Self-Compacting Concrete (SCC) is a new technology capable to flow without segregation or any addition of energy which leads to efficient construction and cost savings. In this study, the effect of replacing the Ordinary Portland Cement (OPC) with Fly Ash (FA) on the strength, durability of the concrete was investigated experimentally, and carbon footprint and cost were also assessed. Four different replacement FA ratios (0%, 20%, 40% and 60%) were used to create four SCC mixes. Standard test methods were used to determine the workability, strength, and durability of the SCC mixes including resist chloride ion penetration, water permeability, water absorption, and initial surface absorption. The axial cube compressive strength tests were performed on the SCC mixes at 1, 7, 14, 28 and 35 days. Replacing the OPC with FA had a significant positive impact on chloride iron penetration resistance and water absorption but had a considerable negative impact on the compressive strength. The SCC mix with 60% FA had 36.7% and 15.8% enhancement in the resistance to chloride ion penetration and water absorption, respectively. Evaluation of the carbon footprint and the cost of each SCC mixes showed the $CO_2$ emissions mixes 1, 2, 3 and 4 were significantly reduced by increasing the FA content from 0% to 60%. Compared with the control mix, the cost of all mixes increased when the FA content increased, but no significant differences were seen between the estimated costs of all four mixes.
Phosphorus transfer from agricultural soils to surface waters is an important environmental issue. Fly ash and phospho-gypsum which are industrial by-product were investigated as a means of reducing dissolved phosphorus in arable soil. To determine the optimum mixing ratio of fly ash(FA) and phospho-gypsum(PG) for reducing dissolved reactive P(DRP) in soil, various mixture ratio of FA and PG were mixed with two soil. The DRP content and pH in soils were analysed after 3 weeks incubation under flooding condition. Although DRP content in soils was significantly decreased by FA-PG mixture compared with control, there were no significant difference among the FA and PG mixture ratio of 75:25, 50:50, and 25:75. The mixture of 75% FA and 25% PG was selected for field test. A field experiment was carried out to evaluate the reducing DRP content in paddy soil to which 0(NPK), 20(FG 20), 40(FG 40), and 60(FG 60) Mg $ha^{-1}$ of the mixture were applied. The DRP content was reduced by 31% at the application rate of 60 Mg $ha^{-1}$. In contrast to deceasing DRP, Ca-P content increased significantly with the mixture application rate. After rice harvesting, available $SiO_2$, P, and exchangeable Ca content in soil increased significantly with application rate due to high content of Si, P, and Ca in the mixture. Mixtures of fly ash and gypsum should reduce P loss from paddy soil and increase soil fertility.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2010.05a
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pp.335-336
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2010
This paper presents experimentally investigated the effects of pozzolan made from various by-Product materials on mechanical properties of mortar. Fly ash(FA), slag (BFS), and palm oil fuel ash (POFA) were partially used to replace Portland cement. The results suggest that mortars containing FA, BFS, and POFA can be used as pozzolanic materials in making concrete with 28day compressive strength. After curing, the mortar containing 10-30% FA or POFA, and 30% BFS exhibited compressive strengths that of the original Portland cement (OPC). The use of FA, POFA, and BFS to partially replace Portland cement has evaluation method of the Assessed Pozzolan-activity index.(API)
In order to evaluate the utility of bituminous coal fly ash, gypsum, oyster shell as soil amendments, aadic clayloam paddy soils with low calaum content were amended in the upper 15㎝ with amendments, and then Chinese cabbage was cultivated under plastic film house. Amendments treated were, in metric tons per hectare, i) none(Check) ; ii) 80 fly ash(FA) ; iii) 4 shell(SH) ; iv) 56 fly ash+24 gypsum (FG) ; v) 40 fly ash+24 gypsum+0.8 shell(FGS). On the whole, soil chemical properties were improved by amendments treatments. Amongst treatments, FA prominently neutralized soil pH and increased contents of Av. $P_2O_5$, Ex. K, and Av. B in soils. Besides, it showed the highest ratio in bacteria/fungi and (bacteria+actinomycetes)/fungi. FGS also affected the neutralization of soil pH and the increment of Ex. Mg. Amendments plants appeared alkaline damages only at early growing stage, but showed positive responses in fresh weight yields : 23% for FGS : 21% for FG : 19 18% for SH. At harvesting, leaves both of FA and FGS plants had higher values in contents of N, P, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Zn, B, reduang-sugar, and vitamin-C than of others. In especial, Check plants appeared the heart rot symptoms owing to calaum defiaency differently from amendments plants. Taken together, FGS was an effective combination enable to maximize the utility of fly ash, gypsum, shell as soil amendments, espeaally in cabbage yield and quality.
This paper investigated the influence of binary and ternary blends of mineral admixtures in self-compacted mortar (SCM) on the fresh, mechanical and durability properties. For this purpose, 25 mortar mixtures were prepared having a total binder content of $640kg/cm^3$ and water/binder ratio between 0.41 and 0.50. All the mixtures consisted of Portland cement (PC), fly ash (FA) and silica fume (SF) as binary and ternary blends and air-entrained admixture wasn't used while control mixture contained only PC. The compressive and tensile strength tests were conducted for 28 and 91 days as well as slump-flow and V-funnel time tests whilst freeze-thaw (F-T) resistance and capillary water absorption tests were made for 91-day. Finally, in general, the use of SF with FA as ternary blends improved the tensile strength of mortars at 28- and 91-day while the use of SF15 with FA increased the compressive strength of the mortars compared to binary blends of FA. SCM mixtures with ternary blends had lower the sorptivity values than that of the mortars with binary blends of FA and the control mixture due to the beneficial properties of SF while the use of FA with SF as ternary blends induced the F-T resistance enhancement.
Kim, Min-Sang;Moon, Byeong-Yong;Lee, Jae-Jin;Park, Sung-Bae;Han, Min-Cheol;Han, Cheon-Goo
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2017.05a
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pp.154-155
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2017
With the recent development in construction industry, industrial by-products fly ash(FA) and blast furnace slag(BS) have been used in large quantities as an alternative to cement, as a solution for environmental problems and resource exhaustion. This study analyzed the basic characteristics according to the changes in replacement ratio and mixing ratio of FA and BS in high strength SCMs concrete, from which in turn it sought to find the optimal mixing ratio for high strength concrete The results showed that in unhardened concrete the more the replacement ratio and FA mixing ratio increases the slump flow will increase while amount of air decreases, and setting time is delayed. In hardened concrete the more the replacement ratio and FA mixing ratio increases the more the overall compression strength decreases, but until 28 days of material age the larger of the BS ratio displayed the best compression strength.
Sahani, Ashok Kr.;Samanta, Amiya K.;Roy, Dilip K. Singha
Advances in concrete construction
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v.7
no.4
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pp.263-275
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2019
In the present work, Granulated Blast Furnace Slag (GBFS) and Fly ash (FA) were used as partial replacement of Natural Sand (NS) and Ordinary Portland Cement (OPC) by weight. One control mix, one with GBFS, three with FA and three with GBFS-FA combined mixes were prepared. Replacements were 50% GBFS with NS and 20%, 30% and 40% FA with OPC. Preliminary investigation on development of compressive strength was carried out at 7, 28 and 90 days to ensure sustainability of waste materials in concrete matrix at room temperature. After 90days, thermo-mechanical study was performed on the specimen for a temperature regime of $200^{\circ}-1000^{\circ}C$ followed by furnace cooling. Weight loss, visual inspection along with colour change, residual compressive strength and microstructure analysis were performed to investigate the effect of replacement of GBFS and FA. Although adding waste mineral by-products enhanced the weight loss, their pozzolanicity and formation history at high temperature played a significant role in retaining higher residual compressive strength even up to $800^{\circ}C$. On detail microstructural study, it has been found that addition of FA and GBFS in concrete mix improved the density of concrete by development of extra calcium silicate gel before fire and restricts the development of micro-cracks at high temperature as well. In general, the authors are in favour of combined replacement mix in view of high volume mineral by-products utilization as fire protection.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2016.05a
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pp.147-148
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2016
Generally, the vegetable oil contains glycerin esther and free fatty acid. When the vegetable oil reacts with concrete, the glycerin esther from oil induces saponification by reacting with and hydrolyzing calcium hydroxide from cement hydration. As a result of this saponification, it has been reported the expansion of concrete. although the free fatty acid from vegetable oil, as an acid, can decompose the concrete by producing soluble salt from calcium hydroxide or CSH, the hydration products of cement, there was no report on the harmful oil type for concrete. therefore, in this research, the property change of cement mortar incorporating fly ash was analyzed experimentally by immerging various types of vegetable oils.
Muhammad, Akbar;Zahoor, Hussain;Pan, Huali;Muhammad, Imran;Blessen Skariah, Thomas
Structural Engineering and Mechanics
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v.85
no.2
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pp.275-287
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2023
The use of environmental-friendly building materials is becoming increasingly popular worldwide. Compared to the normal concrete, rubber-based concrete is considered more durable, environmentally friendly, socially and economically viable. In this investigation, M20 grade concrete was designed and the fine aggregates were replaced with crumb rubber of two different micron sizes (0.221 mm and 0.350 mm). Fly ash (FA) and silica fume (SF) replaces the binder as supplementary cementitious materials at a rate of 0, 5, 10, 15, and 20% by weight. The mechanical properties of concrete including compressive strength, tensile, and flexural strength were determined. The polynomial work expectation validates the response surface approach (RSM) concept for optimizing SF and FA substitution. The maximum compressive strength (22.53 MPa) can be observed for the concrete containing 10% crumb rubber, 15% fly ash and 15% silica fume. The reduced unit weight of the rubberized concrete may be attributed to the lower specific gravity of the rubber particles. Two-way ANOVA with a significance criterion of less than 0.001 has been utilized with modest residual error from the lack of fit and the pure error. The predictive model accurately forecasts the variable-response relationship. Since, the crumb rubber is obtained from wasted tires incorporating FA and SF as a cementitious ingredient, it helps to significantly improve mechanical properties of concrete and reduce environmental degradation.
Oh, Se Jin;Moon, Sung Woo;Oh, Seung Min;Kim, Sung Chul;Ok, Yong Sik;Lee, Bup Yeol;Lee, Sang Hwan;Yang, Jae E.
Korean Journal of Soil Science and Fertilizer
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v.47
no.6
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pp.533-539
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2014
Mine wastes such as acid mine drainage (AMD) can cause the detrimental effects on surrounding environment, thereby eventually threatening human health. Main objective of this study was to evaluate the neutralizing effect of fly ash (FA) as a stabilizing material AMD. Field plot was constructed in a coal waste depot which has caused aluminium-whitening adjacent to the stream. Different mixing ratios of FA were applied on a top of the soil, and then the physicochemical properties of runoff and soil were monitored. Constructed plots were as following: control (mine waste only (W)), mine waste + 20% ($w\;w^{-1}$)of FA (WC20M), mine waste + 40% ($w\;w^{-1}$)of FA (WC40M), and WC40M dressed with a fresh soil at the top (WC40MD). Result showed that initial pH of runoff in control was 5.09 while that in WC40M (7.81) was significantly increased. For a plot treated with WC40M, the concentration of Al in runoff was decreased to $0.22mg\;L^{-1}$ compared to the W as the control ($4.85mg\;L^{-1}$). Moreover, the concentration of Fe was also decreased to less than half at the WC40M compared to the control. Application of FA can be useful for neutralizing AMD and possibly minimizing adverse effect of AMD in mining area.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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