Ultra high performance concrete (UHPC) consists of cement, silica fume (SF), sand, fibers, water and superplasticizer. Typical water/binder-ratios are 0.15-0.20 with 20-30% of silica fume. The development off properties of hardening UHPC relates with both hydration of cement and pozzolanic reaction of silicafume. In this paper, by considering the production of calcium hydroxide in cement hydration and its consumption in the pozzolanic reaction, a numerical model is proposed to simulate the hydration of UHPC. The degree of hydration of cement and degree of reaction of silica fume are obtained as accompanied results from the proposed hydration model. The properties of hardening UHPC, such as degree of hydration of cement, calcium hydroxide contents, and compressive strength, are predicted from the contribution of cement hydration and pozzolanic reaction. The proposed model is verified through experimental data on concrete with different water-to-binder ratios and silica fume substitution ratios.
Silica fume is a by-product of induction arc furnaces and has long been used as a mineral admixture to produce high-strength, high-performance concrete. Due to the pozzolanic reaction between calcium hydroxide and silica fume, compared with that of Portland cement, the hydration of concrete containing silica fume is much more complex. In this paper, by considering the production of calcium hydroxide in cement hydration and its consumption in the pozzolanic reaction, a numerical model is proposed to simulate the hydration of concrete containing silica fume. The heat evolution rate of silica fume concrete is determined from the contribution of cement hydration and the pozzolanic reaction. Furthermore, the temperature distribution and temperature history in hardening blended concrete are evaluated based on the degree of hydration of the cement and the mineral admixtures. The proposed model is verified through experimental data on concrete with different water-to-cement ratios and mineral admixture substitution ratios.
This study investigates the effect of nano-silica and nano-calcite on the hydration properties and mechanical performance of limestone calcined clay cement (LC3) paste. The pastes were synthesized by replacing limestone with nano-silica and nano-calcite in order to enhance the mechanical properties in both early and late stages of hydration. The nano-calcite enhanced the strength of LC3 pastes at 1 day of hydration, however, the strength decreased compared to the ordinary LC3 pastes afterwards due to excessive amount of carboaluminate produced in the pastes. On the other hand, nano-silica improved the mechanical properties of LC3 pastes at all ages of hydration. This is mainly due to the nucleation effect and pozzolanic reaction of nano-silica, affecting the early age and late ages of hydration, respectively. The nucleation effect of both nanomaterials were confirmed by the analysis of hydration heat, supporting the enhanced early age strength of nanomaterial incorporated LC3 pastes. Furthermore, the dense matrix was shown in the pore size distribution, and the increased C-S-H due to the pozzolanic reaction evidence the improved compressive and splitting tensile strength of nano-silica incorporated LC3 pastes.
This research aimed to investigate the influence of high-volume mineral admixtures (MAs), i.e., fly ash and slag, on the hydration characteristics and microstructures of cement pastes. Degree of cement hydration was quantified by the loss-on-ignition technique and degree of pozzolanic reaction was determined by a selective dissolution method. The influence of MAs on the pore structure of paste was measured by mercury intrusion porosimetry. The results showed that the hydration properties of the blended pastes were a function of water to binder ratio, cement replacement level by MAs, and curing age. Pastes containing fly ash exhibited strongly reduced early strength, especially for mix with 45% fly ash. Moreover, at a similar cement replacement level, slag incorporated cement paste showed higher degrees of cement hydration and pozzolanic reaction than that of fly ash incorporated cement paste. Thus, the present study demonstrates that high substitution rates of slag for cement result in better effects on the short- and long-term hydration properties of cement pastes.
Ultra-high-performance concrete (UHPC) consists of cement, silica fume (SF), sand, fibers, water and superplasticizer. Typical water/binder ratios are 0.15 to 0.20 with 20 to 30% silica fume. In the production of ultra-high performance concrete, a significant temperature rise at an early age can be observed because of the higher cement content per unit mass of concrete. In this paper, by considering the production of calcium hydroxide in cement hydration and its consumption in the pozzolanic reaction, a numerical model is proposed to simulate the hydration of ultra-high performance concrete. The heat evolution rate of UHPC is determined from the contributions of cement hydration and the pozzolanic reaction. Furthermore, by combining a blended-cement hydration model with the finite-element method, the temperature history in the hardening of UHPC is evaluated using the degree of hydration of the cement and the silica fume. The predicted temperature-history curves were compared with experimental data, and a good correlation was found.
본 연구는 물-결합재비 20%를 가지는 고강도 고함량 고로슬래그 혼합 시멘트 페이스트의 유동성, 수화열, 응결시간 그리고 강도 발현 특성, 수화 및 포졸란 반응 특성 등을 실험을 통해 관찰하고, 이를 통해 고로슬래그 미분말의 치환률과 분말도가 수화 및 포졸란 반응에 미치는 영향을 분석하였다. 연구 결과에 따르면 물-결합재비가 낮은 고강도 배합에서는 고로슬래그 미분말로 시멘트를 대체함으로써 시멘트와 결합하는 자유수가 상대적으로 증가하는 dilution effect에 의해 시멘트의 초기 수화가 촉진되어 재령 3일부터 28일까지의 초기 강도는 보통 포틀랜드 시멘트만을 사용한 배합보다 더 높게 나타났다. 반면, 재령이 증가하면서 수화반응속도가 급격히 낮아지고, 고로슬래그 미분말로 시멘트를 대량 치환함에 따라 수산화칼슘이 충분히 공급되지 못하므로 포졸란 반응도가 낮아져 장기강도의 발현이 억제되는 것으로 나타났다. 또한 고로슬래그의 분말도가 높으면 자유수를 더 많이 흡착함으로써 유동성이 저하되고 수화도가 낮아져 강도가 오히려 저하되는 것으로 나타났다. 이와 같은 결과는 보통 강도 콘크리트와는 다른 경향을 나타내는 것으로 향후 콘크리트 배합에 대해 추가 검증이 필요하며, 고로슬래그 미분말을 대량 혼합한 고강도 콘크리트의 개발을 위해서는 장기 강도의 발현율을 더 높일 수 있는 방안에 대한 연구가 필요하다.
This paper discussed pozzolanic reaction properties of classified fly ashes by using of electrostatic precipitator. Blaine values of fly ashes at hoppers are respectively about 3000(ordinary), 5000(fine) and 8000cm2/g(super-fine). The pozzolanic reactivity of fly ash at early stage and at later stage are respectively related to the related to the fineness and the glass content of fly ash. But the early hydration of cement was retarded by addition of super fine fly ashes. the adiabatic temperature rise of mortar containing fly ash is increased with the fineness of fly ashes.
In order to prohibit the delay of early stage hydration activator Na2SO4 was added to Fly Ash blended ce-ment and its effects were investigated. Various measurements such as Compressive strength Heat of hy-dration Pore size distribution Hydration products Microstructure were evaluated and the results show that specimens of Fly Ash(50wt%) with 5% Na2SO4 dramatically improved the compressive strength because pozzolanic reaction of Fly Ash and the formation of ettringite make th microstructure denser than OPC and flyash cement paste.
The hydration behavior of fly ash and slag on cement paste were investigated. Early stage of hydration reaction was delayed by mixing fly ash and/or slag with cement, but production of C-S-H hydrates by pozzolanic reaction densified the microstructure. The Ca/Si ratio of C-S-H hydrates in OPC and blended cement of fly ash 50%, slag 50%, fly ash+slag 50% were 2.24, 1.80, 1.82 and 1.97, respectively. The C-S-H gel with low Ca/Si ratio showed rather reticulate than needle-like structure.
Utilization of upgraded fine fly ash in cement-based materials has been proved by many researchers as an effective method to improve compressive strength of cement based materials at early ages. The addition of fine fly ash has introduced dilution effect, enhanced pozzolanic reaction effect, nucleation effect and physical filling effect into cement-fly ash system. In this study, an integrated reaction model is adpoted to quantify the contributions from cement hydration and pozzolanic reaction to compressive strength. A modified model related to the physical filling effect is utilized to calculate the compressive strength increment considering the gradual dissolution of fly ash particles. Via combination of these two parts, a numerical model has been proposed to predict the compressive strength development of fine fly ash mortar considering fly ash fineness. The reliability of the model is validated through good agreement with the experimental results from previous articles.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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