A newly conceived geopolymer composite was fabricated by a combination of the geopolymer and polyurethane sponge. The density and porosity of hardened geopolymer composite, corresponded to different pore sizes of polyurethane sponge, exhibited no significant differences from each other. However, the mechanical behavior, the compressive strength and flexural strength, showed slight differences accordingly. Fracture of the geopolymer composite exposed to high compressive load was not observed from all specimens containing polyurethane sponge. The toughness enhancement of the geopolymer composite, due to spontaneous elasticity of polyurethane sponge, crack spread, and crack diffraction, was identified through the stress-strain curve and microstructure of fracture surface. The newly designed geopolymer composite having a 3-dimensional sponge skeleton showed relatively higher flexural strength of 8.0 MPa than other conventional geopolymer composites.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2022.11a
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pp.55-56
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2022
As global warming becomes serious, research is continuously being conducted to reduce CO2 emissions. Among building materials, the carbon emission of cement is so high that it accounts for 6.8% of the carbon emission of the entire industry. Studies replacement of cement with blast furnace slag and fly ash are steadily increasing. In addition, efforts are being made to reduce air pollution due to increased damage caused by increased concentrations of harmful substances such as fine dust and heavy metals in the air. There is an increasing number of studies that enable adsorption by mixing adsorbents into building materials. This study reviewed the strength properties to make an adsorbable non-cement finishing material by mixing tourmaline, an adsorbent, based on the non-cement composite, and confirmed that the strength decreases as the replacement ratio increases.
Microstructural characteristics of two high strength (600 MPa & 800 MPa) weld metals produced by flux-cored arc welding process (FCAW) were evaluated. The 600 MPa grade weld metal was consisted of 75% acicular ferrite and 25% ferrite which was formed at relatively high temperature (grain boundary ferrite, widmanstatten ferrite, polygonal ferrite). However, the 800 MPa grade weld metal was composed of about 85% acicular ferrite and 15% low temperature forming phases (bainite, martensite). The prior austenite grain size of 800 MPa grade weld metal was decreased by solute drag force. The compositions and sizes of inclusions which are the dominant factors for the formation of acicular ferrite were analyzed by a transmission electron microscopy (TEM). In both 600 MPa and 800MPa grade weld metals, the inclusions were mainly consisted of Ti-oxide and Mn-oxide, and the average size of inclusions was $0.7{\mu}m$. The 800 MPa grade weld metal exhibited higher tensile strength and similar toughness compared with the 600 MPa grade weld metal. This result is mainly due to a higher fraction of low temperature products and a lower fraction of grain boundary ferrite in the 800 MPa grade weld metal.
In the present study, to estimate the mechanical properties of 800 MPa grade weld metal, welding was carried out using 800 and 600 MPa grade flux cored arc welding (FCAW) consumable and characteristics of the weld metals were investigated. The chemical composition of weld metals was investigated by an optical emission spectroscopy (OES) method. The microstructure of weld metals was analyzed by optical microscopy (OM) and secondary electron microscopy (SEM). The compositions and sizes of inclusions which are the dominant factors for the nuclei of acicular ferrite were analyzed by an transmission electron microscopy (TEM). In addition, mechanical properties of the weld metals were evaluated through tensile tests and charpy impact tests. Mostly the acicular ferrite phase which has high strength and toughness was observed. The 600 MPa grade weld metal was consisted of 75% acicular ferrite and 25% ferrite which was formed at high temperature (grain boundary ferrite, widmanstatten ferrite, polygonal ferrite). However, the 800 MPa grade weld metal was composed of about 73% acicular ferrite and 27% low temperature phase (bainite, martensite). Toughness was considerably decreased due to the increase of tensile strength (from 600 MPa to 800 MPa). The sizes of inclusions which were observed in both weld metal were $0.4{\sim}0.8\;{\mu}m$, it is effective size to form acicular ferrite.
CVD-SiC coating has been introduced as a protective layer in TRISO nuclear fuel particle of high temperature gas cooled reactor (HTGR) due to its excellent mechanical stability at high temperature. In order to prevent the failure of the TRISO particles, it is important to evaluate the fracture strength of the SiC coating layer. It is needed to develop a new simple characterization technique to evaluate the mechanical properties of the coating layer as a pre-irradiation step. In present work, direct strength measurement method with the specimen of hem i-spherical shell configuration was suggested. The indentation experiment on a hemisphere shell with a plate indenter was conducted. The fracture strength of the coating layer is related with the critical load for radial cracking of the shell. The finite element analysis was used to drive the semi-empirical equation for the strength measurement. The SiC hemispherical shells were successfully recovered from the section-grinding of TRISO coated particle and successive heat treatment in air. The strength of CVD-SiC coating layer was evaluated from the experimentally measured critical load during the indentation on SiC hemisphere shell. Weibull diagram of fracture strength was also constructed. This study suggested a new strength equation and experimental method to measure the fracture strength of CVD-SiC coating of TRISO coated fuel particles.
Mohd Azrizal, Fauzi;Mohd Fadzil, Arshad;Noorsuhada Md, Nor;Ezliana, Ghazali
Computers and Concrete
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v.30
no.6
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pp.393-407
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2022
Due to the enormous cement content, pozzolanic materials, and the use of different aggregates, sustainable controlled low-strength material (CLSM) has a higher material cost than conventional concrete and sustainable construction issues. However, by selecting appropriate materials and formulations, as well as cement and aggregate content, whitethorn costs can be reduced while having a positive environmental impact. This research explores the desire to optimize plastic properties and 28-day unconfined compressive strength (UCS) of CLSM containing powder content from unprocessed-fly ash (u-FA) and recycled fine aggregate (RFA). The mixtures' input parameters consist of water-to-cementitious material ratio (W/CM), fly ash-to-cementitious materials (FA/CM), and paste volume percentage (PV%), while flowability, bleeding, segregation index, and 28-day UCS were the desired responses. The central composite design (CCD) notion was used to produce twenty CLSM mixes and was experimentally validated using MATLAB by an Artificial Neural Network (ANN). Variance analysis (ANOVA) was used for the determination of statistical models. Results revealed that the plastic properties of CLSM improve with the FA/CM rise when the strength declines for 28 days-with an increase in FA/CM, the diameter of the flowability and bleeding decreased. Meanwhile, the u-FA's rise strengthens the CLSM's segregation resistance and raises its strength over 28 days. Using calcareous powder as a substitute for cement has a detrimental effect on bleeding, and 28-day UCS increases segregation resistance. The response surface method (RSM) can establish high correlations between responses and the constituent materials of sustainable CLSM, and the optimal values of variables can be measured to achieve the desired response properties.
The serious issue of tall building is to ensure the fire-resistance of high strength concrete. The fire resistant finishing method is necessarily essential in order to satisfy the fire resistance time of 3 h required by the law. The fire resistant finishing method is installed by applying a fire resistant material as a method of shotcrete or a fire resistant board to high strength concrete surface. This method can reduce the temperature increase of the reinforcement embedded in high strength concrete at high temperature due to the installation thickness control. This study is interested in identifying the effectiveness of inorganic alumino-silicate compounds including the inorganic admixture such as fly ash and meta-kaolin as the fire resistant finishing materials through the analysis of fire resistance and components properties at high temperature. The study results show that the fire resistant finishing material composed of fly ash and meta-kaolin has the thermal stability of the slight decrease of compressive strength at high temperature. These thermal stability is caused by the ceramic binding capacity induced by alkali activation reaction by the reason of the thermal analysis result not showing the decomposition of calcium hydrate. Inorganic compounds composed of fly ash and meta-kaolin is evaluated to be very effective as the fire resistance material for finishing to protect the concrete substrate by the reason of those simplicity in both application and manufacture. The additional study about the adhesion in the interface with concrete substrate is necessary for the purpose of the practical application.
This paper presents a finite element model for predicting the behaviour of high-strength steel bolted beam-to-column joints under monotonic loading. The developed numerical model considers the effects of material nonlinearities and geometric nonlinearities. The accuracy of the developed model is examined by comparing the predicted results with independent experimental results. It is demonstrated that the proposed model accurately predicts the ultimate flexural resistances and moment-rotation curves for high-strength steel bolted beam-to-column joints. Mechanical performance of three joint configurations with various design details is examined. A parametric study is carried out to investigate the effects of key design parameters on the behaviour of bolted beam-to-column joints with double-extended endplates. The plastic flexural capacities of the beam-to-column joints from the experimental programme and numerical analysis are compared with the current codes of practice. It is found that the initial stiffness and plastic flexural resistance of the high-strength steel beam-to-column joints are overestimated. Proper modifications need to be conducted to ensure the current analytical method can be safely used for the bolted beam-to-column joints with high-performance materials.
In recent years, the use of new materials and technologies with the aim of developing high-performing and cost-effective structures has greatly increased. Application of high-strength concrete (HSC) has been found effective in reducing the dimensions of frame members; nonetheless, such reduction in dimensions of structural elements in the most cases may result in the lack of accountability in the tolerable drift capacity. On this basis, strengthening of frame members using fiber reinforced polymers (FRPs) may be deemed as an appropriate remedy to address this issue, which albeit requires comprehensive and systematic investigations. In this paper, the performance of properly-designed, two-dimensional frames made of high-strength concrete and strengthened with Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRPs) is investigated through detailed numerical simulation. To this end, nonlinear dynamic time history analyses have been performed using the Seismosoft software through application of five scaled earthquake ground motion records. Unstrengthened (bare) and strengthened frames have been analyzed under seismic loading for performance assessment and comparison purposes. The results and findings of this study show that use of CFRP can be quite effective in seismic response improvement of high-strength-concrete structures.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2003.05a
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pp.7-12
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2003
In scrapped material field, about ten millions ton of waste plastic materials are produced in korea. However recycling rate of waste plastic materials have above 25%. Therefore, it is urgently needed that they are used as recycled materials in order to prevent environment pollution and grain economic profits. In this paper, physical and mechanical properties of light weight concrete using waste plastic materials for aggregates are described in order to develop a light weight concrete with the aggregate made from waste plastic goods, it was carried out many experiments on mix proportion and strength. According to the experimental results, high-strength mortar was necessary to make light weight concrete using aggregate of waste plastic materials. Especially, considering the side of recycling of plastic wastes, it is recommended that recycled aggregates made from waste plastic materials is applied to light weight concrete.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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