The use of some superplasticizers in the production of mortar or concrete influences the hydration kinetic and the amount of total heat. This results in a modification of some properties, namely mortar workability, mechanical strength and durability. Three superplasticizers were used; a polynaphthalenesulfonate (PNS), a melamine resin (PMS) and a polycarboxylate (PC). They have been incorporated into various amount in a standardized mortar based on limestone cement. The aim of this study was to evaluate the rheological, mechanical and Calorimeters properties of this mortar. This will select the most compatible product and more able to be used depending on the climate of the country and the cement used. The PNS is incompatible with this type of cement registering a decrease of strength but the PMS and the PC modify the kinetics of hydration with significant heat generation and improved mechanical strength. The measured heat flow is significantly influenced by the type and dosage of superplasticizer especially for low dosage. Hydration heat and compressive strength of the different mixtures can be evaluated by determining their ultimate values and ages to reach these values where the correlation coefficients are very satisfactory.
Concrete is widely used in the construction industry; however, it has the disadvantage of deteriorating durability due to cracks occurring because of climate change and shrinkage. In addition, when cement is used as a binder, CO2 emitted during the manu-facturing process accounts for ~8% of global CO2 emissions. In this study, ecofriendly cementitious materials such as blast furnace slag powder and fly ash (FA) were used as cement substitutes in the production of mortar containing a chitosan-based polymer (CP), and their fluidity, compressive strength, and self-healing performance were examined. The 28-day compressive strength of the control sample was ~32.4 MPa (the lowest for all tested samples), while that of the sample containing 5% CP and 20% FA was ~49.6 MPa (the highest for all tested samples) and ~53.1% higher than that of the control sample. Even at a healing age of 56 days, the control sample exhibited the lowest healing performance, whereas the samples containing CP (5%, 10%) and 20% FA demonstrated excellent healing performance. After 28 days, the decrease in crack size for the control sample was minimal; however, for the sample containing only cement and CP, a significant decrease in crack size was observed even after 28 days. This study confirmed that the appropriate use of CP and cementitious materials improves not only compressive strength but also the selfhealing performance of mortar.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2021.05a
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pp.225-226
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2021
Recently, environmental problems have emerged as a major issue all over the world due to an increase in carbon dioxide(CO2). The amount of CO2 generated during cement production accounts for 6% to 8% of domestic CO2 emissions and a solution to reduce CO2 emissions the construction industry is trying to use mineral admixtures to reduce cement. Since digestion has no firing process the advantage of it is that there is no air pollution to occur. In this study, we studied the compressive strength of binary non-cement mortar containing rice husk powder extracted from digestion by the ratio of 10%, 20%, 30%, 40%. As a result, the table flow was increased when the mixing rate of rice husk powder extracted from digestion was higher, and the highest compressive strength was shown when the rice husk powder extracted from digestion mixing rate was 10%.
If cement can be manufactured with industrial byproducts such as granulated blast furnace slag, phosphogypsum, and waste lime instead of clinker, there would be many advantages, including maximum use of these industrial byproducts for high value-added resources, conservation of natural resources and energy by omitting the use of clinker, minimized environmental pollution problems caused by CO2 discharge, and reduction of the production cost. By this reason, in this study, mechanical behavior tests of non-burnt cement concrete were performed, and elasticity modulus and stress-strain relationship of non-burnt cement concrete were proposed. 6 test members were manufactured and tested according to reinforcement ratio and concrete compressive strength. By the test results, there was no difference between ordinary concrete and non-burnt cement concrete of flexural behavior. In order to verify the proposed non-burnt cement concrete model, nonlinear analytical model was derived by using strain compatibility method. By the results of comparison between test results, ordinary concrete model and proposed model, The proposed model well predicted the flexural behavior of non-burnt cement concrete.
Jo, Byung-Wan;Kang, Suk-Won;Park, Seung-Kook;Choi, Ji-Sun
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.23
no.2
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pp.203-209
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2011
The cement industry is expected to face a major set-back in the near future due to its large energy consumption and $CO_2$ production, causing global warming. In order to overcome these environmental problems, this research has bee carried out to find a cement substitute material. One possible cement substitute material is Zeolite cement. In this study, the materialistic characteristics of Zeolite cement mortar were evaluated. Natural Zeolite cement mortar was prepared using alkali activation (NaOH) instead of water ($H_2O$) to determine achievable strength and appropriate mixing ratio. Based on the mixing ratio, functional material was added to alkali active agent to harden Zeolite mortar to develop a highly functional construction material. The study result showed that pure Zeolite cement mortar achieved compressive strength of 42 MPa in 7 days depending on the mixing amount of alkaline catalyst and the hardening temperature, showing high efficiency and possibility as a new construction material.
Since it was developed by Joseph Aspdin, cement has been a common construction materials up to the present time. However, there are trace constituents in cement clinker. One of the trace constituents included in cement clinker, chromium, has become prominent and highly noticed lately as a social issue both inside and outside of this country because it affects the human body negatively. The aim of the present study was to investigate the concentration of water-soluble hexavalent chromium in cement clinker by using industrial by-products. For that reason, raw materials were prepared to add different $SiO_2$, $Al_2O_3$, and $Fe_2O_3$ sources. After the raw materials such as the limestone, the sand and the clay, iron ore was pulverized and mixed, and the raw meal was burnt at about $1450^{\circ}C$ in a furnace with an oxidizing atmosphere. The part in the raw materials of the clinker was substituted with slag, sludge, etc. and this was used to manufacturing cement clinker. To investigate the water-soluble hexavalent chromium content in clinker, raw meal was prepared by changing the modulus, the type, and the content of clinker materials and tested concentrations of hexavalent chromium in the clinkers. To determine $Cr^{+6}$ formation of the clinker, tests were done with raw meals adding chromium by using different industrial by-products. Consequently because the chromium was to be included in the raw materials of the clinker, production of Portland cement clinker was included with the chromium. Also, the chromium was converted into hexavalent chromium in the burning process.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.29
no.7
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pp.801-809
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2007
Fly ash and blast furnace slag are an industrial by-product that can be alkali-activated to yield adhesive and cementitious materials, whose production is less energy-intensive and emits less $CO_2$ than ordinary Portland cement manufacture. A laboratory investigation was carried out to evaluate the effect of alkali-activating conditions on compressive strength of fly ash/slag cement and the acid corrosion resistance of this cement. Two alkali activator solution, NaOH and waterglass + NaOH solutions, were used. Waterglass concentration was the factor that gave the highest compressive strength in all tests. The next significant factor was the NaOH concentration, followed by curing temperature. Acid corrosion resistance of FC(fly ash cement) and FSC(fly ash/slag cement), such as sulfuric$(H_2SO_4)$ and hydrochloric acid(HCl), was for better than Portland cement(PC).
Adelusi, Emmanuel Adekanye;Olaoye, Kayode Oladayo;Adelusi, Felicia Temitope;Adedokun, Samuel Ayotunde
Journal of Forest and Environmental Science
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v.37
no.1
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pp.79-89
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2021
Cement bonded boards of 10 mm in thickness were produced from the mixture of Gmelina arborea sawdust and corn cob particles. The strength and dimensional stability of cement bonded composites produced from these two mixtures were examined. A total of thirty experimental boards were produced at density level of 1,000 kg/㎥ with cement to fibre ratio of 2.5:1 and 3:1 and five (5) blending proportions of G. arborea sawdust to corn cob particles of 100:0; 75:25; 50:50; 25:75 and 100:0. The effect of the cement to fibre ratio and blending proportion on the Water Absorption (WA), Thickness Swelling (TS), Modulus of Rupture (MOR), and Modulus of Elasticity (MOE) were determined. The result indicates that as the mixing ratio of cement to fibre and blending proportion of maize cob (75%) to G. arborea (25%) increased, the thickness swelling, water absorption decreased, whereas the MOR and MOE increased. It also shows that most dimensionally stable and flexural strength boards were produced at the highest level of mixing ratios (3:1) and blending proportion of G. arborea to corn cob 25:75. However, the analysis of variance shows that TS and WA were significantly different, whereas, MOE and MOR were not significantly affected by mixing ratios and blending proportions. Finding of this study has shown that maize cob particles are suitable for cement bonded board production.
Sagr, Salem Giuma Ibrahim;Johari, M.A. Megat;Mijarsh, M.J.A.
Advances in materials Research
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v.11
no.2
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pp.121-146
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2022
In the recent years, the use of agricultural waste in green cement mortar and concrete production has attracted considerable attention because of potential saving in the large areas of landfills and potential enhancement on the performance of mortar. In this research, microparticles of palm oil fuel ash (POFA) obtained from a multistage thermal and mechanical treatment processes of raw POFA originating from palm oil mill was utilized as a pozzolanic material to produce high-performance cement mortar (HPCM). POFA was used as a partial replacement material to ordinary Portland cement (OPC) at replacement levels of 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40% by volume. Sand with particle size smaller than 300 ㎛ was used to enhance the performance of the HPCM. The HPCM mixes were tested for workability, compressive strength, ultrasonic pulse velocity (UPV), porosity and absorption. The results portray that the incorporation of micro POFA in HPCMs led to a slight reduction in the compressive strength. At 40% replacement level, the compressive strength was 87.4 MPa at 28 days which is suitable for many high strength applications. Although adding POFA to the cement mixtures harmed the absorption and porosity, those properties were very low at 3.4% and 11.5% respectively at a 40% POFA replacement ratio and after 28 days of curing. The HPCM mixtures containing POFA exhibited greater increase in strength and UPV as well as greater reduction in absorption and porosity than the control OPC mortar from 7 to 28 days of curing age, as a result of the pozzolanic reaction of POFA. Micro POFA with finely graded sand resulted in a dense and high strength cement mortar due to the pozzolanic reaction and increased packing effect. Therefore, it is demonstrated that the POFA could be used with high replacement ratios as a pozzolanic material to produce HPCM.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.23
no.4
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pp.359-367
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2023
This experimental study investigates the replacement of conventional Portland cement and sand with non-sintered cement and ferro-nickel slag to formulate eco-friendly cement mortar. The examination aimed to understand the strength properties of non-sintered cement mortar using ferro-nickel slag as fine aggregate by classifying mortar production types, fine aggregates, and curing methodologies. From flexural and compressive strength tests, it was observed that non-sintered cement mortars, incorporating ferro-nickel slag as fine aggregate, exhibited superior strength when compared to both plain mortar and steam-cured non-sintered mortar. This increased strength is attributed to the influence of the particle size, density, and absorption capabilities of the ferro-nickel slag. Furthermore, X-ray Diffraction(XRD) analyses of the mortars verified the presence of MgO, a component of ferro-nickel slag, in the form of a composite oxide. This finding substantiates the consistent strength manifestation of non-sintered cement mortars utilizing ferro-nickel slag as a fine aggregate.
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