Оцінка можливостей використання волоконного армування КНТ та ВПП у нанокомпозитах з утрамбованої землі для підвищення структурної стійкості

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.328309

Ключові слова:

вигин, утрамбована земля, порожні пучки волокон, композит, нанотрубки

Анотація

Об'єктом дослідження є нанокомпозити на основі утрамбованої землі. Нанокомпозити на основі утрамбованої землі, армовані вуглецевими нанотрубками (КНТ) та волокнами порожніх пучків олійної пальми (ВПП), забезпечують нанорозмірну когезію, а волокна ВПП пропонують макророзмірне перекриття тріщин. Це дослідження спрямоване на значне покращення механічних характеристик матеріалу. Це дослідження є піонером у нанокомпозитному підході шляхом інтеграції 1–2 % КНТ та волокон ВПП в утрамбовану землю, що дозволило збільшити міцність на стиск на 539 % (з 1,43 МПа до 9,13 МПа) та опір вигину на 34,671 кН для покращення структурних характеристик, особливо для стійкості в екологічно чистому будівництві. Стандартна утрамбована земля мала міцність на стиск 1,43 МПа та опір вигину, що обмежує її використання; Однак, коли додавали 1 % КНТ, міцність на стиск збільшилася до 6,43 МПа (куб) та 6,58 МПа (циліндр), тоді як 2 % КНТ ще більше підвищили її до 8,56 МПа та 9,13 МПа відповідно. Міцність на згин також покращилася з 0,98 МПа до 3,60 МПа (балка). Циліндричні зразки продемонстрували оптимальні характеристики завдяки рівномірному розподілу напружень (опір вигину 34,671 кН). Мікроструктурний аналіз показує, що КНТ покращують нанорозмірну когезію, тоді як волокна ВПП забезпечують перекриття тріщин макророзміру. Порівняно зі звичайним бетоном, композит зменшує вміст вуглецю на 62 % (згідно зі стандартами ISO 14040 LCA) та щільність матеріалу на 26 % (1,48 проти 2,0 г/см3). Ці результати встановлюють нову парадигму для сталого сейсмостійкого будівництва в тропічних регіонах, що розвиваються, де є рясні латеритні ґрунти та відходи пальмової олії. Синергія КНТ (нанорозмірна когезія) та ВПП (розподіл навантаження) усуває ключові обмеження. Цей матеріал підходить для екологічно чистого будівництва, сейсмостійких конструкцій та легких перегородок, пропонуючи стійку альтернативу бетону/сталі. Проєкт одночасно просуває екологічно чисті будівельні матеріали та надає основу для професійної освіти, яка поєднує технічні та м’які навички

Біографії авторів

Kinanti Wijaya, Universitas Negeri Medan

Engineering Education Program

Syafiatun Siregar, Universitas Negeri Medan

Building Engineering Education Study Program

Sutrisno Sutrisno, Universitas Negeri Medan

Civil Engineering Study Program

Iswandi Idris, Politeknik LP3I Medan

Computer Engineering Technology Study Program

Посилання

  1. Aditama, A. G., Ardhyananta, H. (2017). Isolasi Selulosa dari Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit untuk Nano Filler Komposit Absorpsi Suara: Analisis FTIR. Jurnal Teknik ITS, 6 (2). https://doi.org/10.12962/j23373539.v6i2.24098
  2. Sidebang, E., Bukit, N. (2019). Analisis Sifat Mekanik Kompon Karet. EINSTEIN E-JOURNAL, 6 (2). https://doi.org/10.24114/einstein.v6i2.12081
  3. Saragih, M. T., Ginting, E. M. (2019). Analisis Sifat Mekanik Kompon Karet Dengan Bahan Pengisi Abu Tandan Kosong Kelapa Sawit. EINSTEIN E-JOURNAL, 6 (3). https://doi.org/10.24114/einstein.v6i3.12108
  4. Rahman, T., Fadhlulloh, M. A., Nandiyanto, A. B. D., Mudzakir, A. (2015). REVIEW: Sintesis Karbon Nanopartikel. J. Integr. Proses, 5 (3).
  5. Handayani, N. (2021). Nanokomposit Ramah Lingkungan Melalui Isolasi Nanofibril Selulosa (NFS) Dari Tandan Kosong Sawit Dan Poly Lactid Acid (PLA) Sebagai Matrik. Jurnal Sains Dan Teknologi Reaksi, 18 (02). ttps://doi.org/10.30811/jstr.v18i02.2254
  6. Zhou, T., Zhang, H., Zhang, Z., Zhang, L., Tan, W. (2023). Investigation of intralayer and interlayer shear properties of stabilized rammed earth by direct shear tests. Construction and Building Materials, 367, 130320. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.130320
  7. Toufigh, V., Samadianfard, S. (2022). Experimental and numerical investigation of thermal enhancement methods on rammed-earth materials. Solar Energy, 244, 474–483. https://doi.org/10.1016/j.solener.2022.08.049
  8. Strazzeri, V., Karrech, A. (2022). Energy and thermal performance of a typical rammed earth residential building in Western Australia. Energy and Buildings, 260, 111901. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2022.111901
  9. Espinach, F. X., Vilaseca, F., Tarrés, Q., Delgado-Aguilar, M., Aguado, R. J., Mutjé, P. (2024). An alternative method to evaluate the micromechanics tensile strength properties of natural fiber strand reinforced polyolefin composites. The case of hemp strand-reinforced polypropylene. Composites Part B: Engineering, 273, 111211. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2024.111211
  10. Ávila, F., Puertas, E., Gallego, R. (2021). Characterization of the mechanical and physical properties of unstabilized rammed earth: A review. Construction and Building Materials, 270, 121435. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.121435
  11. Gil-Martín, L. M., Fernández-Ruiz, M. A., Hernández-Montes, E. (2022). Mechanical characterization and elastic stiffness degradation of unstabilized rammed earth. Journal of Building Engineering, 56, 104805. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.104805
  12. The creep of Rammed Earth material (2015). Rammed Earth Construction, 61–66. https://doi.org/10.1201/b18046-10
  13. Majidifard, H., Adu-Gyamfi, Y., Buttlar, W. G. (2020). Deep machine learning approach to develop a new asphalt pavement condition index. Construction and Building Materials, 247, 118513. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118513
  14. Narloch, P. L., Lidner, M., Kunicka, E., Bielecki, M. (2015). Flexural Tensile Strength of Construction Elements Made out of Cement Stabilized Rammed Earth. Procedia Engineering, 111, 589–595. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.07.049
  15. Khan, R. (2019). Fiber bridging in composite laminates: A literature review. Composite Structures, 229, 111418. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.111418
  16. Rahman, T., Fadhlulloh, M. A., Nandiyanto, A. B. D., Mudzakir, A. (2015). Review: Synthesis of Carbon Nanoparticles. Available at: https://api.semanticscholar.org/CorpusID:100363740
  17. Cheah, C. B., Liew, J. J., Khaw Le Ping, K., Siddique, R., Tangchirapat, W. (2022). Properties of ternary blended cement containing ground granulated blast furnace slag and ground coal bottom ash. Construction and Building Materials, 315, 125249. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.125249
  18. Zhang, L., Zhang, J., Lv, C., Gao, L., Luo, S., Ren, Y. et al. (2024). Fabrication and characterization of flexible natural cellulosic fiber composites through collaborative modification strategy of sodium hydroxide and γ-Aminopropyl triethoxysilane. International Journal of Biological Macromolecules, 261, 129831. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.129831
  19. Ramachandrarao, M., Khan, S. H., Abdullah, K. (2025). Carbon nanotubes and nanofibers – reinforcement to carbon fiber composites - synthesis, characterizations and applications: A review. Composites Part C: Open Access, 16, 100551. https://doi.org/10.1016/j.jcomc.2024.100551
  20. Tarfaoui, M., Lafdi, K., El Moumen, A. (2016). Mechanical properties of carbon nanotubes based polymer composites. Composites Part B: Engineering, 103, 113–121. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2016.08.016
Оцінка можливостей використання волоконного армування КНТ та ВПП у нанокомпозитах з утрамбованої землі для підвищення структурної стійкості

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-04-30

Як цитувати

Wijaya, K., Siregar, S., Sutrisno, S., & Idris, I. (2025). Оцінка можливостей використання волоконного армування КНТ та ВПП у нанокомпозитах з утрамбованої землі для підвищення структурної стійкості. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(6 (134), 24–32. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.328309

Номер

Том 2 № 6 (134) (2025): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Kinanti Wijaya, Syafiatun Siregar, Sutrisno Sutrisno, Iswandi Idris

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.