This paper deals with the accumulated damage in concrete structures due to the cyclic freeze-thaw as an environmental load. The cyclic ice body nucleation and growth processes in porous systems are affected by the thermo-physical and mass transport properties, and gradients of temperature and chemical potentials. Furthermore, the diffusivity of deicing chemicals shows significantly higher value under cyclic freeze-thaw conditions. Consequently, the disintegration of concrete structures is aggravated at marine environments, higher altitudes, and northern areas. However, the properties of cyclic freeze-thaw with crack growth and diffusion of chloride ion effects are hard to be identified in tests, and there has been no analytic model for the combined degradations. The main objective is to determine the driving force and evaluate the reduced strength and stiffness by freeze-thaw. For the development of computational model of those coupled deterioration, micro-pore structure characterization, pore pressure based on the thermodynamic equilibrium, time and temperature dependent super-cooling with or without deicing salts, nonlinear-fracture constitutive relation for the evaluation of internal damage, and the effect of entrained air pores (EA) has been modeled numerically. As a result, the amount of ice volume with temperature dependent surface tensions, freezing pressure and resulting deformations, and cycle and temperature dependent pore volume has been calculated and compared with available test results. The developed computational program can be combined with DuCOM, which can calculate the early aged strength, heat of hydration, micro-pore volume, shrinkage, transportation of free water in concrete. Therefore, the developed model can be applied to evaluate those various practical degradation cases as well.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.22
no.3
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pp.60-74
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1980
Soil-cement mixtures involve problems in it's durability in grain size distribution and mineral composition of the used soils as well as in cement content, compaction energy, molding water content, and curing. As an attempt to solve the problems associated with durability of weathered granite soil with cement treated was investigated by conducting tests such as unconfined compression test, it's moisture, immers, wet-dry and freeze-thaw curing, mesurement of loss of weight with wet-dry and freeze-thaw by KS F criteria and CBR test with moisture curing on the five soil samples different in weathering and mineral composition. The experimental results are summarized as follows; The unconfined compressive strength was higher in moisture curing rather than in the immers and wet-dry, while it was lowest in freeze-thaw. Decreasing ratio of unconfined compressive strength in soil-cement mixtures were lowest in optimum moisture content or in the dry side rather than optimum moisture content with freeze-thaw. The highly significant ceofficient was obtained between the cement content and loss of weight with freeze-thaw and wet-dry. It was possible to obtain the durability of soil-cement mixtures, as the materials of base for roads, containing above 4 % of cement content, above 3Okg/cm$_2$ of unconfined compressive trength with seven days moisture curing or 12 cycle of freeze-thaw after it, above 100% of relative unconfined compressive strength, 80% of index of resistance, below 14% of loss of weight with 12 cycle of wet-dry and above 1. 80g/cm$_2$ of dry density.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.11a
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pp.957-960
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2006
In order to predict the accumulated damages by cyclic freeze-thaw, a regression analysis by the Response Surface Method (RSM) is used. RSM has merits when the other probabilistic simulation techniques can not guarantee the convergence of probability of occurrence or when the others can not differentiate the derivative terms of limit state functions, which are composed of random design variables in the model of complex system or the system having higher reliability. For composing limit state function, the important parameters for cyclic freeze-thaw-deterioration of concrete structures, such as water to cement ratio, entrained air pores, and the number of cycles of freezing and thawing, are used as input parameters of RSM. The predicted results of relative dynamic modulus and residual strains after 300 cycles of freeze-thaw for specimens show very good agreements with the experimental results. The RSM result can be used to predict the probability of occurrence for designer specified critical values. Therefore, it is possible to evaluate the life cycle management of concrete structures considering the accumulated damages by the cyclic freeze-thaw by the use of proposed prediction method.
Fresh grass carp was used to produce surimi samples that were supplemented with 50 g/kg, 100 g/kg, or 150 g/kg pork back fat. The lipid composition, lipase activity, lipid oxidation index, and lipoxygenase activity of samples subjected to repeated freezethaw process were determined to assess the effects of the added fat on lipolysis and lipid oxidation of grass carp surimi. Freeze-thaw treatment increased free fatty acid content, mainly due to the decomposition of phospholipids and some neutral lipids by lipase. With repeated freeze-thaw treatment, the levels of free fatty acids and phospholipids were correlated with the lipid oxidation indexes and lipoxygenase activity, indicating that lipid degradation can promote lipid oxidation. In the same freeze-thaw cycle, surimi products with high fat content are more vulnerable to oxidative damage, neutral lipids are the main source of free fatty acids in the early stage of freeze-thaw, and phospholipids are the main source of free fatty acids in the late stage.
In this study, the fresh properties of paraffin-mixed concrete, compressive strength, resistance to frost damage, and resistance to composite deterioration under freeze-thaw and salt environment were investigated. The compressive strength of paraffin-mixed concrete was almost the same as that of unmixed concrete, and no decrease in strength was observed, unlike the concrete with entrained air in consideration of freeze-thaw resistance. Concerning the freeze-thaw resistance of paraffin-mixed concrete, the relative dynamic modulus of elasticity (RDME) did not decrease even without entrained air. In addition, no decrease in the RDME was observed in the combined deterioration with salt damage, and it was confirmed that the mass reduction was suppressed compared to the concrete without paraffin. The freeze-thaw resistance of concrete when paraffin is mixed may be improved due to the reduction in the amount of frozen water and the mixed paraffin particles exist in the concrete as pore fillers with a size of 200 ㎛ or less, which act as substitutes for air voids. This resulted in reduction of the apparent air void spacing and thereby relieving the pore pressure.
This paper presents the experimental test results on moisture and freeze-thaw resistance of hot mix crumb rubber modified (CRM) asphalt concrete mixture. To compare the differences in mechanical properties of conventional and CRM asphalt concretes, various tests were conducted under different moisture conditions and freeze-thaw cycles. Marshall mix design was also performed to determine the optimum asphalt contents for the both asphalt concrete mixtures. Test results revealed that the moisture and freeze-thaw resistance of CRM asphalt mixture was superior to the conventional asphalt concrete. As a result, it is considered that the utilization of waste tires in asphalt pavements has the potential of minimizing the damage due to the moisture and freeze-thaw.
A. Fuente-Garcia;M.A. Serrano-Lopez;C. Lopez-Colina;F., Lopez-Gayarre
Steel and Composite Structures
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v.48
no.3
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pp.251-262
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2023
There are many examples of steel structures subjected to severe environmental conditions with bolted connections directly exposed to extreme climatic agents such as freeze-thaw cycles or low temperatures. Some examples are: steel bridges, mining transfer towers, wind towers... These service conditions neither are included in Eurocode 3 or EN1090-2, nor there are references in other international standards. In this experimental research, 46 specimens of non-slip joints with HV M20 bolts and four different types of contact surfaces have been studied. Half of the specimens were subjected to fourteen twelve-hours freeze-thaw cycles, with periodic immersion in water and temperature oscillation. Subsequently, half of the connections were subjected to a slip test under monotonic load at temperature of -20 ± 0.5 ℃ and the other half at room temperature. The results were compared with others equal joints not subjected to freeze-thaw cycles and kept at room temperature for the same time. This finally resulted in 4 sets of joints by combining the freeze-thaw degradation or not with the low-temperature conditions or not in the slip testing. Therefore, a total of 16 different conditions were studied by also considering 4 different contact surfaces between the joined plates in each set. The results obtained show influence of environmental conditions on the slip resistant capacity of these joints.
Journal of the Korean Society of Environmental Restoration Technology
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v.9
no.3
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pp.17-25
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2006
To increase freeze-thaw resistance of porous concrete, this study examined physical properties of polymer by replacing paste used as a binding material with polymer, using unsaturated polyester and epoxy resin, and changing the mixing ratio of polymer. According to the result of this study, when the mixing ratio of resin paste to aggregates was 11 to 16%, voids volume was 33 to 37% and unit weight was about 1620 to 1720kg/$m^3$. In comparison with previous studies using cement paste, voids volume increased by about 7 to 16%, while unit weight decreased by about 100 to 300kg/$m^3$. Compressive strength was 90 to 155kg/$cm^2$ at the age of 7 days, which was 5-40kg/$cm^2$ bigger than porous concrete using cement paste. From a viewpoint of freeze-thaw resistance, it was identified that pluse velocity fell by 0.23km/sec, about 7% of the original velocity, when the cycle of freeze-thaw was repeated 300 times. In spite of 300 repetitions of the cycle, relative dynamic modulus of elasticity was more than 60%, which suggested that its freeze-thaw resistance was more excellent compared with the result that relative dynamic modulus of elasticity of porous concrete using cement paste was 60 % or less under the condition of 80 repetitions of freeze-thaw cycle.
Proper water management is vital to achieve high performance and durability of PEFC (Polymer Electrolyte Fuel Cell). The effects of the residual water from PEFC after purge in shut-down processes on GDL/MEAs were investigated with freeze/thaw cycles Freeze/thaw cycle tests were conducted with single cells which were designed from transparent acryl plates. Single cells which contain several amount of residual water were cycles from $80^{\circ}C$ to $-28^{\circ}C$. The resistance changes of the single cells which have various amount of residual water were evaluated by ac-impedance analysis with 24 times of freeze/thaw cycles. Also, after the freeze/thaw cycles, the property changes were characterized by visual methods such as SEM, EPMA. Though it was difficult to observe noticeable property changes in the visual characterizations, the resistance of cells dramatically increased with the amount of remained water.
OBJECTIVES : The objective of this research is to determine the moisture resistance of the freeze-thaw process occurring in low-noise porous pavement using either hydrated-lime or anti-freezing agent. Various additives were applied to low-noise porous asphalt, which is actively paved in South Korea, to overcome its disadvantages. Moreover, the optimum contents of hydrated-lime and anti-freezing agent and behavior properties of low-noise porous asphalt layer are determined using dynamic moduli via the freeze-thaw test. METHODS : The low-noise porous asphalt mixtures were made using gyratory compacters to investigate its properties with either hydrated-lime or anti-freezing agent. To determine the dynamic moduli of each mixture, impact resonance test was conducted. The applied standard for the freeze-thaw test of asphalt mixture is ASTM D 6857. The freeze-thaw and impact resonance tests were performed twice at each stage. The behavior properties were defined using finite element method, which was performed using the dynamic modulus data obtained from the freeze-thaw test and resonance frequencies obtained from non-destructive impact test. RESULTS : The results show that the coherence and strength of the low-noise porous asphalt mixture decreased continuously with the increase in the temperature of the mixture. The dynamic modulus of the normal low-noise porous asphalt mixture dramatically decreased after one cycle of freezing and thawing stages, which is more than that of other mixtures containing additives. The damage rate was higher when the freeze-thaw test was repeated. CONCLUSIONS : From the root mean squared error (RMSE) and mean percentage error (MPE) analyses, the addition rates of 1.5% hydrated-lime and 0.5% anti-freezing agent resulted in the strongest mixture having the highest moisture resistance compared to other specimens with each additive in 1 cycle freeze-thaw test. Moreover, the freeze-thaw resistance significantly improved when a hydrated-lime content of 0.5% was applied for the two cycles of the freeze-thaw test. Hence, the optimum contents of both hydrated-lime and anti-freezing agent are 0.5%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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