The effectiveness of mineral additives in suppressing alkali-silica reactivity has been studied in this work. Experimentation has been performed in accordance with the procedures prescribed in ASTM C 1567. In the scope of the investigation, a quarry aggregate which was reactive according to ASTM C 1260 was tested. In the experimental program, prismatic mortar specimens measuring $25{\times}25{\times}285mm$ were produced. Ten sets of production, three specimens for each set, were made. Length changes were measured at the end of 3, 7, 14 and 28 days and then expansions in percentage have been calculated. Fly ash, silica fume, and metakaolin have been used as cement replacement in different ratios for the testing of the alkali-silicate reactivity of the aggregate. In the mixes performed, the replacement ratios were 20%, 40%, and 60% for the fly ash, and 5%, 10%, and 15% for the silica fume, and 5%, 10%, and 15% for the metakaolin. Mixes without mineral additives were also produced for comparison. The beneficial effect in suppressing alkali-silica reactivity is highly noticeable as the replacement ratios of the mineral additives increase regardless of the type of the mineral additive used. Being more concise, the optimum concentrations of using silica fume and metakaolin in mortar in suppressing ASR is 10%, respectively, while it is 20% for fly ash.
Abadel, Aref A.;Albidah, Abdulrahman S.;Altheeb, Ali H.;Alrshoudi, Fahed A.;Abbas, Husain;Al-Salloum, Yousef A.
Advances in concrete construction
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제11권2호
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pp.127-140
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2021
In this study, twenty-five geopolymer (GP) mixes were prepared by varying the alkaline solids to Metakaolin (MK) and sodium silicate to NaOH ratios from 0.1 to 0.5 and 0.2 to 1.0, respectively, thus giving a wide range of molar ratios of silica to alumina, sodium oxide to alumina and water to sodium oxide. The compressive strength of these GP mixes was determined for four curing schemes involving oven curing at 100℃ for 24 h and three ambient curing with the curing ages of 3, 14, and 28 days. The test results revealed that for the manufacture of GP binder for structural applications of strength up to 90 MPa, the molar ratio of silica to alumina should be greater than 2.3, sodium oxide to alumina should be between 0.6 to 1.2, and water to sodium oxide should not exceed 12. The compressive strength of ambient cured GP mortar gets stabilized at 28 days of ambient curing. Experimental findings were also corroborated by GP microstructure analysis. The embodied energy of MK-based GP mortars, especially of high strength, is significantly less than the cement mortar of equivalent strength.
Radwa Defalla Abdel, Hafez;Bassam A., Tayeh;Raghda Osama Abd-Al, Ftah;Khaled, Abdelsamie
Advances in concrete construction
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제14권5호
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pp.341-354
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2022
Treatment of solid waste building materials is a crucial method of disposal and an area of ongoing research. New standards for the treatment of solid waste building materials are necessary due to multisource features, huge quantities, and complicated compositions of solid waste. In this research, sustainable nanomaterial mixtures containing nano-paper waste (NPW) and nano-metakaolin (NMK) were used as a substitute for Portland cement. Portland cement was replaced with different ratios of NPW and NMK (0%, 4%, 8%, and 12% by weight of cement) while the cement-to-water ratio remained constant at 0.4 in all mortar mixtures. The fresh properties had a positive effect on them, and with the increase in the percentage of replacement, the fresh properties decreased. The results of compressive strength at 7 and 28 days and flexural strength at 28 days show that the nanomaterials improved the strength, but the results of NMK were better than those of NPW. The best replacement rate was 8%, followed by 4%, and finally 12% for both materials. The combination of NMK and NPW as a replacement (12% NMK + 12% NPW) showed less shrinkage than the others because of the high pozzolanic reactivity of the nanomaterials. The combination of NMK and NPW improved the microstructure by increasing the hydration volume and lowering the water in the cement matrix, as clearly observed in the C-S-H decomposition.
The following paper concentrates on the objective of studying the influences of extent of duration and temperature on the Pozzolanic properties as well as reactivity of locally existing natural clay of Nai Gaj, district Dadu, Sindh Pakistan. The activation of the clay only occurs through heating when temperature in a furnace chamber reaches 600, 700 and 800oC for 1, 2 and 3 hours and at 900 and 1000℃ for 1 and 2 hours. Furthermore, the strength activity index (SAI) of advanced pozzolanic material happens to be identified through 20% cement replacement for different samples of calcined clay as per ASTM C-618. The compressive strength test of samples had been operated for 7 and 28-days curing afterwards. The maximum compressive strength had been seen in mix E in which cement was replaced with clay calcined at 700℃ for 1 hour that is 27.05 MPa that is 24.31% more than that of control mix. The results gathered from the SAI verdicts the optimal activation temperature is 700℃ within a one-hour time period. The SAI at a temperature of 700℃ with a one-hour duration at 28 days is 124.31% which happens to satisfy the requirements of the new Pozzolanic material, in order to be applied in mortar/concrete (i.e., 75%). The Energy- dispersive spectrometry (EDS) along with the X-ray diffraction (XRD) have been carried out in means of verifying whether there is silica content or amorphous silica present in metakaolin that has been developed. The findings gathered from the SAI were validated, as the analysis of XRD verified that there is in fact Pozzolanic activity of developed metakaolin. Additionally, based on observation, the activated metakaolin holds a significant influence on the increase in mortar's compressive strength.
This paper aims to adapt Multilinear regression (MLR) to predict the strength and toughness of SIFCON containing various pozzolanic materials. Slurry Infiltrated Fibrous Concrete (SIFCON) is one of the most common terms used in concrete manufacturing, known for its benefits such as high ductility, toughness and high ultimate strength. Assessment of compressive strength (CS.), flexural strength (F.S.), splitting tensile strength (STS), dynamic elasticity modulus (DME) and impact energy (I.E.) using the experimental approach is too costly. It is time-consuming, and a slight error can lead to a repeat of the test and, to solve this, alternative methods are used to predict the strength and toughness properties of SIFCON. In the present study, the experimentally investigated SIFCON data about various mix proportions are used to predict the strength and toughness properties using regression analysis-multilinear regression (MLR) models. The input parameters used in regression models are cement, fibre, fly ash, Metakaolin, fine aggregate, blast furnace slag, bottom ash, water-cement ratio, and the strength and toughness properties of SIFCON at 28 days is the output parameter. The models are developed and validated using data obtained from the experimental investigation. The investigations were done on 36 SIFCON mixes, and specimens were cast and tested after 28 days of curing. The MLR model yields correlation between predicted and actual values of the compressive strength (C.S.), flexural strength, splitting tensile strength, dynamic modulus of elasticity and impact energy. R-squared values for the relationship between observed and predicted compressive strength are 0.9548, flexural strength 0.9058, split tensile strength 0.9047, dynamic modulus of elasticity 0.8611 for impact energy 0.8366. This examination shows that the MLR model can predict the strength and toughness properties of SIFCON.
High reactivity metakaolin (HRM) is a manufactured pozzolan produced by thermal processing of purified kaolinitic clay. Field performance and laboratory research of concrete containing HRM have demonstrated its value for bridge decks, bridge deck overlays, high-strength concrete and masonry products. This paper discusses laboratory evaluations to assess the physical properties of antiwashout underwater concrete (AWC) containing HRM, such as pH value, suspended solids, slump flow, and compressive strength. There were not much variations of pH value with the changing HRM contents, but suspended solid test showed that the amount of suspended solids of AWC with 10 and 20% of HRM were reduced in comparison with plain. Due to the fast hydration and reaction property of HRM, slump flow was decreased with increasing HRM contents. According to the results of compressive strength test, AWC with 10 and 20% of HRM showed higher strength characteristic than plain at all curing ages.
The main purpose of this study includes investigation of the rheological properties of fresh self consolidating cement paste containing chemical and mineral additives using Artificial Neural Network (ANN) model. In order to develop the model, 200 different mixes are cast in the laboratory as a part of an extensive experimental research program. The data used in the ANN model are arranged in a format of fourteen input parameters covering water-binder ratio, four different mineral additives (calcium carbonate, metakaolin, silica fume, and limestone), five different superplasticizers based on the poly carboxylate and naphthalene and four different Viscosity Modified Admixtures (VMAs). Two common output parameters including the mini slump value and flow cone time are chosen for measuring the rheological properties of fresh self consolidating cement paste. Having validated the model, the influence of effective parameters on the rheological properties of fresh self consolidating cement paste is investigated based on the ANN model outputs. The output results of the model are then compared with the results of previous studies performed by other researchers. Ultimately, the analysis of the model outputs determines the optimal percentage of additives which has a strong influence on the rheological properties of fresh self consolidating cement paste. The proposed ANN model shows that metakaolin and silica fume affect the rheological properties in the same manner. In addition, for providing the suitable rheological properties, the ANN model introduces the optimal percentage of metakaolin, silica fume, calcium carbonate and limestone as 15, 15, 20 and 20% by cement weight, respectively.
해수 담수화 플랜트에서 배출되는 농축수의 새로운 활용방안을 모색하기 위한 실험이다. 본 연구에서는 염화이온 고정화 효과가 뛰어난 메타카올린을 주요 결합재로 하고 활성화제로 10%와 20%의 산화칼슘을 치환하였다. 그리고 정수(tap-water; TW)와 농축수(reverse osmosis desalination water; RW)를 혼합수로 사용하였다. 실험결과 RW를 사용한 mixture는 TW 보다 더 높은 압축강도를 보였다. 또한 낮은 물-흡수율과 높은 밀도를 나타내었다. RW를 혼합수로 사용한 mixture에서는 Friedel's salt라는 수화반응물질을 관찰할 수 있었다. 강재의 부식문제를 고려한다면 RW는 무철근 콘크리트, 벽돌, 경계석 등의 제품에 적용할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구를 통해 RW의 해양 방출이외에 새로운 활용방안을 제시한 것에 의미 있다고 생각된다.
Reddy, Panga Narasimha;Jindal, Bharat Bhushan;Kavyateja, Bode Venkata;Reddy, A. Narender
Advances in concrete construction
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제9권4호
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pp.345-354
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2020
Cement is the most significant component in concrete. Large scale manufacturing of cement consumes more energy and release harmful products (Carbon dioxide) into the atmosphere that adversely affect the environment and depletes the natural resources. A lot of research is going on in globally concentrating on the recycling and reuse of waste materials from many industries. A major share of research is focused on finding cementitious materials alternatives to ordinary Portland cement. Many industrial waste by-products such as quartz powder, metakaolin, ground granulated blast furnace slag, silica fume, and fly ash etc. are under investigations for replacement of cement in concrete to minimize greenhouse gases and improve the sustainable construction. In current research, the effects of a new generation, ultra-fine material i.e., alccofine which is obtained from ground granulated blast furnace slag are studied as partial replacement by 25% and with varying amounts of sulfonated naphthalene formaldehyde (i.e., 0.3%, 0.35% and 0.40%) on mechanical, water absorption, thermal and microstructural properties of concrete. The results showed moderate improvement in all concrete properties. Addition of SNF with combination of alccofine showed a significant enhancement in fresh, hardened properties and water absorption test as well as thermal and microstructural properties of concrete.
The present investigation is to identify an optimum mix combination amongst 28 different types of artificial lightweight aggregates by pelletization method with aggregate properties. Artificial aggregates with different combinations were manufactured from fly ash, cement, hydrated lime, ground granulated blast furnace slag (GGBFS), silica fume, metakaolin, sodium bentonite and calcium bentonite, at a standard 17 minutes pelletization time, with 28% of water content on a weight basis. Further, the artificial aggregates were air-dried for 24 hours, followed by hardening through the cold-bonding (water curing) process for 28 days and then testing with different physical and mechanical properties. The results found the lowest impact strength value of 16.5% with a cement-hydrated lime (FCH) mix combination. Moreover, the lowest water absorption of 16.5% and highest individual pellet crushing strength of 36.7 MPa for 12 mm aggregate with a hydrated lime-GGBFS (FHG) mix combination. The results, attained from different binder materials, could be helpful for manufacturing high strength artificial aggregates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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