Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.23
no.6
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pp.693-702
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2023
This research explores the potential application of Liquid Red Mud(LRM), a byproduct of industrial processes, in the construction sector. We neutralized LRM(pH 10-12) using nitric acid, aiming to understand its viability in construction applications. The study involved substituting LRM(pH 7-8) in mortar formulations, varying by cement type. We assessed the properties of these mixtures by measuring flow, setting time, and compressive strength. Additionally, X-ray Diffraction(XRD) and Scanning Electron Microscopy(SEM) analyses were conducted to examine the chemical properties. Results indicated a reduction in flow value for LRM and LN(neutralized LRM) compared to the control (Plain ) across different cement types. The setting times(initial and final) for LRM and LN were notably shorter than Plain. In compressive strength tests, LRM replaced with slag cement showed enhanced initial strength, though long-term strength gains were marginal across different cement types. SEM analysis revealed distinct voids in Plain and LN, with LRM exhibiting a fibrous microstructure. XRD patterns in SN(slag neutralized) resembled those in OR(original red mud) and ON(original neutralized), with a notable peak at a 2θ value of 22°. The study concludes that unneutralized LRM, when substituted for slag cement in mortar, yields superior initial strength compared to its neutralized counterpart.
Rizky Pitajeng;Julfikhsan Ahmad Mukhti;Seong-Hoon Kee
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.28
no.3
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pp.37-46
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2024
This study investigates the evolution of concrete damage due to chloride-induced steel corrosion through Impact-echo (IE) testing. Three reinforced concrete specimens, each measuring 1500 mm in length, 400 mm in width, and 200 mm in thickness, were fabricated using three concrete mixture proportions of blended cement types: ordinary Portland cement, ground granulated blast-furnace slag and fly ash. Steel corrosion in the concrete was accelerated by impressing a 0.5 A current following a 35-day cycle of wet-and-dry saturation in a 3% NaCl solution. Initial IE data collected during the saturation phase showed no significant changes, indicating that moisture had a minimal impact on IE signals and highlighting the slow progress of corrosion under natural conditions. Post-application of current, however, there was a noticeable decline in both IE peak frequency and the P-wave velocity in the concrete as the duration of the impressed current increased. Remarkably, progressive monitoring of IE proves highly effective in capturing the critical features of steel-corrosion induced concrete deterioration, such as the onset of internal damages and the rate of damage propagation. These results demonstrate the potential of progressive IE data monitoring to enhance the reliability of diagnosing and prognosticating the evolution of concrete damage in marine environment.
Lee, Songhee;Choi, Hyeonjin;Woo, Hyuna;Kim, Minyoung;Lee, Eunhyung;Kim, Sanghyun;Noh, Seong Jin
Journal of Korea Water Resources Association
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v.57
no.3
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pp.165-179
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2024
It is crucial to have a comprehensive understanding of inundation and water cycle in urban areas for mitigating flood risks and sustainable water resources management. In this study, we developed a Cellular Automata-based integrated Water cycle model (CAW). A comparative analysis with physics-based and conventional cellular automata-based models was performed in an urban watershed in Portland, USA, to evaluate the adequacy of spatiotemporal inundation simulation in the context of a high-resolution setup. A high similarity was found in the maximum inundation maps by CAW and Weighted Cellular Automata 2 Dimension (WCA2D) model presumably due to the same diffuse wave assumption, showing an average Root-Mean-Square-Error (RMSE) value of 1.3 cm and high scores of binary pattern indices (HR 0.91, FAR 0.02, CSI 0.90). Furthermore, through multiple simulation experiments estimating the effects of land cover and soil conditions on inundation and infiltration, as the impermeability rate increased by 41%, the infiltration decreased by 54% (4.16 mm/m2) while the maximum inundation depth increased by 10% (2.19 mm/m2). It was expected that high-resolution integrated inundation and water cycle analysis considering various land cover and soil conditions in urban areas would be feasible using CAW.
The global cement industry emits approximately 2.9 billion tons of greenhouse gases, of which 1.74-1.89 billion tons are emitted from limestone, which is the main raw material for clinkers. Therefore, the feasibility of using slag, a non-carbonated CaO-based raw material, must be investigated, and the physical properties of cement must be considered. In this study, the mixing ratios of the raw mix and properties of cement were analyzed. The CaCO3 replacement ratio was limited when one type of slag was used; however, when the mixed slag was utilized, the CaCO3 replacement ratio increased by more than 12 %. The compressive strength of the slag-incorporated cement was lower than that of Ordinary Portland Cement (OPC). Therefore, the lime saturation factor (LSF) of the raw mix and fineness of the cement were increased to improve the compressive strength. The compressive strength of cement with improved fineness was similar to that of OPC for a CaCO3 replacement ratio of up to 6 %, and it decreased as the CaCO3 replacement ratio was increased to 9 %. When both fineness and LSF were increased, the compressive strength and flow value of the cement with a CaCO3 replacement ratio of 12 % were similar to that of OPC.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.6
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pp.97-108
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2008
The use of fly ash to replace a portion of cement has resulted significant savings in the cost of cement production. Fly ash blended cement concretes require a longer curing time and their early strength is low when compared to ordinary Portland cement(OPC) concrete. By adopting various activation techniques such as physical, thermal and chemical method, hydration of fly ash blended cement concrete was accelerated and thereby improved the corrosion-resistance of concrete. Concrete specimens prepared with 10-40% of activated fly ash replacement were evaluated for their open circuit potential measurements, weight loss measurements, impedance measurements, linear polarization measurements, water absorption test, rapid chloride ion penetration test and scanning electron microscopy (SEM) test and the results were compared with those for OPC concrete without fly ash. All the studies confirmed that up to a critical level of 20-30% replacement; activated fly ash cement improved the corrosion-resistance properties of concrete. It was also confirmed that the chemical activation of fly ash better results than the other methods of activation investigated in this study.
The importance of chloride ions in the corrosion of steel in concrete has led to the concept for chloride threshold level (CTL). The CTL can be defined as the content of chlorides at the steel depth that is necessary to sustain local passive film breakdown and hence initiate the corrosion process. Despite the importance of the CTL, due to the uncertainty determining the actual limits in various environments for chloride-induced corrosion, conservative values such as 0.4% by weight of cement or 1.2 kg in 1 $m^3$ concrete have been used in predicting the corrosion-free service life of reinforced concrete structures. The paper studies the CTL for blended cement concrete by comparing the resistance of cementitious binder to the onset of chloride-induced corrosion of steel. Mortar specimens were cast with centrally located steel rebar of 10 mm in diameter using cementitious mortars with ordinary Portland cement (OPC) and mixed mortars replaced with 30% pulverized fuel ash (PFA), 60% ground granulated blast furnace slag (GGBS) and 10% silica fume (SF), respectively, at 0.4 of a free W/B ratio. Chlorides were admixed in mixing water ranging 0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 and 3.0% by weight of binder(Based on $C1^-$). Specimens were curd 28 days at the room temperature, wrapped in polyethylene film to avoid leaching out of chloride and hydroxyl ions. Then the corrosion rate was measured using the polarization resistance method and the order of CTL for binder was determined. Thus, CTL of OPC, 60%GGBS, 30%PFA and 10%SF were determined by 1.6%, 0.45%, 0.8% and 2.15%, respectively.
It is known that polymer concretes are 8~10 times more expensive than ordinary Portland cement concretes; therefore, in the production of polymer concrete products, it is very important to reduce the amount of polymer binders used because this occupies the most of the production cost of polymer concretes. In order to develop a technology for the reduction of polymer binders, smooth and spherical aggregates were prepared by the atomizing technology using the oxidation process steel slag (electric arc furnace slag, EAFS) and the reduction process steel slag (ladle furnace slag, LFS) generated by steel industries. A reduction in the amount of polymer binders used was expected because of an improvement in the workability of polymer concretes as a result of the ball-bearing effect and maximum filling effect in case the polymer concrete was prepared using the smooth and spherical atomized steel slag instead of the calcium carbonate (filler) and river sand (fine aggregate) that were generally used in polymer concretes. To investigate physical properties of the polymer concrete, specimens of the polymer concrete were prepared with various proportions of polymer binder and replacement ratios of the atomized reduction process steel slag. The results showed that the compressive strengths of the specimens increased gradually along with the higher replacement ratios of the atomized steel slag, but the flexural strength showed a different maximum strength depending on the addition ratio of polymer binders. In the hot water resistance test, the compressive strength, flexural strength, bulk density, and average pore diameter decreased; but the total pore volume and porosity increased. It was found that the polymer concrete developed in this study was able to have a 19% reduction in the amount of polymer binders compared with that of the conventional product because of the remarkable improvement in the workability of polymer concretes using the spherical atomized oxidation steel slag and atomized reduction steel slag instead of the calcium carbonate and river sand.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.14
no.2
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pp.2622-2633
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1972
This study was attempted in order to search for phyosical properties on various mix designs of concrete as ne of studies relating top revention against corrosion by action of sea water in the West Sea. In this study, as concerete mix design, fly ash, pozzolith and vinsolresin were used as admixtures for normal portland cement respectively, and pozzolan cement and normal cement were also used for each plain concrete. Concrete specimens were made and cured in accordance with the Korean Standard Specifications for concrete. In thetest, compressive strengths of the specimens were measured at the following ages; 7-day, 28-days and 3-months. Absorption test was made by immersing the specimens in water kept at boiling temperature for 5 hours. The results obtained from the tests are summarized as follows; 1. The use of fly ash as an admixture in mix design of concrete, has an effect on compressive strength at each age. But it is actually not effective on absorption by concrete, as the result of the fly ash concrete is almost the same at that of ordinary plain concrete. 2. The use of pozzolith as an admixture in mix design of concrete, has an effect on both of compressive strength at each age and absorption rate. The pozzolith is more effective than vinsol resin, relating to improvement for physical proreties of concrete. 3. The use of vinsol resin as an admixture in mix design of concrete, has also an effect on both of compressive strength at each age and absorption rate. As the above fact, effectiveness of the vinsol resin is some what lower than pozzolith, as far as physical properties of the concrete are concerned. 4. Plain concrete used pozzolan cement only is the most effective on both of strength at each age and absorption rate in this study. The pozzolan cement is characteristic of higher strenth as the age is later. 5. Relationship between compreessive strengths and absorption rates of the concrete is shown by a different regression line dependingon ages. The gradient of the regression line is steeper as the age is later. 6. Throught physical test, it may be expected that the use of pozzolith and vinsol resinas asan admixture respectively will be better resistant than fly ash or ordinary plain concrete and that plain pozzolan concrete will also be the best resistant to action of sea water due to improvement of theirphysical properties.
This paper presents a quantitative evaluation of water permeability in concrete with cold joint considering mineral admixture and loading conditions. Concrete samples with OPC (Ordinary Portland Cement) and GGBFS(Ground Granulated Blast Furnace Slag) are prepared considering 0.6 of W/C ratio and 40% of replacement. 30% and 60% loading levels for compression and 60% loading level for tension are induced to concrete samples. In compression conditions, the permeability in control case shows $2.41{\times}10^{-11}m/s$ in OPC concrete, and it changes to $2.07{\times}10^{-11}m/s$ (30% of peak) and $2.36{\times}10^{-11}m/s$ (60% of peak). The results in GGBFS concrete shows the same trend, which yields $2.17{\times}10^{-11}m/s$ (control), $1.65{\times}10^{-11}m/s$ (30% of peak), and $1.96{\times}10^{-11}m/s$ (60% of peak), respectively. In tensile conditions, the permeability increases from $2.37{\times}10^{-11}m/s$ (control) to $2.67{\times}10^{-11}m/s$ (60% of peak) while that in GGBFS concrete increases from $2.17{\times}10^{-11}m/s$ (control) to $2.24{\times}10^{-11}m/s$ (60% of peak). Permeability coefficients decreases in 30% of compressive level but increases in 60% level, while results in tensile level increases rapidly. This shows pore structure in concrete is condensed and with loading and permeability increases due to micro-cracking. Permeability evaluation considering the effects of loading conditions, cold joint, and GGBFS is verified to be important since water permeability greatly changes due to their effects.
Lee, Kwang-Myong;SunWoo, Joo-Yeun;Lee, Hoi-Keun;Khayat, Kamal H.
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.18
no.3
s.93
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pp.331-338
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2006
This paper presents the experimental results on volumetric changes in ordinary portland cement concrete made with various water-to-cement ratios(W/C's) ranging from 0.32 to 0.50 and cured in low different conditions. Curing regimes employed in this work were designed to exhibit autogenous and drying shrinkage as well as swelling of concrete. The concrete avoided any moist evaporation(Regime f showed only autogenous shrinkage and the lower the W/C, the feater the autogenous shrinkage. The concrete exposed to air drying conditions at $20{\pm}1^{\circ}C$ and $60{\pm}3%$ RH after 6-day water curing at $20{\pm}1^{\circ}C$(Regime II) swelled and then started to shrink. The maximum swelling value of concrete developed in water curing was between 15 and $40{\pm}10^{-6}$, and the greatest total shrinkage(autogenous+drying shrinkage) was obtained for the mixture made with W/C of 0.32. The concrete let to air drying conditions(Regime III) showed greater total shrinkage compared to the concrete cured in Regime II. The concrete exposed to air drying condition after 6-day sealed curing(Regime IV) exhibited slightly smaller total shrinkage than that of the concrete cured in Regime III. Net drying shrinkage that can be derived from the results of Regime I, III, and IV increased as the W/C increased despite of similar total shrinkage. This result indicated that drying shrinkage governs total shrinkage of high-W/C concretes. In other words, a portion of autogenous shrinkage in total shrinkage increased in low-W/C concretes. Therefore, it should be controlled in terms of cracking potential. Finally, total shrinkage of high-strength and high-performance concrete made with low W/C can be effectively reduced by appropriate early moisture curing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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