The objective of this study is to establish an rational mixture-proportioning procedure for low-$CO_2$ concrete using supplementary cementitious materials (SCMs) achieving the targeted $CO_2$ reduction ratio as well as the conventional requirements such as initial slump, air content, and 28-day compressive strength of concrete. To evaluate the effect of SCM level on the $CO_2$ emission and compressive strength of concrete, a total of 12537 data sets were compiled from the available literature and ready-mixed concrete plants. The amount of $CO_2$ emission of concrete was assessed under the system boundary from cradle to concrete production stage at a ready-mixed concrete plant. Based on regression analysis using the established database, simple equations were proposed to determine the mixture proportions of concrete such as the type and level of SCMs, water-to-binder ratio, and fine aggregate-to-total aggregate ratio. Furthermore, the $CO_2$ emissions for a given concrete mixture can be straightforwardly calculated using the proposed equations. Overall, the developed mixture-proportioning procedure is practically useful for determining the initial mixture proportions of low-$CO_2$ concrete in the ready-mixed concrete field.
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.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.721-724
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2008
Recently, by-products for example of fly-ash, blast-furnace slag and etc are generally using in concrete. However a mount of by-products are mostly dropped into the land and sea. Expecially it is necessary to manage against London Dumping Convention which is prohibited for throwing the by-product into the sea. The purpose of this study is for the active use of the fly ash, which is a by-product of the combustion pulverizes coal thermal power plants, to compensate for the lack of landfill and for conservation of energy, by using fly ash as the supplementary cementitious material, and to prove its possibility as the related products of the cements.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2019.05a
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pp.105-106
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2019
In this research, considering the practical conditions at field, thermal cracking method was suggested based on the comparative analysis between predicted value and actual value obtained from the actual structure member with optimum mix design. The optimum mix design was deduced from the various mix designs with various proportions of cementitious binder for upper and lower placement lifts of mat-foundation mass concrete. Therefore, it can be stated that applying low heat mix design and different heating technique between upper and lower placement lifts for mass concrete are efficient to control the thermal cracking. As future issues, based on the interpretation result value, we will select the optimal combination that is applied specifically to the actual site, and deeply analyze the correlation between the measured value and the analysis value through the combination and the test of the actual structure.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2015.05a
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pp.30-31
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2015
Usually, carbonation of concrete causes pH reduction and corrosion of steel, it leads to decrease of durability. However, CaCO3, as results of reaction with hydrates products and CO2, can contribute to improvement of compressive strength. Based on this theory, using carbonation depth, the researches about CO2 absorption of plain concrete and concrete containing CO2 reactive materials has been performed. But, the researches has limitation about using one material, therefore, for this study, considering various CO2 reactive materials, experiment has been proceeded. With water to binder ratio 50%, after initial curing for 2days, accelerated carbonation was performed for 28days, and carbonation depth and compressive strength were measured. As results of carbonation depth, specimen containing desulfurized slag, zeolite showed the highest CO2 absorption, in case of compressive strength, specimens with MgO were indicated as highest compressive strength.
The aim of this paper is to present a new sustainable ternary and quaternary binder by partially replacing ordinary Portland cement (OPC) with different percentages of supplementary cementitious materials. The motivation is to reduce our dependency on OPC to reduce CO2 emission and carbon foot print. As the main substitute for the OPC, siliceous fly ash was used. Moreover, silica fume and nanosilica were also used. During examinations the main mechanical parameters of concrete composites, i.e., compressive strength (fcm) and splitting tensile strength (fctm) were assed. The microstructure of these materials was also analysed. It was found that the concrete incorporating pozzolanic materials is characterized by a well-developed structure and has high values of mechanical parameters. The quaternary concrete containing: 80% OPC, 5% FA, 10% SF, and 5% nS have shown the best results in terms of good strength parameters as well as the most favourable microstructure, whereas the worst mechanical parameters with microstructure containing microcracks at phase interfaces were characterized by concrete with more content of FA additive in the concrete mix, i.e., 15%. Nevertheless, all concretes made on quaternary binders had better parameters than the reference one. It can be stated that sustainable concrete incorporating pozzolanic materials could be good substitute of ordinary concretes.
Kim, Tae-Sang;Jung, Sang-Hwa;Chae, Seong-Tae;Lee, Bong-Chun;Woo, Young-Je;Song, Ha-Won
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.533-536
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2008
Recently, in Korea, there has been an increasing number of research papers published which are to improve durability of concrete, particularly by analyzing correlation between diffusivity of chloride and porosity/pore size distribution. In these studies, such test methods as mercury intrusion porosimetry(MIP), gas adsorption or image analysis method are used to analyze the microstructure of materials while MIP is most widely used for concrete. This study analyzes the results of porosity and pore size distribution of paste and concrete adding fly ash or blast furnace slag by using MIP equipment which is widely used for determining micro-porosity structure of cementitious materials. A variation in porosity and pore size distribution at the curing day 3, 7 and 28 has been observed by using MIP equipment for cement paste 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60% of W/C when using $300kg/m^3$ of cement, 35%, 45%, 55% of W/C when replaced 60% with blast-furnace slag, and 35%, 45%, 55% of W/C when replaced 30% with fly ash. For long-term water cured normal OPC concrete and mixed concrete replaced 60% with blast-furnace slag powder, micro-structure of the sample has been analyzed by using MIP equipment when W/C indicated 40%, 45%, 50% respectively and the binder varied $300kg/m^3$, $350kg/m^3$, $400kg/m^3$, and $450kg/m^3$.
To quantitatively evaluate the influence of ground granulated blast-furnace slag (GGBS) as a supplementary cementitious material on the life-cycle environmental impact of concrete, a comprehensive database including 3395 laboratory mixes and 1263 plant mixes was analyzed. The life-cycle assesment studied for the environmental impact of concrete can be summarized as follows: 1) the system boundary considered was from cradle to pre-construction; 2) Korea life-cycle inventories were primarily used to assess the environmental loads in each phase of materials, transportation and production of concrete; and 3) the environmental loads were quantitatively converted into environmental impact indicators through categorization, characterization, normalization and weighting process. The life-cycle environmental impacts of concrete could be classified into three categories including global warming, photochemical oxidant creation and abiotic resource depletion. Furthermore, these environmental impacts of concrete was significantly governed by the unit content of ordinary portland cement (OPC) and decreased with the increase of the replacement level of GGBS. As a result, simple equations to assess the environmental impact indicators could be formulated as a function of the unit content of binder and replacement level of GGBS.
The experimental investigation aims at developing controlled low strength materials (CLSM) using a self-cementitious fly ash (FA) as a binder and a bottom ash (BA) as a aggregate. The fly ash and bottom ash used in this study were obtained from a circulating fluidized bed combustion boiler (CFBC) which produces relatively high CaO containing fly ash. To find the optimum mixing condition satisfying flow consistency and unconfined compression strength (UCS), the CLSM specimens were prepared under various mixing conditions, including two types of aggregate and different weight fractions between fly ash and aggregate. Additionally, the prepared specimens were evaluated using a scanning electron microscope (SEM) and X-ray diffraction (XRD). The results of this study demonstrate that the water content satisfying flow consistency ranges from 42% to 85% and the flowability is improved with increasing the fraction of aggregate in whole mixture. The USC ranges from 0.3 MPa to 1.9 MPa. The results of UCS increases with increasing the fraction of aggregate in FA-sand mixtures, but decreases with increasing the fraction of aggregate in FA-BA mixtures. SEM images and XRD patterns reveal that the occurrence of both geopolymerization and hydration. The results of this study demonstrate that CFBC fly ash could be used as an alternative binder of CLSM mixtures.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.11
no.1
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pp.89-96
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2023
In this paper, a ferrosilicon by-product was evaluated to confirm the feasibility of recycling it as supplementary cementitious material of ordinary Portland cement in concrete. Three different levels of replacement ratio (10 %, 20 % and 30 % of total binder) were applied to find which is the most beneficial to be used as a binder. Ferrosilicon concrete was initially assessed at setting time and compressive strength. Durability was evaluated by the resistance to chloride penetration test(RCPT) and alkali-silica reaction(ASR) with a comparison to silica fume concrete due to their similarity in chemical composition. The porosimetry and X-ray diffraction analysis along with energy dispersive X-ray spectroscopy give information on the microstructural characteristics of the ferrosilicon concrete. It was found that 10 % ferrosilicon concrete has higher strength while 20 %, 30 % have lower strength than OPC concrete. However, chemical resistance to chloride attack is higher when replacement is increased. Compared to silica fume, the durability of ferrosilicon might be less efficient however, it is obviously beneficial than OPC. High SiO2 content in ferrosilicon results in producing more C-S-H gel which could make denser pore structure. Most of the risk of alkali silica reaction to silicate binders through length change tests was less than 0.2 %, and both mortar using ferrosilicon and silica fume showed better resistance to alkali silica reaction as the substitution rate increased.Reuse of industrial waste rather than producing highly refined additives might reduce environmental load during manufacture and save costs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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