาไฮเดรชันของซีเมนต์ได้ ส่งผลให้เกิดผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาไฮเดรชันที่สูงขึ้น โดยดีกรีของปฏิกิริยาไฮเดรชันสามารถคำนวณได้จากสมการของอาฟรามี (Avrami Equation) ถูกใช้ในการวิเคราะห์ทางด้านไคเนติคส์ จากนั้นคุณสมบัติและค่าการทำงาน (Workability) ของวัสดุคอมพอสิตระหว่างท่อนาโนคาร์บอนที่ผ่านการปรับปรุงและซีเมนต์ได้ถูกทำการทดสอบ ซึ่งพบว่าท่อนาโนคาร์บอนที่ผ่านการปรับปรุงช่วยพัฒนาความแข็งแรงเชิงกลของซีเมนต์ และลดระยะเวลาในการแข็งตัวสุดท้ายลง เนื่องจากการกระจายตัวที่สม่ำเสมอของท่อนาโนคาร์บอนในเนื้อซีเมนต์ จากภาพ SEM พบปฏิสัมพันธ์ที่ดีระหว่างท่อนาโนคาร์บอนที่ผ่านการปรับปรุงกับผลิตภัณฑ์ไฮเดรชัน ซึ่งช่วยเติมช่องว่างและรูพรุนภายในเนื้อซีเมนต์ ส่วนปริมาณที่เหมาะสมของท่อนาโนคาร์บอนที่ผ่านการปรับปรุงสำหรับงานซีเมนต์คือ 0.02% (โดยน้ำหนักของซีเมนต์) และเทคนิคที่ดีที่สุดสำหรับการปรับปรุงท่อนาโนคาร์บอนเพื่อประยุกต์ใช้ในงานซีเมนต์คือ ท่อนาโนคาร์บอนที่ผ่านการเคลือบด้วยไบโอพอลิเมอร์ประเภทไคโตซาน ซึ่งให้ค่าคุณสมบัติเชิงกลและค่าการทำงานของซีเมนต์ที่ดี โดยสรุปแล้วท่อนาโนคาร์บอนที่ผ่านการปรับปรุงจากงานวิจัยนี้ ในอนาคตสามารถพัฒนาต่อยอดทางการค้าเพื่อเป็นผลิตภัณฑ์ใหม่ของปูนซีเมนต์ที่มีคุณสมบัติเฉพาะทาง ซึ่งเป็นการเพิ่มมูลค่าให้กับอุตสาหกรรมปูนซีเมนต์

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ. สำนักหอสมุดกลาง

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: library@kmutnb.ac.th

Name: Thirawudh Pongprayoon

Role: Dissert advisors

Email : thirawudh.p@eng.kmutnb.ac.th

Created: 2016

Modified: 2560-10-04

Issued: 2560-06-05

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

CallNumber: Dissert DChE M6S

tha

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Chemical Engineering

Grantor: King Mongkut's University of Technology North Bangkok

©copyrights มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	B1604776x.pdf	9.38 MB	2	2025-06-16 14:35:00

ใช้เวลา

0.033803 วินาที