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Mechanical analysis of cement-biochar composites using in-situ X-ray microtomography and digital volume correlation

  • This study addresses biochar as a potential carbon-sequestering filler in cement and examines its effect on mechanical properties using X-ray computed tomography (XCT) and digital volume correlation (DVC). DVC was reliably used to measure global displacement and has proven to be an effective method for correcting displacement data obtained from mechanical tests conducted without traditional instrumentation, such as extensometer. This made it possible to measure strain and Young’s modulus accurately. The results demonstrate that while 5 vol% biochar replacement had minimal effect on mechanical properties, a 25 vol% biochar replacement caused a 35 % reduction in Young’s modulus and 40 % reduction in the ultimate compressive strength. Additionally, DVC detected strain concentrations and predicted material failure locations even when cracks could not be quantified using XCT alone. Moreover, the study reveals that biochar particles, due to their sharp geometry, increase internal shearThis study addresses biochar as a potential carbon-sequestering filler in cement and examines its effect on mechanical properties using X-ray computed tomography (XCT) and digital volume correlation (DVC). DVC was reliably used to measure global displacement and has proven to be an effective method for correcting displacement data obtained from mechanical tests conducted without traditional instrumentation, such as extensometer. This made it possible to measure strain and Young’s modulus accurately. The results demonstrate that while 5 vol% biochar replacement had minimal effect on mechanical properties, a 25 vol% biochar replacement caused a 35 % reduction in Young’s modulus and 40 % reduction in the ultimate compressive strength. Additionally, DVC detected strain concentrations and predicted material failure locations even when cracks could not be quantified using XCT alone. Moreover, the study reveals that biochar particles, due to their sharp geometry, increase internal shear strain during uniaxial compression, unlike round phases such as pores.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Renata LorenzoniORCiD, Tobias FritschORCiD, Sabine KruschwitzORCiD, Giovanni BrunoORCiD, Wolfram SchmidtORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Construction and Building Materials
Jahr der Erstveröffentlichung:2025
Organisationseinheit der BAM:7 Bauwerkssicherheit
7 Bauwerkssicherheit / 7.4 Baustofftechnologie
8 Zerstörungsfreie Prüfung
8 Zerstörungsfreie Prüfung / 8.0 Abteilungsleitung und andere
8 Zerstörungsfreie Prüfung / 8.5 Röntgenbildgebung
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Elsevier Ltd.
Jahrgang/Band:490
Aufsatznummer:142511
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurbau
Freie Schlagwörter:Biochar; Cementitious materials; Digital volume correlation; In-situ X-ray microtomography; Mechanical proprieties
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Infrastruktur
Infrastruktur / Green Intelligent Building
DOI:10.1016/j.conbuildmat.2025.142511
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-638065
ISSN:1879-0526
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:30.07.2025
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:30.07.2025
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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