Innovations in Electronic Materials: Advancing Technology for a Sustainable Future
ICEAMST 2024
- 2025
- Buch
- Herausgegeben von
- Subramanya K N
- Hui-Ming Wee
- Mario Orlando Oliveira
- Verlag
- Springer Nature Switzerland
Über dieses Buch
Dieses Buch vertieft sich in das innovative Feld elektronischer Materialien und konzentriert sich auf ihre zentrale Rolle bei der Gestaltung einer nachhaltigen und technologisch fortschrittlichen Zukunft. Dieses umfassende Buch versammelt eine Auswahl von Beiträgen, die die transformativen Auswirkungen elektronischer Materialien auf verschiedene Branchen untersuchen, darunter Gesundheitswesen, Luft- und Raumfahrt, Energie und Elektronik. Das Buch rückt die technologische Innovation in den Mittelpunkt, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf der Nanoelektronik liegt. Die Leser werden sich durch die technologische Landschaft elektronischer Materialien navigieren und ihre Bedeutung für die Entwicklung nachhaltiger Technologien entdecken, die den sich abzeichnenden Herausforderungen gerecht werden und auch die neu entstehenden Eigenschaften elektronischer Materialien wie Multifunktionalität, Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit erforschen. Anhand eingehender Analysen und Fallstudien zeigt dieses Buch, wie diese Eigenschaften Forscher in der elektronischen Materialwissenschaft zu bahnbrechenden Lösungen mit Anwendungen in der realen Welt antreiben. Dieses Buch dient als kollaborative und deskriptive Plattform, die interdisziplinäre Diskussionen und Wissensaustausch fördert. Es fungiert als Brücke zwischen verschiedenen Bereichen und bietet Forschern, Wissenschaftlern und Ingenieuren Raum, um bahnbrechende Entdeckungen und Fortschritte zu teilen. Das Buch ist mehr als eine Sammlung von Artikeln; es ist eine zukunftsorientierte Erforschung der Dynamik von Materialwissenschaft und -technologie. Es zeigt, wie Forscher und Ingenieure die Grenzen ausweiten und die bemerkenswerten Eigenschaften von Materialien nutzen, um Lösungen zu schaffen, die Effizienz, Innovation und Nachhaltigkeit verbessern.
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Über dieses Buch
This book delves into the cutting-edge field of electronic materials, focusing on their pivotal role in shaping a sustainable and technologically advanced future. This comprehensive book brings together a selection of contributions that explore the transformative impact of electronic materials on various industries, including health care, aerospace, energy, and electronics. The book places a spotlight on the forefront of technological innovation, with a particular emphasis on nanoelectronics. Readers will navigate through the technological landscape of electronic materials, uncovering its significance in driving sustainable technologies that address the emerging challenges and also explore the emergent properties of electronic materials, such as multifunctionality, reliability, and scalability. Through in-depth analysis and case studies, this book showcases how these properties propel researchers in electronic material science toward ground-breaking solutions with real-world applications. This book serves as a collaborative and descriptive platform, fostering interdisciplinary discussions and knowledge exchange. It acts as a bridge between various fields, providing a space for researchers, scientists, and engineers to share cutting-edge discoveries and advancements. The book is more than a collection of articles; it is a forward-looking exploration of the dynamic nature of material science and technology. It highlights how researchers and engineers are pushing the boundaries, leveraging the remarkable properties of materials to create solutions that enhance efficiency, innovation, and sustainability.
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Inhaltsverzeichnis
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Frontmatter
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Examining Fine Aggregate Properties from Dismantled Building Materials Waste: Towards Sustainable Construction Solutions in Environmental Sensing
Atul S. Kurzekar, Uday Waghe, Devesh Gawande, Aayush Jaiswal, Prayag NarkhedeDas Kapitel geht der Bedeutung von Ressourceneffizienz und Umweltschutz in modernen Baumethoden nach und betont die Bedeutung recycelter Materialien. Sie konzentriert sich auf feine Zuschlagstoffe, wesentliche Komponenten der Betonproduktion, und untersucht die Machbarkeit der Verwendung von recycelten feinen Zuschlagstoffen (RFAs) aus abgerissenen Baumaterialien. Die Studie zielt darauf ab, die physikalischen Eigenschaften von RFAs wie Dichte, Wasseraufnahme und Partikelgrößenverteilung zu bewerten, um ihre Eignung für verschiedene Bauzwecke sicherzustellen. Durch systematische Tests und Analysen versucht die Forschung, das Verständnis von FFA als umweltfreundliche Baumaterialien zu verbessern, einen Beitrag zu Nachhaltigkeitszielen zu leisten und die Nachfrage nach natürlichen Ressourcen zu verringern. Das Kapitel diskutiert auch die Herausforderungen und das Potenzial der Integration von FFA in Betonmischungen und liefert wertvolle Erkenntnisse über die Haltbarkeit und die mechanischen Eigenschaften von recycelten Zuschlagstoffen. Insgesamt unterstreicht die Studie die Notwendigkeit umfassender Forschung und angemessener Nutzung recycelter Feinaggregate, um nachhaltige Baupraktiken zu fördern.KI-Generiert
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AbstractFine aggregates are necessary for construction, particularly in the case of concrete production, where they constitute a crucial ingredient. This research examines the physical characteristics of fine aggregate created from disassembled building components to highlight the possibilities for recycling in the construction sector. The primary objectives of this study are to determine whether the physical characteristics of recycled fine aggregate meet the specifications needed to produce concrete, to appraise the sustainability and potential environmental benefits of using recycled fine aggregate, and to appraise the quality and suitability of recycled fine aggregate made from demolished building materials for use in construction applications. The fineness modulus, specific gravity, and silt content for the artificial fine aggregate are found to be 4.82%, 2.67, and 8.46%, respectively, indicating auspicious results. The study’s conclusions broaden our understanding of the topic. The findings pave the way for a building practices approach that is more sustainable and environmentally friendly by emphasizing the critical changes that must be made to mix design and quality control protocols to be successfully implemented. -
Comparatıve Analysıs and Design of Staging Structure of Elevated Tank for Offsıte Precast and Cast in Place Structure
Ashwini Badhiye, B. V. Bahoria, P. B. Pande, J. M. Raut, R. M. BhagatDas Kapitel vertieft sich in die vergleichende Analyse und Gestaltung von Staging Structures für Hochbehälter, wobei der Schwerpunkt auf Regionen mit hoher seismischer Aktivität liegt. Es untersucht das seismische Verhalten von Fertig- und Gussbauwerken und bewertet deren Stabilität, Steifigkeit und Leistungsfähigkeit unter verschiedenen Belastungen. Die Studie nutzt die Software STAAD Pro zur Strukturanalyse unter Berücksichtigung von Totlasten, Lebendlasten, Windlasten und seismischen Kräften. Die Forschung unterstreicht die Bedeutung der seismischen Widerstandsfähigkeit in kritischen Infrastrukturen und betont die Notwendigkeit robuster Designmethoden und Qualitätskontrollmaßnahmen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Fertigteilstrukturen vielversprechende Vorteile in Bezug auf Geschwindigkeit, Effizienz und seismische Resistenz bieten, was sie zu einer praktikablen Alternative in sich schnell entwickelnden Regionen wie Indien macht. Das Kapitel schließt mit der Empfehlung weiterer Forschungsarbeiten und Kosten-Nutzen-Analysen, um den am besten geeigneten Ansatz für spezifische Projekte zu ermitteln.KI-Generiert
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AbstractReinforced concrete water tanks are vital for mass water storage, especially in rapidly urbanizing areas like India. This study examines staging structures for elevated tanks, focusing on offsite precast and cast-in-place methods’ efficiency. It highlights the tanks’ significance in water distribution systems, particularly in developing countries, exploring construction techniques to meet growing demands. The research highlights seismic behavior and design comparisons between cast-in-situ and precast staging structures, crucial in seismic-prone regions. Seismic resistance and efficiency are evaluated using advanced modeling techniques, with precast structures showing promising resilience despite initial costs. Findings indicate minor differences in performance, urging further research for optimal approaches, considering construction timelines, budgets, and long-term performance. Engineers, designers, and stakeholders in elevated tank infrastructure development will benefit from this research work. -
Enhancing Structural Integrity: A Comparative Analysis of Ductile Detailing in Intze Water Tanks with Reference to IS-13920-1993 and IS-13920-2016 Standards
Vinay Anasane, Amruta Yadav, Sneha HirekhanDas Kapitel geht der kritischen Rolle von Stahlbeton-Freiwassertanks in städtischen Wasserversorgungssystemen nach, wobei der Schwerpunkt auf Intze-Wassertanks liegt. Es vergleicht die Konstruktionsstandards IS-13920-1993 und IS-13920-2016 und betont die Bedeutung duktiler Details für die strukturelle Integrität unter seismischen Belastungen. Die Methodik zur Planung von Intze-Wassertanks mit der Software STAAD.Pro wird skizziert, einschließlich der Konstruktion von Tragwerksteilen und der Umsetzung duktiler Konstruktionskriterien. Das Kapitel präsentiert auch eine vergleichende Analyse der Säulen- und Balkenergebnisse auf Grundlage der beiden Designcodes, wobei die Verbesserungen im Standard von 2016 hervorgehoben werden. Die Schlussfolgerung diskutiert die Implikationen dieser Designänderungen und mögliche Lösungen zur Optimierung der strukturellen Leistung.KI-Generiert
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AbstractWater storage structures play a critical role worldwide in meeting the escalating demands of growing populations. In India, ensuring the safety and functionality of such structures prompted the revision of the Concrete Structures for Retaining Aqueous Liquids code to IS3370:2021. This updated code embraces a comprehensive limit state method, introducing notable modifications such as heightened reinforcement criteria, detailed spacing specifications, inclusion of water tightness classifications, and further restrictions on crack-width. This study focuses on the design of an Intze water tank using IS3370:2021, alongside IS1893-Part-1 and IS1893 Part-II, with particular attention to ductile detailing outlined in IS13920-2016. A comparative analysis of ductile detailing between IS13920–1993 and IS13920-2016 is elaborated. Despite the recent enhancements in Indian standards, scant research exists on the disparity in ductile detailing design between IS13920-1993 and IS13920-2016. This study aims to fill this gap by examining the implications of the new design clauses and their impact on structural economy. -
A Comprehensive Structural Design-Based Protocol for Energy-Efficient Buildings for Smart City Projects
A. Jayaraman, M. Vasudevan, C. SasikumarDas Kapitel geht der entscheidenden Bedeutung nachhaltiger Stadtentwicklung im Kontext der raschen Urbanisierung und der Entstehung intelligenter Städte nach. Sie unterstreicht die Notwendigkeit energieeffizienter Gebäude, die mit Nachhaltigkeitszielen und Regulierungsstandards im Einklang stehen. Der Autor schlägt ein umfassendes, auf Smart-City-Projekte zugeschnittenes Strukturplanungsprotokoll vor, das sich auf die Optimierung von Ressourcen, die Minimierung von Verschwendung und die Einbeziehung erneuerbarer Energiesysteme konzentriert. Das Kapitel diskutiert auch die Integration intelligenter Technologien und die Anpassungsfähigkeit von Gestaltungsprinzipien an den Klimawandel anhand einer Fallstudie an einem vierstöckigen Wohnhaus in Coimbatore, Indien. Der vorgeschlagene Rahmen zielt darauf ab, den Nachhaltigkeitsquotienten intelligenter Städte durch die Förderung energieeffizienter Bautechniken und nachhaltiger Infrastrukturentwicklung zu verbessern.KI-Generiert
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AbstractAs the global urban landscape continues to evolve, the need for providing sustainable and energy-efficient urban infrastructure becomes highly critical. While the existing townships are struggling to adopt innovations in their regular services for reducing the energy and environmental footprints, a more conservative and sustainable approach is anticipated by evaluating the infrastructural project activity right from its inception. In this regard, consideration of design features can be adopted by virtue of advanced materials and construction techniques that can fulfill regulatory compliances and ensure safe and sustainable construction with energy and economic benefits. The present study proposes a comprehensive structural design-based protocol tailored for the construction of energy-efficient buildings in the context of smart city projects in India. At the outset, the framework primarily addresses some of the key parameters such as material selection, building orientation, passive design strategies, and innovative structural systems, which include structural analysis and design considering provisions for alternative energy sources and ventilation space. By incorporating state-of-the-art smart technologies such as IoT-based sensor networks, building automation systems, and data analytics, the protocol aims to optimize the dynamic interplay between the structural integrity of the building and its energy performance. The results indicate that utilization of building blocks made of recycled aggregates have reduced the dead load and thermal insulation requirements for the building. The proposed framework integrates concepts of structural design, recycled materials, building energy conservation and smart control systems for reshaping the urban spaces to adopt sustainability in the fabric of smart cities. -
Promoting Sustainable Concrete Construction: Evaluating Water Sources for Strength and Viability
Rewa Bochare, Monika Dagliya, Bindiya Sharma, Navneeta Upadhyay, Supriya VyasDas Kapitel geht dem drängenden Problem der Wasserknappheit in der Bauindustrie nach und konzentriert sich dabei auf den erheblichen Wasserverbrauch des Betonsektors. Es untersucht die Nutzung verschiedener Wasserquellen wie Leitungswasser, Flusswasser, Abwasser und Salzwasser in der Betonproduktion und bewertet deren Auswirkungen auf die Betonfestigkeit. Die Studie hebt das Potenzial der Wiederverwendung von Abwasser hervor und fördert damit nachhaltige Praktiken in der Bauindustrie. Die Forschungsmethode umfasst die Sammlung und Prüfung von Wasserproben aus verschiedenen Quellen, die Vorbereitung von Betonwürfeln und die Durchführung von Druckfestigkeitsprüfungen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Leitungswasser und Flusswasser für die Betonproduktion geeignet sind, während Abwasser und Salzwasser einer Behandlung bedürfen, um eine ausreichende Festigkeit zu erreichen. Das Kapitel schließt mit der Betonung der Notwendigkeit nachhaltiger Wasserpraktiken in der Bauindustrie, um die Auswirkungen der Wasserknappheit abzumildern.KI-Generiert
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AbstractAmidst increasing water scarcity, the construction industry faces significant challenges due to its high water consumption. This study investigates the impact of using different water sources—tap water, river water, groundwater, and sewage water—on concrete strength. A total of 24 concrete cubes were prepared and tested for compressive strength after 7 and 28 days of curing. Results indicate that tap water and river water yielded satisfactory strengths, suitable for continuous use in concrete production. In contrast, groundwater and sewage water produced unsatisfactory strengths, with sewage water achieving only 77.6% of the required strength. However, saltwater cubes reached 90% of the expected strength, suggesting minor treatment could make groundwater viable. High levels of solids and salts in groundwater and sewage water hinder cement hydration. Establishing on-site treatment facilities could enable the use of saltwater and sewage water, promoting sustainable construction practices amidst growing water scarcity. -
Fly Ash Based Papercrete Blocks—Sustainable and Lightweight Building Solution
J. Anitha, N. Tamil Selvi, Fatima BachaAbstractThe increasing carbon dioxide (CO2) emissions resulting from cement production in the construction industry have become a global concern. To address the environmental impact associated with cement manufacturing and the depletion of natural resources, the development of alternative materials for sustainable construction is crucial. Papercrete is a sustainable building material made by combining wastepaper fibers with a mixture of cement, sand, and water. The addition of wastepaper fibers enhances the properties of the mixture, including improved thermal insulation, sound absorption, and reduced environmental impact. Papercrete offers numerous advantages in the construction industry, including a low carbon footprint, utilization of recycled materials, low embodied energy, high strength-to-weight ratio, aesthetic appeal, and cost-effectiveness. This abstract emphasizes the urgent need to adopt sustainable practices in the construction industry. The utilization of papercrete presents a promising solution by reducing cement consumption and effectively recycling wastepaper. -
Analysis of Railway Bridge of Various Spans of Composite Standard RDSO Girder for Rail Structure Interaction
Jaikishan Shriram Bhardhwaj, Prashant D. Hiwase, Akhshay DobleDas Kapitel befasst sich mit der Analyse einer Eisenbahnbrücke für die U-Bahn-Linie 2 in Chennai und konzentriert sich auf die Interaktion zwischen Eisenbahnstrukturen und Brücken. Es untersucht die Leistung von Elastomer- und POT-PTFE-Lagern unter unterschiedlichen Spannweiten und Belastungen, einschließlich Temperaturänderungen, Brems- und Zugkräften sowie vertikaler Biegung. Die Studie hebt die strukturelle Integrität und Stabilität der Brücke hervor und gewährleistet einen sicheren Betrieb unter verschiedenen Bedingungen. Die Analyse zeigt auch Optimierungsmöglichkeiten zur Verbesserung der Brückenleistung auf, was sie zu einer wertvollen Ressource für Fachleute in diesem Bereich macht.KI-Generiert
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AbstractLong welded rails (LWR) have been used in metro rail systems to provide smoother, safer and less maintenance-requiring operations at high speeds. Due to the configuration of the interconnection of rail and deck systems, there is interaction in power transfer. Rail-structure interaction (RSI) analysis is a technique used to examine this effect in structures. The performance of the composite structure, rail stress and relative deformations were analyzed. Limits of overhead and the impact of RSI analysis are mentioned, according to the guidance of RDSO and UIC standards. The first floor of the viaduct construction, which is planned to be built on two floors, will carry the road load, and the second floor of the railway will carry the traffic. It is recommended to use four continuous decks on highway bridge decks to protect passengers from discomfort caused by continuous joints and to ensure a comfortable journey. This paper considers the above two-storey superstructure complex with different types of superstructure at the metro level due to the need for monitoring such as U-beam slab, I-beam slab for each road, and examines the impact of RSI on the road. The highway Level has a continuous slab and I used the beam slab as a slab for the two lanes of the transition/pocket. To examine the interaction between bilayer bridge structures, endpoint analysis was performed using the MIDAS CIVIL software analysis tool. The ballastless runway and bridge deck in this study were attached using multilinear elastic springs approved by UIC 774-3R, with additional limits per IRS and IRC regulations. This study examines the behavior of infrastructure as a result of temperature and live pressure and force loads at the metro system and highway level. -
Comparative Study on Design and Construction Methodology of Precast Box Type Road Under Bridge by Box Pushing Techniques Using PTFE Sheet
Abhinav Wanwade, Sharda SidhhDas Kapitel befasst sich mit der Konstruktion und dem Bau von vorgefertigten Straßen unter Brücken unter Verwendung der Schachtelschiebetechnik mit PTFE-Platten. Er beginnt mit der Betonung der Bedeutung von Unterführungen in Eisenbahnsystemen und der Vorteile der Kastenschiebetechnik gegenüber offenen Rahmen. Die Studie bewertet verschiedene Aspekte der Methode, darunter die Konstruktion von Fertigkastensegmenten, Schubbetten und die Verwendung von PTFE-Platten zur Reibungsreduzierung. Die Methodik ist detailliert, einschließlich der Schachtelverschiebung und der Konstruktion von Hilfsbalken und Hubwänden. In diesem Kapitel wird auch eine vergleichende Analyse ähnlicher Projekte präsentiert und die einzigartigen Vorteile der Kastenschiebetechnik wie geringere Verkehrsbehinderungen und verbesserte Bauqualität diskutiert. Der Einsatz fortschrittlicher Software wie STAAD Pro zur Konstruktion und Analyse wird ebenso hervorgehoben wie die Bedeutung angemessener Planungs- und Sicherheitsmaßnahmen während der Bauphase. Das Kapitel schließt mit der Betonung der allgemeinen Vorteile der Box-Schiebetechnik in Bezug auf Effizienz, Kosten und Sicherheit.KI-Generiert
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AbstractThe work to be done for the expansion of current streets using box pushing is outlined in the project named analysis and plan and execution of cross traffic works in railroads utilizing box pushing method (RUB).methods for the rail beneath the scaffolds. It also explains the approach used in the box pushing strategy’s execution. The strategy will be executed in compliance with Indian models, namely the Indian railroad regulations and the IRC, IRS, and IS CODESwhereby the precast box used for the extending and the plan of major components push bed are completed in accordance with IRS rules. The pre-thrown box design is completed using STAAD genius. It also includes the format of support details of two important structures that are used in this approach apart from the conventional method, namely the push bed (principal bed and helper bed) and the pre-thrown box. In railroads, underpasses must be built whenever necessary, whether for a canal crossing, RUBs (rail under scaffolds), a program to enlarge already-existing rail route ducts, etc. The technique of BOX PUSHING is applied. In contrast to conventional approaches, the box pushing strategy is often favored as the job must be managed without interfering with train traffic. Due to rapid advancements, the volume of traffic on both the rail and road nowadays is so great that old methods, such open-cut framework, are unable to keep up with the expansion of underpasses or canal crossings, trash, and other issues. Box Pushing Technique: R.C.C. boxes are partially thrown outdoors and pushed by jacking through the massive banks of rail or road. -
Effect of Incorporation of Geopolymer Fly Ash Sand in Mortar and Concrete
Shrusti Bhavin Patel, Shivanjali Rawat, Sonal Pragnesh ThakkarDas Kapitel geht auf das drängende Problem der Flusssandknappheit aufgrund von Umweltauflagen und der Notwendigkeit nachhaltiger Alternativen ein. Es führt Geopolymer-Flugaschensand (GFAS) als praktikablen Ersatz ein und beschreibt den Herstellungsprozess mit Flugasche und alkalischen Aktivatoren. Die Studie vergleicht die physikalischen Eigenschaften von GFAS mit natürlichem Flusssand und zeigt Ähnlichkeiten in der Partikelgrößenverteilung und -bewertung. Die Forschung bewertet auch die mechanische Leistung von GFAS-Beton, einschließlich Druck-, Biege- und Spaltzugfestigkeiten, und zeigt, dass GFAS-Beton vergleichbare oder sogar überlegene Leistungen wie herkömmlicher Beton erbringen kann. Darüber hinaus untersucht das Kapitel die Haltbarkeitseigenschaften von GFAS-Beton, wie Chloridionendurchlässigkeit und Wasseraufnahme, was darauf hindeutet, dass GFAS-Beton günstige Haltbarkeitseigenschaften aufweist. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass GFAS effektiv eingesetzt werden kann, um bis zu 25% des Flusssandes in der Betonproduktion zu ersetzen, ohne die Leistung zu beeinträchtigen, was zu nachhaltiger Bauweise und Abfallreduzierung beiträgt.KI-Generiert
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AbstractNatural resources are finite and hence its over-exploitation will result in scarcity of the material in future. Judicious use of natural materials will lead to sustainable development. Due to tremendous growth in infrastructure projects and the housing sector, concrete is the most demanding construction material. In this investigation comparison was carried out for concrete incorporating natural river sand (NRS) and concrete with geopolymer fly ash sand (GFAS). Pulverized coal fly ash (FA) and the solution of a sodium-based alkaline activator were used to make GFAS. GFAS was produced with 4 Molar NaOH solutions and the ratio of sodium silicate/sodium hydroxide (Na2SiO3/NaOH) between 1.5 and 2.5 with an incremental increase of 0.5. The study aims to compare the mechanical properties and durability characteristics of concrete with 25% and 50% GFAS as replacement of NRS in concrete with those of concrete with 100% NRS. It was observed in the investigation that the mechanical strength of the concrete containing 25% of NRS substituted with GFAS was suitable and comparable to that of NRS in concrete. This suggests that it is feasible to use geopolymer fly ash sand in place of river sand in construction projects to the tune of 25% replacement of NRS. -
Fresh and Compressive Strength Properties of Self Compacting Concrete Produced by Silica Fume and Waste Rubber
Raju Ranjan Kumar, Tabrej Alam, Rahul KumarDas Kapitel untersucht den Einsatz von Kieselguss und Abfallkautschuk bei der Herstellung von selbstverdichtendem Beton (SCC) und hebt die Verbesserungen bei Verarbeitungsfähigkeit, Haltbarkeit und mechanischer Leistung im Vergleich zu herkömmlichem Beton hervor. Darin werden die ökologischen Vorteile des Abfallmanagements durch das Recycling von Reifen und die Integration von Kieselabgasen zur Verbesserung der Betoneigenschaften diskutiert. Die Studie präsentiert experimentelle Ergebnisse zur Frisch- und Druckfestigkeit von SCC-Mischungen, die den Einfluss unterschiedlicher Ersatzverhältnisse auf die Betonleistung zeigen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Druckfestigkeit zwar leicht abnimmt, die SCC-Mischungen jedoch eine verbesserte Fließfähigkeit und Haltbarkeit aufweisen, was sie zu einer praktikablen Option für nachhaltige Baupraktiken macht.KI-Generiert
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AbstractSand that is produced by depleting natural resources in order to produce concrete in compliance with production requirements is becoming more and more available. In order to use waste tyre aggregate (WT) in the construction sector and lower the aggregate content. This serves as the foundation for sustainable manufacturing and the preservation of the environment. The investigation maintains a constant water/binder ratio of 0.40 and a binder dosage of 530 kg/m3. Sand and cement are substituted for waste tyre and silica fume (SF) in the amounts of 10% and 15% by volume and 15% by weight, respectively. This makes it feasible for the evaluation of the compressive strength, slump flow, and V-funnel of SCC mixes. The SCC’s compressive strength was measured after a 28-day curing time. According to test results, WT replacement concrete has each of these characteristics and can be utilized in civil engineering. -
A Critical Review of Fresh, Hardened and Durability Properties of 3D Printing Concrete
K. S. Elango, R. Saravanakumar, D. Vivek, S. Yuvaraj, P. PrasanthniDieses Kapitel vertieft die kritischen Aspekte des 3D-Drucks von Beton, beginnend mit einem Überblick über Betoneigenschaften und dem wachsenden Bedarf an nachhaltiger Bauweise. Darin werden die Vorteile der 3D-Drucktechnologie wie Geschwindigkeit, Kosteneinsparungen und Designflexibilität untersucht, während gleichzeitig Herausforderungen wie regulatorische Hürden und Materialentwicklung angegangen werden. Der Bericht konzentriert sich auf die Auswirkungen verschiedener Materialien und Zusatzstoffe auf die frischen, gehärteten und dauerhaften Eigenschaften von 3D-gedrucktem Beton und liefert eine detaillierte Analyse der Faktoren, die Fließfähigkeit, Extrudierbarkeit, Baubarkeit und mechanische Festigkeit beeinflussen. Darüber hinaus wird die Bedeutung der richtigen Mischkonstruktion und Aushärtungstechniken hervorgehoben, um die Leistung und Langlebigkeit von 3D-gedruckten Betonstrukturen zu verbessern. Das Kapitel schließt mit einer Diskussion über erwartete Herausforderungen und effektive Lösungen, was es zu einer wertvollen Ressource für Fachleute macht, die ihr Wissen in diesem innovativen Bereich erweitern wollen.KI-Generiert
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AbstractGeometric complexity in construction can be easily achieved through 3D printing technology when compared to tradition construction technology. Effective use of 3D printing technology in construction of buildings can lead to reduced usage of materials and energy, flexibility in design, cost and time consumption. This review article mainly focuses on the research contributions pertaining to fresh, hardened and durability properties of 3D printing concrete. Furthermore, emerging techniques and materials used in 3D printing construction, challenges in implementation and corrective measures to increase the feasibility of using 3D printing technology in the field of construction technology have been elaborately discussed in this study. Critical review of literatures proved that the workability, strength and durability performance of 3D printing concrete are effectively enhanced by appropriate mix design and the performance of 3D printing concrete can be improved by including suitable fibers, mineral admixtures and chemical admixtures. -
Flexural Strength Behaviour of Microbial Blended Concrete Beams
C. Venkata Sai Nagendra, N. JayaramappaDas Kapitel untersucht das Biegefestigkeitsverhalten mikrobieller Betonmischträger und betont die entscheidende Rolle des Betons im Infrastrukturbau. Darin wird die Anfälligkeit von Beton für Risse diskutiert, die es ermöglichen, dass Wasser einsickert und die Struktur verschlechtert. Der Text untersucht den Einsatz bakterieller Stoffwechselaktivitäten zur Ausscheidung von Kalziumkarbonat, was die Selbstheilung von Rissen ermöglicht. Verschiedene Studien werden angeführt, um die Wirksamkeit von bakteriellen Beton bei der Erhöhung der Biegefestigkeit und der Verringerung der Wasseraufnahme zu demonstrieren. Das Kapitel hebt auch das Potenzial des Einsatzes von Bakterien wie Bacillus subtilis und Bacillus tropicus hervor, um die mechanischen Eigenschaften und die Selbstheilungskräfte von Beton zu verbessern. Außerdem werden die Auswirkungen von Nahrungsergänzungsmitteln und Nährstoffen auf die bakterielle Aktivität und die daraus resultierenden Verbesserungen der Betonfestigkeit untersucht. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass bakterielle Betonmischungen im Vergleich zu herkömmlichem Beton eine höhere Biegefestigkeit und eine bessere Rissheilungseffizienz erreichen können. Das Kapitel schließt mit der Betonung des Potenzials mikrobieller Betonmischungen zur Verbesserung der Dauerhaftigkeit und Nachhaltigkeit der Betoninfrastruktur.KI-Generiert
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AbstractOne of the biggest issues facing the building sector is concrete cracks. Usually, some sort of human involvement is used to fix any fissures, and especially in concrete structures, cracks require expensive and even unattainable human maintenance at regular intervals. The inclusion of bacteria may be a very beneficial solution to this issue, as it can reduce maintenance requirements and improve concrete’s longevity. Bacillus subtilis bacteria have the ability to produce calcium carbonate crystals through metabolic processes. When incorporated into concrete mixtures, these bacteria can promote the formation of calcium carbonate, which fills in fissures and pores within the concrete matrix, enhancing its strength and durability. This investigation experimentally deals with the flexural strength characteristics of blended concrete beams made of partial replacement of cement by GGBS and Metakaolin at an amount of 10% each (optimum percentage obtained by using different percentages of both admixtures) and compared with blended concrete beams incorporated with Bacillus subtilis bacterium. The capacity of load-carrying and deflection criteria of conventional beams were found and compared with those of blended concrete beams and beams incorporated with bacteria. In addition to this, the research also focused on the self-healing capacity of Microbial concrete beams which are kept under conventional (water) curing and saturated soil exposure after flexural strength test, was determined by evaluating the crack width healing using an ultrasonic pulse velocity test. The test results show that bacterially blended concrete beams attained higher load-carrying capacity as well as greater healing of cracks when compared to other beams. -
Influential Parameters on the Properties of Recycled Aggregate Concrete—A Comprehensive Review
Kumutha Rathinam, S. MaheswaranDas Kapitel geht den kritischen Parametern nach, die die Eigenschaften von recyceltem Zuschlagbeton beeinflussen, und betont die Bedeutung eines nachhaltigen Abfallmanagements für die Entwicklung der Infrastruktur. Er diskutiert den massiven Ausbau der Infrastruktur und die daraus resultierende Nachfrage nach Zuschlagstoffen und Beton, die zu einer erheblichen C & D-Abfallerzeugung führt. Das Bureau of Indian Standards hat die Verwendung von aufbereitetem C & D-Abfall für die Betonproduktion erlaubt, aber die Recyclingrate bleibt niedrig. In diesem Kapitel werden die Eigenschaften von recyceltem Zuschlagbeton wie Porosität, Druck- und Zugfestigkeit sowie die mit ihrer Verwendung verbundenen Herausforderungen untersucht. Außerdem wird der Einfluss verschiedener Faktoren untersucht, darunter Qualität und Quantität der Zuschlagstoffe, Härtungsmethoden und die Zugabe zusätzlicher zementartiger Materialien. Das Kapitel schließt mit der Hervorhebung der Notwendigkeit weiterer Forschung und der Entwicklung von Gestaltungsrichtlinien für den effektiven Einsatz von recyceltem Zuschlagbeton in nachhaltigen Baupraktiken.KI-Generiert
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AbstractClearance of huge amount of construction debris and the related issues to the environment are to be resolved and the problems concerning deficiency of natural aggregates also need to be addressed. Preparation of design guidelines and providing suitable endorsements for accepting concrete from reclaimed aggregates will benefit stakeholders like the designers, builders, clients, professional bodies of civil engineering, contractors, and the other consumers for getting consciousness about the effective application of Construction and Demolition (C & D) wastes for practical implementation for real time projects. That requires the complete understanding of the properties of aggregates recycled from C & D wastes, their influences on the properties of concrete including their merits and demerits, challenges in their applications and the research directions that are required for the practical applicability of these aggregates in construction. Hence, an effort has been made to explore the preceding investigates of Recycled Concrete (RC) primarily concentrating on the effect of few influential parameters like quality and quantity of aggregates, water-cement ratio, supplementary Cementitious Materials (SCMs) and treatment of aggregates. -
Mechanical Characterization and Micro-analysis of Pavement Material Blended with Crumb Rubber, Basalt and Steel Fiber
D. Harinder, J. Y. V. Shiva Bhushan, K. Pardhasaradhi, P. Z. SeenuDieses Kapitel befasst sich mit der innovativen Verwendung von Krümelkautschuk, Basaltfasern und Stahlfasern in Pflastermaterialien, um die Verschwendung zu verringern und die Nachhaltigkeit zu verbessern. Zunächst werden die ökologischen Herausforderungen der Entsorgung von Altreifen und das Potenzial dieser Materialien zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Beton hervorgehoben. Die Studie untersucht akribisch die Druck-, Zug- und Biegefestigkeiten von Beton, der mit Krümelkautschuk und verschiedenen Fasern vermischt wird, und zeigt optimale Prozentsätze für den Austausch und deren Auswirkungen auf die Fahrbahneigenschaften auf. Zusätzlich enthält das Kapitel eine detaillierte Mikroanalyse mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM), die Einblicke in das Strukturverhalten und die Bindung der Materialien bietet. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Einbindung dieser Abfallmaterialien zu kosteneffektiven und umweltfreundlichen Lösungen für den Straßenbau führen kann, die sowohl zum Umweltschutz als auch zum wirtschaftlichen Nutzen beitragen.KI-Generiert
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AbstractThe current study aims to reduce industrial waste disposal by examining the mechanical properties of crumb rubber in pavement layers. The study evaluated the effects of crumb rubber in the concrete mix related to compressive, flexural, and tensile strength. Further, the study also focuses on microstructure analysis with the help of a scanning electron microscope (SEM) test. The load-transfer efficiency of crumb rubber concrete leads to higher resistance against cracks developed in pavement structures. Further, it revealed that crumb rubber concrete provided better fatigue performance while decreasing the crack tendency. The study indicated that the concrete mixed with 10% crumb rubber (CR) partially replaced coarse aggregate yielded good strength. Further, adding 2% basalt fiber and steel fiber enhances the flexural and tensile strengths, respectively. The study concluded that using crumb rubber concrete in pavement structures gives better solutions for sustainable materials and efficient use of waste management. -
Design Aspects of Lightweight Building Blocks Using a Novel Mixture of Nanomaterials for Low-Cost Construction
A. Jayaraman, M. Vasudevan, S. Sowsuriya, S. P. Guganesh, K. Dhanusuya, M. VishnukanthDas Kapitel geht den kritischen Aspekten der Konstruktion leichter Bausteine unter Verwendung einer einzigartigen Mischung aus Nanomaterialien nach. Sie unterstreicht die Vorteile einer Reduzierung des Eigengewichts von Bauwerken, um Fundamentschäden zu minimieren und die Baukosten zu senken. Die Studie betont die Verwendung recycelter und natürlicher Materialien, um eine hohe Druckfestigkeit und Haltbarkeit zu erreichen. Darüber hinaus werden die Wärme- und Feuerwiderstandseigenschaften dieser Leichtbausteine untersucht, wodurch sie sich für nachhaltige Bauweisen eignen. Das Kapitel diskutiert auch die Herausforderungen und Lösungen bei der Integration von Nanomaterialien in konventionelle Fertigungstechniken und bietet einen nachhaltigen und kosteneffektiven Ansatz für modernes Bauen.KI-Generiert
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AbstractStructural failures due to excess dead-weight pause critical challenges in the structural integrity and safety in the construction industry. The quantity of dead load is usually well ascertained during the design step and has a long-term permanent effect on the structural behavior. Any reduction in the dead load due to the change of building materials can be viewed as an opportunity to ascertain the structural health, economic benefit, and environmental compliance. Present study investigates the suitability of three types of nanomaterials (lime—CaO, gypsum—CaSO4.2H2O and aluminum oxide—Al2O3) along with fly ash as potential replacements to cement (by 5–20%) for preparing lightweight building blocks by optimizing their proportions and testing their performances. The test results showed that an equi-molar mixture of lime, gypsum, and alumina along with fly ash exhibited higher compressive strength and durability compared to the other mixtures. The selection of appropriate combination of nanoparticles is found to be critical in ensuring the desired engineering properties for the casted specimens. Further, the study advocates reuse of industrial wastes for preparing building elements thereby helping to achieve circular economy in the construction industry. -
Performance Analysis of Green Friction Brake Pad Materials for Environment Sustainability: A Review
Manan N. Chheda, Basavaraj KothavaleDieses Kapitel vertieft die Leistungsanalyse grüner Bremsbeläge und betont deren ökologische Nachhaltigkeit und Auswirkungen auf Hochgeschwindigkeitszüge. Er untersucht die Bedeutung eines gleichmäßigen Reibungskoeffizienten, einer geringen Verschleißrate und einer längeren Lebensdauer von Bremsbelägen, die in superschnellen Zügen verwendet werden. Die Studie präsentiert zwei Belagsstrukturen, Flex und Rigid, die auf einem großflächigen Schwungradbremsdynamometer getestet wurden und unterschiedliche Bremsleistungen unter verschiedenen Umständen aufzeigen. Die Forschung unterstreicht auch die Bedeutung von Bremsbelägen in Automobilsystemen, ihre Umweltauswirkungen und die Verwendung von Naturfasern und Abfallstoffen als nachhaltige Alternativen. Er diskutiert die Herausforderungen bei der Auswahl optimaler Reibmaterialien und präsentiert innovative Lösungen wie die Verwendung von Reishülsenfasern und Cashew-Reibstaub, um die Verschleißfestigkeit und die Bremsbelagsleistung insgesamt zu verbessern. Das Kapitel schließt mit der Betonung der dringenden Notwendigkeit ökologisch nachhaltiger Bremsbelagmaterialien und der vielversprechenden Chancen, die diese für die Automobilindustrie bieten.KI-Generiert
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AbstractThis paper examines the tribological behaviour of environmentally friendly brake pad materials, such as rice husk (RH) and rice husk ash (RHA). Using the AK Master test in a brake tribometer, two formulations with 6% RH and 6% RHA are contrasted using a formulation of reference including alumina. The outcomes demonstrate that, especially in high-temperature situations, the formulation including RHA performs on par with or better than the referred material. RH decreases abrasive action, resulting in a more uniform tribofilm on the disc. The study demonstrates how bio-based and naturally produced materials may be used to solve environmental issues, investigate life cycle analysis consequences, and build eco-friendly brake friction composites. It is also shown that it is feasible to include brake pad waste (BPW) in asphalt mixes to improve pavement performance and lessen environmental effect. All things considered, the study offers insightful information on the performance evaluation of environmentally sustainable green friction brake pad materials. -
The Impact of an External Electric Field on As-Doped One-Dimensional Silicene
Hoang Van NgocDas Kapitel untersucht die Auswirkungen eines externen elektrischen Feldes auf arsendotierte eindimensionale Silizium-Nanoringe (SiNRs), ein Thema, das in der Materialwissenschaft und Nanotechnologie von erheblichem Interesse ist. Anhand erster Prinzipien aus Theorie und Dichtefunktionaltheorie (DFT) untersuchen die Autoren, wie Arsen-Dotierung und ein elektrisches Feld von 0,3 eV / Å die elektrischen Eigenschaften von SiNRs beeinflussen. Die Studie zeigt, dass die Arsen-Dotierung die halbleitende Natur von SiNRs in metallische Leitfähigkeit umwandeln kann, wobei das elektrische Feld diese Eigenschaften weiter moduliert. Die Ergebnisse haben Auswirkungen auf die Entwicklung fortschrittlicher Materialien und Bauelemente und verdeutlichen das Potenzial von Silizium in der Elektronik und Optoelektronik der nächsten Generation. Das Kapitel bietet eine umfassende Analyse der strukturellen und elektronischen Veränderungen, die durch Doping und externe Felder hervorgerufen werden, und liefert wertvolle Erkenntnisse für Forscher und Ingenieure, die auf dem Gebiet der Nanomaterialien und Halbleitertechnologie arbeiten.KI-Generiert
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AbstractThis research explores the impact of doping silicene nanoribbons with arsenic atoms. The study focuses on two specific configurations: substituting a single silicon atom with an arsenic atom and replacing half the Si atoms in the unit cell. Using first principles theory, the system's electrical properties are investigated. The formation energies will be analyzed to identify the optimal structure when silicon atoms are replaced with arsenic atoms in all configurations. Furthermore, an external electric field of 0.3 eV/Å is applied to the system. This field causes alterations in the electronic properties, including changes to the bandgap. The introduction of an electric field results in significant modifications to the energy band structure, underscoring its potential for broad applications in materials science.
- Titel
- Innovations in Electronic Materials: Advancing Technology for a Sustainable Future
- Herausgegeben von
-
Subramanya K N
Hui-Ming Wee
Mario Orlando Oliveira
- Copyright-Jahr
- 2025
- Verlag
- Springer Nature Switzerland
- Electronic ISBN
- 978-3-031-73816-6
- Print ISBN
- 978-3-031-73815-9
- DOI
- https://doi.org/10.1007/978-3-031-73816-6
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