008240612s2021      us  |||||||||||||||c||eng  d
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■035    ▼a(MiAaPQ)AAI28868451
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a620
■1001  ▼aSu,  Ying-Tsun.
■24510▼aOrientation  of  Calcium  Silicate  Hydrate  Nanoparticles  Under  Shear  Deformations▼h[electronic  resource]
■260    ▼a[S.l.]:▼bUniversity  of  California,  Berkeley.  ▼c2021
■260  1▼aAnn  Arbor  :▼bProQuest  Dissertations  &  Theses,  ▼c2021
■300    ▼a1  online  resource(82  p.)
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  85-04,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Monteiro,  Paulo  J.  M.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  California,  Berkeley,  2021.
■506    ▼aThis  item  must  not  be  sold  to  any  third  party  vendors.
■520    ▼aConcrete  is  one  of  the  most  widely  used  engineering  materials  worldwide,  significantly  exceeding  any  other  infrastructure  material,  such  as  steel  and  wood.  At  present,  most  of  the  feasible  options  for  microstructural  improvement  of  cement  and  concrete  have  been  implemented.  Thus,  there  is  an  urgent  need  to  find  scientific  and  technically-viable  improvements  by  engineering  the  cementitious  phases  at  the  nanometer  scale  to  increase  concrete  strength  and  durability.  Calcium  silicate  hydrate  (C-S-H)  is  the  main  hydration  product  of  Portland  cement  and  the  principal  binding  agent  in  the  cement  paste;  as  such,  C-S-H  is  the  main  contributor  to  the  mechanical  properties  of  concrete. Monteiro  lab  has  previously  performed  high-pressure  x-ray  diffraction  (HP-XRD)  experiments  on  calcium  (alumino)silicate  hydrate  (C-(A-)S-H),  a  structurally  similar  material  as  C-S-H,  using  diamond  anvil  cell  (DAC).  The  results  from  these  studies  confirm  the  hypothesis  that  fiber-like  C-(A-)S-H  nanoparticles  will  preferentially  orient  to  the  compression  direction  under  uniaxial  deformation,  and  no  texture  will  form  under  hydrostatic  stresses.  However,  owing  to  the  lack  of  control  of  applied  loads  in  the  DAC,  where  each  incremental  loading  (or  unloading)  is  typically  in  the  order  of  GPa,  it  is  necessary  to  perform  the  experiments  under  more  relevant  and  realistic  conditions,  i.e.,  with  applied  loads  in  the  order  of  MPa,  for  studying  mechanical  properties  of  cement  paste  and  concrete.  To  better  control  the  loading  pressures,  this  research  uses  deformation-DIA  (D-DIA)  multi-anvil  apparatus  and  large-volume  press  (LVP)  system  at  beamline  13-BMD  of  Advanced  Photon  Source  to  conduct  in  situ  shear  deformation  experiments  and  measure  the  orientation  behaviors  of  C-S-H  with  x-ray  diffractions.The  first  goal  of  this  dissertation  aims  to  investigate  the  rearrangement  of  C-S-H  nanoparticles  under  shear  stresses,  which  has  been  postulated  to  be  a  potential  root  cause  of  concrete  creep.  Furthermore,  the  structure  of  C-S-H  nanoparticles  is  modified  with  (3-  aminopropyl)triethoxysilane  (APTES)  and  polycarboxylate  ethers  (PCEs),  and  the  goal  is  to  examine  the  effects  on  the  texture  of  these  modified  nanocomposites.The  x-ray  diffraction  results  reveal  the  structural  modifications  of  C-S-H  via  intercalations  of  different  organic  contents.  The  bulk  modulus  of  these  modified-CSH  nanocomposites  was  computed  using  the  Birch-Murnaghan  equation  of  state.  The  results  show  that  the  intercalations  of  small  organic  molecules  APTES  produce  more  chemically  stable  and  higher  bulk  modulus  C-S-H  nanocomposites  than  the  intercalations  of  C-S-H  with  PCEs. The  results  from  the  high-pressure  x-ray  diffraction  experiments  at  beamline  13-BM-D  show  for  the  first  time  that  C-S-H  nanoparticles  could  start  forming  texture  at  deviatoric  stress  of  around  120  MPa  and  could  represent  the  energy  barrier  for  the  initiation  process  of  the  C-S-H  nanoparticles'  orientations  under  shear  loading.  In  a  separate  cyclic  loading  experiment,  x-ray  radiography  images  capture  the  delay  in  strain  response  of  C-S-H  under  shear  loading;  the  results  may  be  the  first  direct  measurements  from  the  experiment  that  show  the  viscous  nature  of  C-S-H,  which  is  linked  to  concrete  creep. Finally,  the  results  from  the  shear  deformation  experiments  on  the  modified  C-S-H  structure  demonstrate  that  CSH-APTES  nanocomposites  show  more  resistance  to  developing  preferred  orientations  under  deviatoric  stresses  than  unmodified  C-S-H  samples.  Higher  deviatoric  stresses  are  also  required  to  drive  the  "initiation"  process  of  forming  textures  for  CSH-APTES  nanocomposites  compared  to  unmodified  C-S-H  nanoparticles. The  studies  from  these  experiments  open  up  a  new  chapter  in  understanding  the  cementitious  phase  at  the  nanometer  scale.  In  particular,  if  rearrangement  of  C-S-H  nanoparticles  is  the  root  cause  of  concrete  creep,  then  the  development  of  creep  may  be  monitored  by  HP-XRD  techniques.  The  results  also  show  that  the  intercalations  of  small  organic  molecules  into  the  layered  structure  of  C-S-H  could  effectively  design  a  more  creep-resistant  concrete.  These  structural  modifications  help  us  better  understand  C-S-H's  structure-property  relationships  and  provide  a  promising  strategy  for  designing  C-S-H  to  resist  creep  from  the  bottom-up  approach.
■590    ▼aSchool  code:  0028.
■650  4▼aEngineering.
■650  4▼aMaterials  science.
■650  4▼aNanoscience.
■650  4▼aMolecular  chemistry.
■653    ▼aCalcium  silicate  hydrate
■653    ▼aNanocomposites
■653    ▼aSynchrotron
■653    ▼aX-ray  diffraction
■653    ▼aDiamond  anvil  cell
■690    ▼a0794
■690    ▼a0537
■690    ▼a0565
■690    ▼a0431
■71020▼aUniversity  of  California,  Berkeley▼bApplied  Science  &  Technology.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g85-04B.
■773    ▼tDissertation  Abstract  International
■790    ▼a0028
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2021
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T16931072▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.
■980    ▼a202402▼f2024