Su, Ying;Yang, Jianming;Liu, Debin;Zhen, Shucong;Lin, Naixi;Zhou, Yongxin
Environmental Engineering Research
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v.21
no.1
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pp.15-21
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2016
Magnesium potassium phosphate cement (MKPC) is an effective agent for solidification/stabilization (S/S) technology. To further explore the mechanism of the S/S by MKPC, two kinds of Cd including $Cd(NO_3)_2$ solution (L-Cd) and municipal solid waste incineration fly ash (MSWI FA) adsorbed Cd (S-Cd), were used to compare the effects of the form of heavy metal on S/S. The results showed that all the MKPC pastes had a high unconfined compressive strength (UCS) above 11 MPa. For L-Cd pastes, Cd leaching concentration increased with the increase of Cd content, and decreased with the increase of curing time. With the percentage of MSWI FA below 20%, S-Cd pastes exhibited similar Cd leaching concentrations as those of L-Cd pastes, while when the content of MSWI FA come up to 30%, the Cd leaching concentration increased significantly. To meet the standard GB5085.3-2007, the highest addition of S-Cd was 30% MSWI FA (6% Cd contained), with the Cd leaching concentration of 0.817 mg/L. The S/S of L-Cd is mainly due to chemical fixation, and the hydration compound of Cd was $NaCdPO_4$, while the S/S of S-Cd is due to physical encapsulation, which is dependent on the pore/crack size and porosity of the MKPC pastes.
This study was performed to evaluate void ratio, compressive and flexural strength, and pH properties according to the admixture ratio of rice husk ash, aggregate size, and neutral treatment time of porous concrete with an admixture of rice husk ash produced as an agricultural by-product. The SEM results for cement mortar with a 5% rice husk ash admixture for the weight of cement formed more C-S-H hydrates due to the $SiO_2$ present in the applied rice husk ash. According to the results of the SEM test, the $SiO_2$ that was a major chemical element of rice husk ash generated a large amount of calcium hydroxide in the early stage of the hydration process of cement leading to the formation of ettringite. The void ratio of porous concrete with an admixture of rice husk ash decreased with increasing admixture ratio of rice husk ash. In addition, the void ratio of porous concrete with an admixture of rice husk ash decreased compared to porous concrete with no admixture of rice husk ash. The compressive and flexural strength of porous concrete with a 5% and 10% admixture ratio of rice husk ash slightly increased compared to concrete with no admixture of rice husk ash. The pH value of porous concrete rapidly decreased immediately after neutral treatment. Then, it gradually increased and decreased again after 14 days. Also, for neutral treatment, the pH value of porous concrete showed appropriate pH levels(less than 9.5) in all mixtures for planting at 28 curing days.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.10
no.5
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pp.17-25
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2010
We studied on the watertightness improvement of cementitious material for durability enhancement of concrete. For improvement of watertightness of OPC and OPC with fly ash, we used various materials with watertightness properties to OPC and OPC with fly ash. The performance of watertightness improvement of cementitious materials closely related to formation of CSH by pozzolanic reaction and to reducing of size of contact angle in cement pore by using organic fatty acid. And volume of CSH formation at early hydration have an influence of watertightness improvement and reduction of long-term water absorption rate. In using of fly ash, improvement of workability by using the spherical fly ash caused to densify on the structures of cement material and CSH formation by pozzolanic reaction and cement using fly ash also caused watertightness improvement of cementitious materials. For improvement of concrete durability by watertightness, cementitious materials need using watertightness materials and at using fly ash, also it have to the effect of improvement of watertightness of cementitious materials by pozzolanic reaction.
Expansive soil is the most predominant geologic hazard which shows a large amount of shrinkage and swelling with changes in their moisture content. This study investigates the macro-mechanical and micro-structural behaviours of dredged natural expansive clay from coal mining treated with ordinary Portland cement or hydrated lime addition. The stabilised expansive soil aims for possible reuse as pavement materials. Mechanical testing determined geotechnical engineering properties, including free swelling potential, California bearing ratio, unconfined compressive strength, resilient modulus, and shear wave velocity. The microstructures of treated soils are observed by scanning electron microscopy, x-ray diffraction, and energy dispersive spectroscopy to understand the behaviour of the expansive clay blended with cement and lime. Test results confirmed that cement and lime are effective agents for improving the swelling behaviour and other engineering properties of natural expansive clay. In general, chemical treatments reduce the swelling and increase the strength and modulus of expansive clay, subjected to chemical content and curing time. Scanning electron microscopy analysis can observe the increase in formation of particle clusters with curing period, and x-ray diffraction patterns display hydration and pozzolanic products from chemical particles. The correlations of mechanical properties and microstructures for chemical stabilised expansive clay are recommended.
Fediuk, Roman;Mosaberpanah, Mohammad A.;Lesovik, Valery
Advances in concrete construction
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v.9
no.4
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pp.387-395
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2020
This study has been carried out in two-phases to develop Fiber Reinforced Self-Compacting Concrete (FRSCC) performance. In the first phase, the composition of the quaternary composite binder compromised CEM I 42.5N (58-70%), Rice Husk Ash (25-37%), quartz sand (2.5-7.5%) and limestone crushing waste (2.5-7.5%) were optimized. And in the second phase, the effect of two fiber types (steel brass-plated and basalt) was investigated on the SCC optimized with the optimum CB as disperse reinforcement at 6 different ratios of 1, 1.2, 1.4, 1.6, 1.8, and 2.0% by weight of mix for each type. In this study, the theoretical principles of the synthesis of self-compacting dispersion-reinforced concrete have been developed which consists of optimizing structure-formation processes through the use of a mineral modifier, together with ground crushed cement in a vario-planetary mill to a specific surface area of 550 m2 / kg. The amorphous silica in the modifier composition intensifies the binding of calcium hydroxide formed during the hydration of C3S, helps reduce the basicity of the cement-composite, while reducing the growth of portlandite crystals. Limestone particles contribute to the formation of calcium hydrocarbonate and, together with fine ground quartz sand; act as microfiller, clogging the pores of the cement. Furthermore, the results revealed that the effect of fiber addition improves the mechanical properties of FRSCC. It was found that the steel fiber performed better than basalt fiber on tensile strength and modulus of elasticity; however, both fibers have the same performance on the first crack strength and sample destruction of FRSCC. It also illustrates that there will be an optimum percentage of fiber addition.
Zaheer, Mohd Moonis;Jafri, Mohd Shamsuddin;Sharma, Ravi
Advances in concrete construction
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v.8
no.3
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pp.207-215
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2019
Application of nanotechnology can be used to tailor made cementitious composites owing to small dimension and physical behaviour of resulting hydration products. Because of high aspect ratio and extremely high strength, carbon nanotubes (CNTs) are perfect reinforcing materials. Hence, there is a great prospect to use CNTs in developing new generation cementitious materials. In the present paper, a parametric study has been conducted on cementitious composites reinforced by two types of multi walled carbon nanotubes (MWCNTs) designated as Type I CNT (10-20 nm outer dia.) and Type II CNT (30-50 nm outer dia.) with various concentrations ranging from 0.1% to 0.5% by weight of cement. To evaluate important properties such as flexural strength, strain to failure, elastic modulus and modulus of toughness of the CNT admixed specimens at different curing periods, flexural bending tests were performed. Results show that composites with Type II CNTs gave more strength as compared to Type I CNTs. The highest increase in strength (flexural and compressive) is of the order of 22% and 33%, respectively, compared to control samples. Modulus of toughness at 28 days showed highest improvement of 265% for Type II 0.3% CNT composites. It is obvious that an optimum percentage of CNT could exists for composites to achieve suitable reinforcement behaviour and desired strength properties. Based on the parametric study, a tentative optimum CNT concentration (0.3% by weight of cement) has been proposed. Scanning electron microscope image shows perfect crack bridging mechanism; several of the CNTs were shown to act as crack arrestors across fine cracks along with some CNTs breakage.
Yun, Do Youn;Ahn, Jun-Young;Kim, Cheolyong;Kim, Tae Yoo;Hwang, Inseong
Journal of Soil and Groundwater Environment
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v.21
no.6
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pp.135-145
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2016
MgO recently has been regarded as the alternative material for replacement of cement. The aim of this study is to investigate the effects of accelerated carbonation on the strength development of MgO-based binder which is binary mixtures of magnesium oxide (MgO) with portland cement (PC) or ground granulated blast furnace slag (GGBS) or fly ash (FA). The compressive strengths of all binders were higher in the 20% $CO_2$ condition and for longer curing time. The strength were generally higher as the following order: MgO/PC > MgO/GGBS > MgO/FA system. The binder composed of 20% MgO and 80% PC showed highest compressive strength (38.0MPa) which was higher than PC. The correlation analysis of the porosity and compressive strength showed that compressive strength was higher when porosity was lower. The hydration and carbonation products of MgO including brucite ($Ca(OH)_2$), magnesite ($MgCO_3$) and nesquehonite ($MgCO_3{\cdot}3H_2O$) presumably filled the pores and contributed to strength development. Thermogravimetric analyses elucidated that 0.34 kg of $CO_2$ could be stored the 50% MgO/50% PC binder which performed the maximum $CO_2$ uptake at 20% $CO_2$ condition.
Kim, Sang Myoung;Park, Ju Won;Lee, Hoon Ha;Kim, Ki Ho
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.3A
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pp.407-415
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2008
Hydration reaction of Free-CaO is thought to be the main reason of expansion failure of slag. A lot of research institutions are conducting studies on solutions to this problem, and moreover it has been carried out how to make use of aggregates for concrete. While studies covering wide rage of blast furnace slag have been accomplished in the country, studies on steelmaking slag are insufficient. Therefore, this study aimed at analyzing basic physical properties of electric arc furnace oxidizing slag, which is the main material, and furthermore it focused on how to make use of aggregates for concrete examining chemical mechanism, which can be put to practical use. To address this issue, components of electric arc furnace oxidizing slag were analyzed with measurement of physical properties, followed by long-term strength and detailed durability analysis, which can evaluate the appropriateness of application of cement concrete. Besides the environmental conservation and recycling which can be obtained by application of industry byproducts, commercializing of electric arc furnace oxidizing slag as fine aggregates for cement concrete are expected.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.6
no.4
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pp.127-133
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2012
In this paper, tests were carried out to monitor the effect of the curing temperature on autogenous shrinkage of the high strength cement mortar incorporating silica fume, blast furnace slag and fly ash ranged from 10%~30% by mass of cement. The curing temperatures were varied from $5^{\circ}C$ to $35^{\circ}C$, respectively. According to results, the setting time exhibited to delay with increase of admixture and drop of temperature. As for the effect of curing temperature on autogenous shrinkage, the increase of SF and BS resulted in an increase of autogenous shrinkage, while the use of FA decrease. The higher the curing temperature is, the greater the autogenous shrinkage is. This is due to the accelerated hydration rate of cement. It is found that the maturity does not consider the effect of curing temperature on autogenous shrinkage.
Hardened cement paste is mainly affected by corrosion of sulphate and chlorine ions in sea water. In this investigation, many specimens were made with the cement clinker minerals such as C3S, C3A, C4AF and their mixture according to cement composition added various blending materials. After the specimens were immersed in 4% MgSO4 and MgCl2 solutions, the product of reaction, the microstructure of specimen and Ca+2 ion leached in the solution were studied. The formation of Ca(OH)2 in the specimen of C3S is reduced relatively by adding pozzolanic admixtures. The chlorine ion is easily diffuse into the C3S specimen and produced CaCl2 compound, and it makes the specimen porous by leaching out itself into the solution. The specimen of C3A, C4AF are broken down by expanding reaction of ettringite and gypsum compound produced in the MgSO4 solution. At a later period, the ettringite is transformed into gypsum and 5MgO.2Al2O3·15H2O. The C3A in the MgCl2 solution combines chlorine ion to form Friedel's salt and prevents the diffusion reaction of chlorine ion into the specimen. Granulated slag shows inferior effect on the resistance of the specimen in MgSO4 solution by forming ettringite and gypsum, but good result in MgCl2 solution. Pozzolanic materials, on the whole, offer noticable effect on the resistance of the specimen in both solutions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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