Polyester composites play a vital role in civil engineering applications, especially in bridge and car park structures. Therefore, the addition of waste silica-based fillers will both improve the mechanical and durability performance of composites and produce an environmentally friendly material. In this study, the mechanical performance of polyester composites was investigated experimentally and numerically by adding micro and nano-sized silica-based fillers, marble powder, silica fume and nano-silica. 24 cubes for the compression test and 18 prisms for the flexural test were produced in six different groups containing 30% marble powder, 5% silica fume and 1% nano-silica by weight. SEM/EDS testing was used to investigate the distribution of filler particles in the matrix. Experimentally collected results were used to validate tests in the Abaqus software. Additionally, the Extended Finite Element Method (XFEM) was used to estimate the fracture process for the flexural test. The results show that the added silica fume, marble powder and nano silica improves the compressive strength of polyester composites by 32-38% and the flexural tensile strength by 10-60% compared to pure polyester composite. The numerically obtained results matched well with the experimental data, demonstrating the accuracy and feasibility of the calibrated finite element model.
The performance characteristics of high-strength and high-performance concrete are discussed in this review. Recent developments in the field of high-performance concrete marked a giant step forward in high-tech construction materials with enhanced durability, high compressive strength and high modulus of elasticity particularly for industrial applications. There is a growing awareness that specifications requiring high compressive strength make sense only when there are specific strength design advantages. HPC today employs blended cements that include silica fume, fly ash and ground granulated blast-furnace slag. In typical formulations, these cementitious materials can exceed 25% of the total cement by weight. Silica fume contributes to strength and durability; and fly ash and slag cement to better finish, decreased permeability, and increased resistance to chemical attack. The influences of various mineral admixtures such as fly ash, silica fume, micro silica, slag etc. on the performance of high-strength concrete are discussed.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.1
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pp.113-124
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2016
This paper presents the effect of silica fume and nano silica, used individually and in combination with the set accelerator and/or hydrated lime, on the properties of class F high volume ultra fine fly ash (HV-UFFA) cement composites, replacing 80 % of cement (OPC). Compressive strength test along with thermogravimetric analysis, X-ray diffraction and scanning electron microscopy were undertaken to study the effect of various elements on the physico-chemical behaviour of the blended composites. The results show that silica fume when used in combination with the set accelerator and hydrated lime in HV-UFFA cement mortar, improves its 7 and 28 day strength by 273 and 413 %, respectively, compared to the binary blended cement fly ash mortar. On the contrary, when nano silica is used in combination with set accelerator and hydrated lime in HV-UFFA cement mortar, the disjoining pressure in conjunction with the self-desiccation effect induces high early age micro cracking, resulting in hindering the development of compressive strength. However, when nano silica is used without the additives, it improves the 7 and 28 day strengths of HV-UFFA cement mortar by 918 and 567 %, respectively and the compressive strengths are comparable to that of OPC.
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.
Investigating the properties and durability of high-strength concrete exposed to sulfuric acid attack for the purpose of its application in structures exposed to this acid is of outmost importance. In this research, the resistance and durability of high-strength concrete containing macro-polymeric or steel fibers together with the pozzolans of silica fume or nano-silica against sulfuric acid attack are explored. To accomplish this goal, in total, 108 high-strength concrete specimens were made with 9 different mix designs containing macro-polymeric and steel fibers at the volume fractions of 0.5, 0.75, and 1.0%, as well as the pozzolans of silica fume and nano-silica with the replacement levels of 10 and 2%, respectively. After placing the specimens inside a 5% sulfuric acid solution in the periods of 7, 21, and 63 days of immersion, the effect of adding the fibers and pozzolans on the compressive properties, ultrasonic pulse velocity (UPV), and weight loss of high-strength concrete was investigated and the respective results were compared with those of the reference specimens. The obtained results suggest the dependency of the resistance and durability loss of high-strength concrete against sulfuric acid attack to the properties of fibers as well as their fraction in concrete volume. Moreover, compared with using nano-silica, using silica fume in the fibrous concrete mix leads to more durable specimens against sulfuric acid attack. Finally, an optimum solution for the design parameters where the crushing load of high-strength fibrous concrete is maximized was found using response surface method (RSM).
Journal of The Korean Digital Architecture Interior Association
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v.11
no.4
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pp.21-27
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2011
These materials in architecturally glass or metal have weaknesses such as inadequate insulating quality, combustibility and toxic gases in fires substance. However, Autoclaved Lightweight Concrete(ALC) has excellent thermal insulation properties and seem to possess the superb insulating quality as substitute of existing exterior materials. This research is to compare experimentally to the kind of the strength properties of ALC materials which mixed with blast furnace slag pounder and silica fume. For the purpose of increasing the strength, the plastic states of ALC evaluate the physical characteristics as microstructure and strength according to various specific gravity. According to the quicklime quantity the compressive strength is proportionate depend on the absolute dried specific gravity. When not putting in 10% quicklime, the compressive strength appeared most lowly with 14.0MPa. When putting in the quicklime, the strength appeared higher with 15.1MPa. And strength of specimen containing 2.25% silica fume is 15.6MPa increased 10.3% than reference specimen 14.0MPa.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2009.05b
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pp.239-242
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2009
As the high-rise building increase due to the gravitation of population to big cities recently, it requires high quality and high performance of Concrete. As a result, people are keenly interested in Meta-kaolin as new admixture favorable from an economic perspective, which has strength and endurance with admixture at the same level like Silica-fume. Accordingly, as to Meta-kaolin, this study was to set by three levels like domestic one, foreign one, and Silica-fume, the water-binding material ratio 25%, and four level substitute like 0, 10, 20, and 30(%) in order to compare and analyze the quality durability of high-concrete according to the substitute of Meta-kaolin applicable with replacement of Silica-fume. As a result of performing experiment it was found that when water-binding material ratio increases, resistance of neutralization, carbonation, salt damage and sulfate decrease, and when replacement ratio of mineral admixture increases, depth of accelerating carbonation gets greater. Also, the combination of SF and MK-B favored resistance to chloride ion penetration better than MK-A, and it was found that when replacement ratio of binding material increases, the resistance to sulphuric acid increases. Therefore, based on this study, it was understood that meta-kaolin is useable in replacement of silicafume.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2013.11a
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pp.68-71
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2013
Reactive Powder Concrete (RPC) is an ultra high strength and high ductility cement-based composite material and has shown some promise as a new generation concrete in construction field. It is characterized by a silica fume-cement mixture with very low water-binder (w/b) ratio and very dense microstructure, which is formed using various powders such as cement, silica fume and very fine quartz sand (0.15~0.4mm) instead of ordinary coarse aggregate. However, the unit weight of cement in RPC is as high as 900~1,000 kg/㎥ due to the use of very fine sand instead of coarse aggregate, and a large volume of relatively expensive silica fume as a high reactivity pozzolan is also used, which is not produced in Korea and thus must be imported. Since the density of RPC has a heavy weight at 2.5~3.0 g/㎤. In this study, the modified RPC was made by the combination of ternary pozzolanic materials such as blast furnace slag and fly ash, silica fume in order to economically and practically feasible for Korea's situation. The fire resistance and structural behavior of the modified RPC exposed to high temperature were investigated.
This study focused on the influences regarding the use of polyepoxide-based polymer and silica fume (SF) on the fresh and hardened state properties of self-compacting lightweight concrete (SCLC) along with their impacts on electrical resistance and ultrasonic pulse velocity (UPV). To do so, two series of compositions each of which consists of twelve mixes, with water to binder (W/B) ratios of 0.35 and 0.4 were cast. Three different silica fume/binder ratios of 0, 5%, and 10% were considered along with four different polymer/binder ratios of 0, 5%, 10%, and 15%. Afterwards, the rupture modulus, tensile strength, 14-day, 28-day, and 90-day compressive strength, the UPV and the electrical resistance of the mixes were tested. The results indicated that although the use of polymer could enhance the passing and filling abilities, it could lead to a decrease of segregation resistance. In addition, the interaction of the SF and the polymeric contents enhanced the workability. However, the impacts regarding the use of polymeric contents on fresh state properties of SCLC were more prevalent than those regarding the use of SF. Besides the fresh state properties, the durability and mechanical properties of the mixes were affected due to the use of polymeric and SF contents. In other words, the use of the SF and the polymer enhanced the durability and mechanical properties of SCLC specimens.
Achieving a pervious concrete (PC) with appropriate physical and mechanical properties used in pavement have been strongly investigated through the use of different materials specifically from the global waste materials of the populated areas. Discarded tires and the rubber tire particles have been currently manufactured as the recycled waste materials. In the current study, the combination of polymer, silica fume and rubber aggregates from rubber tire particles have been used to obtain an optimized PC resulting that the PC with silica fume, polymer and rubber aggregate replacement to mineral aggregate has greater compressive and flexural strength. The related flexural and compressive strength of the produced PC has been increased 31% and 18% compared to the mineral PC concrete, also, the impact resistance has been progressed 8% compared to the mineral aggregate PC and the permeability with Open Graded Fraction Course standard (OGFC). While the manufactured PC has significantly reduced the elasticity modulus of usual pervious concrete, the impact resistance has been remarkably improved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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