Silica Fume as a Physical Dispersing Agent for Carbon Nanotubes in Cementitious Mortars: Microstructural Mechanisms, Mechanical Performance and Carbon Reduction Efficiency

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:The hybrid silica fume-CNT system offers a promising approach to improve mechanical and carbon efficiency in cementitious composites, warranting further microstructural studies.

🏢実務担当者:Corporations in the construction industry can consider using silica fume and CNTs to reduce cement usage and CO2 emissions while enhancing material strength.

🏛政策担当者:The results support policies promoting low-carbon construction materials and innovation in cement production to meet climate targets.

本研究は、セメント系モルタルへのカーボンナノチューブ（CNT）混入のための物理的媒体としてのシリカフュームの利用可能性を調査し、力学性能の向上とセメント使用効率の改善を目指すものである。水結合材比を0.50に固定した4種類の配合を作製した：基準モルタル（REF）、0.2 wt.%のCNTを混入したモルタル（REFCNT）、セメントの10 wt.%をシリカフュームで置換したモルタル（REFSIL）、ならびにCNTとシリカフュームの両方を含有するハイブリッドシステム（SILCNT）である。CNTは、界面活性剤、化学的官能化、または超音波処理を用いずに、シリカフュームとの乾式予備混合法により導入した。CNTのみの混入では力学効率は限定的であり、7日における曲げ引張強度の低下と、28日におけるわずかな改善が生じた。対照的に、ハイブリッドSILCNTシステムは全体的に最良の性能を示し、28日において曲げ引張強度で6.2%、軸圧縮強度で13.7%、角柱圧縮強度で16.0%の増加が認められ、複合システムの力学効率の向上が示された。環境指標（EPI）に関しては、REFSILとSILCNTは、REFおよびREFCNT（約0.86 kgCO2/MPa）と比較して、低い値（それぞれ0.68 kgCO2/MPa）を示した。これらの結果は、シリカフュームとCNTの併用がセメント系複合材料の力学効率を向上させ、セメント由来のCO2排出指標の低減につながることを示唆している。CNTの分散を促進する可能性におけるシリカフュームの役割は、力学性能の傾向や微細構造観察を含む間接的証拠に基づく妥当な仮説として提案されている。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

This study investigates the use of silica fume as a potential physical medium for carbon nanotube (CNT) incorporation in cementitious mortars, aiming to enhance mechanical performance and improve cement-use efficiency. Four mixtures were produced with a constant water-to-binder ratio of 0.50: a reference mortar (REF), a mortar incorporating 0.2 wt.% CNTs (REFCNT), a mortar with 10 wt.% cement replacement by silica fume (REFSIL), and a hybrid system containing both CNTs and silica fume (SILCNT). CNTs were introduced using a dry pre-mixing approach with silica fume, avoiding the use of surfactants, chemical functionalization, or ultrasonication. The incorporation of CNTs alone resulted in limited mechanical efficiency, leading to a reduction in flexural tensile strength at 7 days and marginal improvements at 28 days. In contrast, the hybrid SILCNT system exhibited the best overall performance, with increases of 6.2% in flexural tensile strength, 13.7% in axial compressive strength, and 16.0% in prismatic compressive strength at 28 days, indicating improved mechanical efficiency of the composite system. Regarding the environmental indicator (EPI), REFSIL and SILCNT showed a reduced value (0.68 kgCO2/MPa, respectively) compared to REF and REFCNT (~0.86 kgCO2/MPa). The results suggest that the combined use of silica fume and CNTs improves the mechanical efficiency of cementitious composites, leading to lower cement-based CO2 emission indicators. The role of silica fume in potentially facilitating CNT distribution is proposed as a plausible hypothesis based on indirect evidence, including mechanical performance trends and microstructural observations.

• openalex https://doi.org/10.3390/nano16140885first seen 2026-07-22 05:15:14