With the development of concrete technology, producing concrete products that have the ability to flow under their own weights and do not need internal or external vibrations is an important achievement. In this study, assessments are made on using travertine, marble and limestone rock flours in self-compacting lightweight concrete (SCLC). In fact, the effects of these powders on plastic and hardened phases of SCLC are studied. To address this issue, concrete mixtures with water to cementitious materials ratios of 0.42 and 0.45 were used. These mixtures were made with 0 and 10% silica fume (SF) replacement levels by cement weight. To achieve lightweight concrete, lightweight expanded clay aggregate (Leca) with the bulk density of about $520kg/m^3 $was utilized. Also two kinds of water were consumed involving tap water and magnetic water (MW) for investigating the possible interaction of MW and rock flour type. In this study, 12 mixtures were studied, and their specific weights were in the range of $1660-1692kg/m^3$. To study the mixtures in plastic phase, tests such as slump flow, J-ring, V-funnel and U-box were performed. By using marble and travertine powders instead of limestone flour, the plastic viscosities and rheology were not changed considerably and they remained in the range of regulations. Moreover, SCLC showed better compressive strength with travertine, and then with marble rock flours compared to limestone powders. According to the results of the conducted study, MW showed better performance in both fresh and hardened phases in all the mixes, and there was no interaction between MW and rock flour type.
Muhammad Fahad, Ejaz;Muhammad ,Aslam;Waqas, Aziz;M. Jahanzaib, Khalil;M. Jahanzaib, Ali;Muhammad, Raheel;Aayzaz, Ahmed
Advances in materials Research
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v.11
no.4
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pp.299-330
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2022
This review article highlights the physical, mechanical, and chemical properties of coconut shells, and the fresh and hardened properties of the coconut shell concrete are summarized and were compared with other types of aggregates. Furthermore, the structural behavior in terms of flexural, shear, and torsion was also highlighted, with other properties including shrinkage, elastic modulus, and permeability of the coconut shell concrete. Based on the reviewed literature, concrete containing coconut shell as coarse aggregate with normal sand as fine showed the 28-day compressive strength between 2 and 36 MPa with the dried density range of 1865 to 2300 kg/m3. Coconut shell concretes showed a 28-day modulus of rupture and splitting tensile strength values in the ranges of 2.59 to 8.45 MPa and 0.8 to 3.70 MPa, respectively, and these values were in the range of 5-20% of the compressive strength. The flexural behavior of CSC was found similar to other types of lightweight concrete. There were no horizontal cracks on beams which indicate no bond failure. Whereas, the diagonal shear failure was prominent in beams with no shear reinforcements while flexural failure mode was seen in beams having shear reinforcement. Under torsion, CSC beams behave like conventional concrete. Finally, future recommendations are also suggested in this study to investigate the innovative lightweight aggregate concrete based on the environmental and financial design factors.
Fly ash (FA), byproduct from power plant has been actively used as mineral admixture for concrete. However, since bottom ash (BA) is usually used for land reclaim or subbase material, more active reuse plan is needed. Pond ash (PA) obtained from reclaimed land is mixed with both FA and BA. In this study, 6 PA from different domestic power plant are prepared and 5 different replacement ratios (10%, 20%, 30%, 50%, and 70%) for fine aggregate substitutes are considered to evaluate engineering properties of PA as fine aggregate and durability performance of PA concrete. Tests for fine aggregate of PA for fineness modulus, density and absorption, soundness, chloride and toxicity content, and alkali aggregate reaction are performed. For PA concrete, durability tests for compressive strength, drying shrinkage, chloride penetration/diffusion, accelerated carbonation, and freezing/thawing are performed. Also, basic tests for fresh concrete like slump and air content are performed. Although PA has lower density and higher absorption, its potential as a replacement material for fine aggregate is promising. PA concrete shows a reasonable durability performance with higher strength with higher replacement ratio. Finally, best PA among 6 samples is selected through quantitative classification, and limitation of PA concrete application is understood based on the test results. Various tests for engineering properties of PA and PA concrete are discussed in this paper to evaluate its application to concrete structure.
Foamed concrete for cast-in-site, which shows excellent lightweight, thermal insulation, noise insulation, constructability and cost efficiency, has been applied as thermal insulation or filling material for On-dol. However, the technology is too insufficient to obtain the high level of quality, and serious problems often occur in quality control at sites. It, thus, is necessary to establish the proper and reasonable quality control method for ensuring the required quality, based on the investigation on the physical properties and their reciprocal relation. This study aims to settle the quality control method in case of applying FA foamed concrete replacing 40% by weight with fly-ash as the filling material for On-dol. The results of the study include the correlation among flow, as-placed density and foam ratio of fresh foamed concrete, the correlation between physical properties before hardening and after 28-day, provision of an equation to estimate 28-day compressive strength early with 7-day compressive strength, and suggestion of quality criteria for the revision of KS on foamed concrete for cast-in-site.
The use of waste tires and industrial wastes such as fly ash (FA) and ground granulated blast furnace slag (GGBS) in concrete is an important issue in terms of sustainability. In this study, the effect of parameters affecting the physical, mechanical and microstructural properties of FA/GGBS-based geopolymer concretes with waste rubber fiber was investigated. For this purpose, the effects of rubber fiber percentage (0.6%, 0.9%, 1.2%), binder (75FA25GGBS, 50FA50GGBS, 25FA75GGBS) and curing temperature (75 ℃, 90 ℃ and 105 ℃) were investigated. The Taguchi-Grey Relational Analysis (TGRA) method was used to obtain optimum parameter levels of rubber fiber geopolymer concrete (RFGC). The slump, fresh and hardened density, compressive strength, flexural strength, static and dynamic modulus of elasticity, ultrasonic pulse velocity (UPV) tests and scanning electron microscopy (SEM) analysis were performed on the produced concretes. The analysis of variance (ANOVA) method was used to statistically determine the effects of the parameters on the experimental results. A confirmation test was performed to test the accuracy of the optimum values found by the TGRA method. With the increase of GGBS percentage, the compressive strength of RFGC increased up to 196%. The increase in rubber fiber percentage and curing temperature adversely affected the mechanical properties of RFGC. As a result of TGRA, the optimum value was found to be A1B3C1. ANOVA results showed that the most effective parameter on the experimental results was the binder with 99% contribution percentage. It is understood from the SEM images that the optimum concrete had a denser microstructure and less capillary cracks and voids. For this study, the use of the TGRA method in multiple optimization has proven to provide very useful and reliable results. In cases where many factors are effective on its strength and durability, such as geopolymer concrete, using the TGRA method allows for finding the optimum value of the parameters by saving both time and cost.
An experimental program was conducted to investigate the fresh properties, mechanical properties and durability characteristics of the self-compacting mortars (SCM) produced with pumice powder and Artificial Lightweight Fine Aggregate (aLWFA). aLWFA was produced by using fly ash. A total of 16 different mixtures were designed with a constant water-binder ratio of 0.37, in which natural sands were partially replaced with aLWFA and pumice powder at different volume fractions of 5%, 10% and 15%. The artificial lightweight aggregates used in this study were manufactured through cold bonding pelletisation of 90% of class-F fly ash and 10% of Portland cement in a tilted pan with an ambient temperature and moisture content. Flowability tests were conducted on the fresh mortar mixtures beforehand, to determine the self-compacting characteristics on the basis of EFNARC. To determine the conformity of the fresh mortar characteristics with the standards, mini-slump and mini-V-funnel tests were carried out. Hardened state tests were conducted after 7, 28 and 56 days to determine the flexural strength and axial compressive strength respectively. Durability, sorptivity, permeability and density tests were conducted at the end of 28 days of curing time. The test results showed that the pumice powder replacement improved both the fresh state and the hardened state characteristics of the mortar and the optimum mixture ratio was determined as 15%, considering other studies in the literature. In the aLWFA mixtures used, the mechanical and durability characteristics of the modified compositions were very close to the control mixture. It is concluded in this study that mixtures with pumice powder replacement eliminated the negative effects of the aLWFA in the mortars and made a positive contribution.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.35
no.12
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pp.165-172
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2019
The aim of the research is to evaluate the influence of various replacing ratios of supplementary cementitious materials(SCMs) such as fly ash(FA), blast furnace slag(BS), and both FA and BS on general properties including segregation resistance as a powder based high fluidity concrete of normal strength grade with water-to-cement ratio 0.40. Specifically, by replacing the SCMs with low density powders, it was assessed that the decreased segregation resistance due to the decreased viscosity by J-ring test. As a result of the experiment, from the general test, the mixtures with SCMs showed increased segregation resistance by increased viscosity as the references, while some segregation was shown from J-ring test due to the decreased density of fresh state mixture related with the capacity of delivering coarse aggregate.
Ashraf M. Heniegal;Mohamed Amin;S.H. Nagib;Hassan Youssef;Ibrahim Saad Agwa
Structural Engineering and Mechanics
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v.87
no.5
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pp.499-516
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2023
To defend against harmful gamma radiation, new types of materials for use in the construction of heavyweight concrete (HWC) are still needed to be developed. This research introduces new materials to be employed as a partial replacement for fine aggregate (FA) to manufacture high-performance heavyweight concrete (HPHWC). These materials include hematite, black sand, ilmenite, and magnetite, with substitution ratios of 50% and 100% of FA. In this research, the hardening and fresh characteristics of HPHWC were obtained. Concrete samples' Gamma-ray linear attenuation coefficient was evaluated utilizing a gamma source of Co-60 through the thicknesses of 2.5, 5, 7.5, 10, 12.5, and 15 cm. High temperatures were studied for HPHWC samples, which were exposed to up to 700℃ for two hours. Energy-dispersive x-rays and a scanning electron microscope carried out microstructure analyses. Magnetite as an FA attained the lowest compressive strength of 87.1 MPa, but the best radiation protection characteristics and the highest density of 3100 kg/m3 were achieved. After 28 days, the attenuation efficiency of concrete mixtures was increased by 6.5% when fine sand was replaced with black sand at a ratio of 50%. HPHWC, which contains hematite, black sand, ilmenite, and magnetite, is designed to reduce environmental and health dangers and be used in medicinal, military, and civil applications.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.28
no.2
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pp.35-42
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2024
This study evaluated the buildability and mechanical properties of 3DP concrete printed in air and underwater environments. Buildability was evaluated by green strength test on fresh concrete and height and deflection immediately and 1 hour after printing. The green compressive strength of the concrete was 5.0 kPa after 30 minutes and 7.9 kPa after 3 hours, an increase of 1.6 times the initial strength. The total height of the laminated parts met the design height regardless of the printing environment. The amount of deflection in air and under water 1 hour after printing was 1 mm and 0.2 mm, respectively, indicating a small amount of deflection under water. The apparent density of the sample appeared in the order of A-M > A-P > UW-P. This is believed to be because a large amount of air is mixed into the concrete during the printing process, and water infiltrates during the underwater printing process. The compressive strength ratio of UW-P/A-P was 0.86 at 1 day, but the compressive strength of the underwater printed concrete was high from 7 days.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.6A
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pp.419-426
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2012
Fresh concrete has 10~20% extra water in it. As those water remain entrapped air in the concrete, life span of structures is reduced. For that reason, if extra water is eliminated, it will be useful to improve the durability of the structures. Though there were many reports about permeable formwork, the study on the properties of permeable liner itself has been insufficient. In addition, making holes on the form causes lowering of workability. Therefore, this study reviewed the properties of woven and non-woven permeable liner and formwork which has no holes on the form. For the woven and non-woven permeable liner, they showed great application with W/C decrease, lowering roughness, increased compressive strength of surface area and slight loss of cement paste, when the were applied to concrete. In addition, they showed different performance according to the density of woven liner or thickness of non-woven liner. Furthermore, when using the draining non-woven permeable liner which has drainage path inside, concrete surface showed required performance with high workability, without drilling the holes on the form.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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