Zafar, Idrees;Tahir, Muhammad Akram;Hameed, Rizwan;Rashid, Khuram;Ju, Minkwan
Advances in concrete construction
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v.13
no.1
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pp.71-81
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2022
Aluminosilicate materials as precursors are heterogenous in nature, consisting of inert and partially reactive portion, and have varying proportions depending upon source materials. It is essential to assess the reactivity of precursor prior to synthesize geopolymers. Moreover, reactivity may act as decisive factor for setting molar concentration of NaOH, curing temperature and setting proportion of different precursors. In this experimental work, the reactivities of two precursors, low calcium (fly ash (FA)) and high calcium (ground granulated blast furnace slag (GGBS)), were assessed through the dissolution of aluminosilicate at (i) three molar concentrations (8, 12, and 16 M) of NaOH solution, (ii) 6 to 24 h dissolution time, and (iii) 20-100℃. Based on paratermeters influencing the reactivity, different proportions of ternary binders (two precursors and ordinary cement) were activated by the combined NaOH and Na2SiO3 solutions with two alkaline activators to precursor ratios, to synthesize the geopolymer. Reactivity results revealed that GGBS was 20-30% more reactive than FA at 20℃, at all three molar concentrations, but its reactivity decreased by 32-46% with increasing temperature due to the high calcium content. Setting time of geopolymer paste was reduced by adding GGBS due to its fast reactivity. Both GGBS and cement promoted the formation of all types of gels (i.e., C-S-H, C-A-S-H, and N-A-S-H). As a result, it was found that a specified mixing proportion could be used to improve the compressive strength over 30 MPa at both the ambient and hot curing conditions.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.22
no.4
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pp.337-345
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2022
The foundation of high-rise concrete building in coastal areas generally must be installed in an integrated manner, not separately, in order to prevent defects caused by stress on the upper and lower parts of the mounting surface and to manage the process smoothly. However, when performing integrated punching, there is a concern that temperature stress cracks may occur due to hydration heat. Due to the large member size, it is difficult to make a sufficient commitment, so it is necessary to mix concrete with high self-charging properties to ensure workability. In this research, the amount of high-performance spray and admixture used was adjusted as experimental variables to satisfy this required performance. Through the analysis of the results for each blending variable, it was found that the unit quantity was 155kg/m3 and the cement ratio in the binder was 18%, and the target values of the pre-concrete properties and compressive strength were satisfied. A four-component binder(18% cement, 50% slag fine powder, 27% fly ash, 5% silica fume) was used.
Using industrial wastes and construction and demolition (C&D) wastes is potentially advantageous for concrete production in terms of sustainability improvement. In this paper, a sustainable Self-Compacting Concrete (SCC) made with industrial wastes and C&D wastes was proposed by considerably replacing natural counterparts with recycled coarse aggregates (RCAs) and supplementary cementitious materials (SCMs) (i.e., Fly ash (FA), ground granulated blast furnace slag (GGBS) and silica fume (SF)). A total of 12 SCC mixes with various RCAs and different combination SCMs were prepared, which comprise binary, ternary and quaternary mixes. The mechanical properties in terms of compressive strength and static elasticity modulus of recycled aggregates (RA-SCC) mixes were determined and analyzed. Microstructural study was implemented to analyze the reason of improvement on mechanical properties. By means of life cycle assessment (LCA) method, the environmental impacts of RA-SCC with various RCAs and SCMs were quantified, analyzed and compared in the system boundary of "cradle-to-gate". In addition, the comparison of LCA results with respect to mechanical properties was conducted. The results demonstrate that the addition of proposed combination SCMs leads to significant improvement in mechanical properties of quaternary RA-SCC mixes with FA, GGBS and SF. Furthermore, quaternary RA-SCC mixes emit lowest environmental burdens without compromising mechanical properties. Thus, using the combination of FA, GGBS and SF as cement substitution to manufacture RA-SCC significantly improves the sustainability of SCC by minimizing the depletion of cement and non-renewable natural resources.
To secure the thermal crack resistance of mass concrete, researches and the field applications of low heat portland cement (LPC), ternary blended cement (TBC) which is produced by blending ordinary portland cement with blast furnace slag and fly ash, and early strength low heat blended cement (EBC) increased in recent years. Although the model for adiabatic temperature rise is necessary for estimating the risk of thermal cracking of concrete structures, sufficient data have not been accumulated for these mixtures. In addition, the differences in adiabatic test results have been reported for the volume of test specimens. Therefore, the present study evaluated the characteristics of adiabatic temperature rise based on the type of binder and the volume of the adiabatic test specimen. Test results indicated that the maximum temperature rise ($Q_{\infty}$) and the reaction factor (r) of TBC were the lowest. Test results also showed that $Q_{\infty}$ and r changed with respect to the volume of test specimen. $Q_{\infty}$ and r obtained from 6l equipment were lower than those of 50l equipment. Therefore, corrections with respect to this phenomenon was confirmed and the corrections factors are presented.
Kim Moo-Han;Kim Yong-Ro;Kim Jae-Hwan;Ho Jang-Jong;Lee Tae-Hee
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.16
no.2
s.80
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pp.147-154
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2004
It is the aim of this study to propose the fundamental data for the establishment of the application and qualify standard of the mixed type superplasticizer after investigating and comparing the fluidity of high flowing concrete according to the component ratio of superplasticizer such as naphthalene sulfonated and melamine sulfonated. The results of this study were shown as the followings; 1) The fluidity and adsorption ratio of cement-paste were improved according to the increasing of naphthalene sulfonated component ratio, and apparent viscosity of cement-paste was improved according to the Increasing of melamine sulfonated component ratio. 2) In case of using the granulated blast-furnace slag, the fluidity of cement-paste was considerably good and the adsorption ratio was decreased and in case of using fly-ash, the apparent viscosity and adsorption ratio of cement-paste were improved. 3) The dispersive capacity performance of concrete can be improved by means of the increasing of naphthalene sulfonated component ratio. Also the viscosity and early strength can be improved by means of the increasing of melamine sulfonated component ratio.
The rheological properties of cement paste system mixed with mineral admixtures (MAs) used to increase the strength and improve durability and fluidity of concrete were investigated. And cement paste systems were designed as one-, two- and three-ingredients blended paste systems. The rheological properties of paste systems were assessed by Rotovisco RT 20 rheometer (Hakke inc.) having a cylindrical serrated spindle. The rheological properties of one-ingredient paste systems were improved with increasing the dosage of superplasticizer. For two-ingredients paste systems, as increasing the replacement ratio of blast furnace slag (BFS) and fly ash (FA), the yield stress and plastic viscosity were decreased compared with non-replacement. In the ordinary portland cement (OPC)-silica fume (SF) paste systems, in accordance with an increase in the replacement ratio of SF, the yield stress and plastic viscosity were increased steeply. For three-ingredients paste systems, both OPC-BFS-SF and OPC-FA-SF paste systems, the rheological properties were improved compared with the only replacement of SF. In the case of both two-and three-ingredients paste systems, the rheological properties using BFS were improved more than FA.
A novel MgO-based binder was developed and applied to treat the anoxic sediment that was collected from Seonakdong river, Korea and was contaminated with heavy metals. The treated sediment was evaluated by measuring compressive strength, expansion, leaching of heavy metals and storage characteristics for $CO_2$. Initially, an optimal blending ratio of lime (L)/fly ash (FA)/blast furnace slag (BFS) that was to be mixed with MgO was screened to be $L_{0.3}-FA_{0.1}-BFS_{0.6}$. Long-term strengths of the sediments that were treated by various mixtures of MgO and $L_{0.3}-FA_{0.1}-BFS_{0.6}$ were then evaluated and the blending ratios between 4 : 6 and 6 : 4 were found optimal, which yielded a compressive strength of 4.09 MPa. On this basis, the optimal MgO-based binder was selected to be a 5 : 5 mixture of MgO and $L_{0.3}-FA_{0.1}-BFS_{0.6}$. The good performance of the MgO-based binder was believed to be due to the formation of Mg $(OH)_2$, which filled the micropores and also increased the density of the solidified matrices. The MgO-based binder exhibited an average stabilizing capacities for heavy metals of 92.9%, which was similar to or higher than that of Portland cement. It was found that 69.1 kg of carbon dioxide could be sequestrated after 365 days of curing when treating a ton of anoxic sediments.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.2
no.4
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pp.354-359
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2014
The objective of this study is to examine the fatigue behavior in compression of normal-weight and lightweight concrete mixtures with high volume supplementary cementitious material(SCM). The selected binder composition was 30% ordinary portland cement, 20% fly-ash, and 50% ground granulated blast-furnace slag. The targeted compressive strength of concrete was 40 MPa. For the cyclic loading, the constant maximum stress level varied to be 75%, 80%, and 90% of the static uniaxial compressive strength, whereas the constant minimum stress level was fixed at 10% of the static strength. The test results showed that fatigue life of high volume SCM lightweight concrete was lower than the companion normalweight concrete. The value of the fatigue strain at the maximum stress level intersected the descending branch of the monotonic stress-strain curve after approximately 90% of the fatigue life.
Recently, as large constructions on the coast increase, an application of a surface layer stabilization method which is one of the improvement methods for dredged soft clay has increased. However, there are few studies about this. The purpose of this study is clarifying characteristics of ultra-soft marine clay and hardening agent. Also, it is verifying an optimal mixture ratio of hardening agent through the laboratory tests according to designed experiments and proving by statistical analysis and pilot tests. Laboratory tests were performed with proper hardening agent and test soil in accordance with the design of experiments. Regression equations between hardening agents materials and unconfined compressive strength were derived from the tests. The applicability of regression equations were also verified by pilot tests. From the test results, it was found that hardening agent materials(cement, slag, fly-ash, inorganic salts, arwin, gypsum etc.) have some effect upon compressive strength. The optimal mixture ratio which satisfies the required compressive strength was derived from the statistical analysis. The effect of ground improvement by cements and hardening agents was confirmed through the pilot tests. This study will suggest data for design or construction criteria of stabilization of surface layer on ultra-soft marine clay.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.1
no.3
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pp.173-180
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2013
This paper is to investigate an effect of waste cooking oil(WCO) on the engineering properties and durability of high volume admixture concrete. Fly ash with 30% and blast furnace slag with 60% were incorporated in OPC to fabricate high volume admixture concrete with 0.5 of W/B. Emulsified refining cooking oil(ERCO) was made by mixing WCO and emulsifying agent to improve fluidity. ERCO was replaced by cement from 0.25 to 1.0%. As results, the increase of ERCO resulted in decrease of slump and air contents. For compressive strength, the use of ERCO led to decrease the compressive strength at 28 days, while it had similar strength or much higher strength than plain concrete at 180 days. Resistance to carbonation and chloride penetration was improved with the increase of ERCO contents due to decreased pore distribution by saponification between ERCO and concrete, while freeze-thaw resistance was degraded due to air loss.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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