The behavior of fiber-reinforced cemented sands (FRCS) was studied to improve a brittle failure mode observed in cemented sands. Nak-dong River sand was mixed with ordinary Portland cement and a Polyvinyl alcohol (PVA) fiber. A PVA fiber is widely used in concrete and cement reinforcement. It has a good adhesive property to cement and a specific gravity of 1.3. A PVA fiber has a diameter of 0.1 mm that is thicker than general PVA fiber for reinforced cement. Clean Nak-dong River sand, cement and fiber at optimum water content were compacted in 5 layers giving 55 blows per layer. They were cured for 7 days. Cemented sands with a cement/sand ratio of 4% were fiber-reinforced at different locations and tested for unconfined compression tests. The effect of fiber reinforcement form and distribution on strength was investigated. A specimen with evenly distributed fiber showed two times more strength than not-evenly reinforced specimen. The strength of fiber-reinforced cemented sands increases as fiber reinforcement ratio increases. A fully reinforced specimen was 1.5 times stronger than a specimen reinforced at only middle part. FRCS behavior was controlled not only by a dosage of fiber but also by fiber distribution methods or fiber types.
The present study proposed a k-value to determine the water-to-binder ratio of concrete using fly ash (FA) or ground granulated blast-furnace slag (GGBS) as a partial replacement of ordinary portland cement (OPC) with regard to an equivalent strength of OPC concrete. From the regression analysis using an extensive database including 7076 concrete mixes, k-values were determined for various water-to-binder ratios when the replacement ratio of OPC by the addition of FA or GGBS were below 50%. For deriving an equation to identify k-value, the relationship of concrete compressive strength and water-to-binder ratio was generalized by an exponential function. In general, k-values decreased with the increases in the addition of FA or GGBS for replacement of OPC and water-to-binder ratio. The rate in decreasing k-value against water-to-binder ratio was marginally affected by the addition of FA or GGBS, although a higher k-value was commonly obtained for GGBS concrete than for FA concrete at the same water-to-binder ratio. Consequently, the determined k-values were simplified as a function of water-to-binder ratio and the addition ratio of FA or GGBS as replacement of OPC.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.8
no.3
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pp.276-285
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2020
In this study, accelerated chloride diffusion tests were performed on OPC(Ordinary Portland Cement) and FA(Fly Ash) concrete considering three levels o f W/B(Water to Binder) ratio o n 1,095 curing days. The accelerated chloride diffusion coefficient and the passed charge were evaluated in accordance with Tang's method and ASTM C 1202, and the resistance performance to chloride attack improved over time. FA concrete showed excellent resistance performance against chloride penetration with help of pozzolanic reaction. As the result of the passed charge, FA concrete showed durability improvement, "low" grade to "very low" grade, but OPC concrete changed "moderate" grade to "low" grade at 1,095 curing days. After assuming the design variables used for durability design as normal distribution functions, the service life of each case was evaluated by the probabilistic analysis method based on MCS(Monte Carlo Simulation). In FA concrete, the increase of probability of durability failure was lower than that of OPC concrete with increasing time, because the time-dependent coefficient of FA concrete was up to 3.2 times higher than OPC concrete. In addition, the service life by probabilistic analysis was evaluated lower than the service life by deterministic analysis, since the target probability of durability failure was set to 10%. It is considered that more economical durability design will be possible if the mo re suitable target probability of durability failure is set for various structures through researches on actual conditions and indoor tests under various circumstances.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.23
no.6
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pp.703-714
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2023
This research conducts a series of tests to investigate the setting retarding properties and strength development in cement pastes incorporating various types and dosages of sugar-based super retarding agents. Six such agents, including Sucrose, Sugar powder, Saccharin, Aspartame, Stevioside, and Mogroside, commercially available, were selected for evaluation. The study also examines the micro-structural properties of these cement pastes. The test mixtures were prepared using a 27.5% water-to-cement ratio and ordinary Portland cement. Micro-structural analyses were conducted using Scanning Electron Microscopy(SEM), X-Ray Diffraction(XRD), and Energy Dispersive Spectroscopy(EDS). The findings reveal that the incorporation of sucrose, sugar powder, and stevioside significantly retards the setting time. Particularly, adding 0.1% sucrose extended the setting time by approximately two-fold compared to the control(Plain) mixture. Most mixtures, barring those with sugar powder and stevioside, exhibited compressive strength comparable to the Plain mixture. Notably, with 0.2% sucrose, strength measurements were not feasible at 1 day, but at 3 days, the strength gains aligned with the Plain mixture. XRD, SEM, and EDS analyses confirmed the hydration delay(set retarding) of C3S due to sucrose, with further quantitative corroboration provided by EDS. SEM was used to verify the presence or absence of hydration products. The study concludes that sucrose, as a sugar-based retarder, offers effective set retarding capabilities and compressive strength development in concrete.
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.
Concrete is a durable and cost-benefit construction material, however performance degradation occurs due to steel corrosion exposed to chloride attack. Penetration of chloride ion usually decreases due to hydrates formation and reduction of pores, and the reduced chloride behavior is considered through decreasing diffusion coefficient with time. In the work, HPC (High Performance Concrete) samples are prepared with 3 levels of W/B (water to binder) ratios of 0.37, 0.42, and 0.27 and 3 levels of replacement ratios of 0%, 30% and 50%. Several tests containing chloride diffusion coefficient, passed charge, and compressive strength are performed considering age effect of 28 days and 180 days. Chloride diffusion is more reduced in OPC concrete with lower W/B ratio and GGBFS concrete with 50% replacement ratio shows significant reduction of chloride diffusion in higher W/B ratio. At the age of 28 days, GGBFS concrete with 50% replacement ratio shows more rapid reduction of chloride diffusion than strength development, which reveals that abundant GGBFS replacement has effective resistance to chloride penetration even in the early-aged condition.
Kim, Joo-Hyung;Jeong, Ji-Yong;Jang, Seung-Yup;Jung, Sang-Hwa;Kim, Sung-Il
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.3
no.3
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pp.261-267
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2015
To develop high-strength high-volume ground granulated blast-furnace slag (GGBFS) concrete, this study investigated the characteristics of strength development and durability of concrete with the water-to-binder ratio of 23% and the GGBFS replacement ratio of up to 65%. The results show that the compressive strength of GGBFS blended concrete is lower than that of ordinary Portland cement (OPC) concrete up to 3-day age, but the becomes higher after 7-day age. Together with strength increase, the pore structure becomes tighter, and thus the resistance to chloride ion penetration increases. Therefore, the GGBFS blended concrete has high resistance to freezing and thawing without additional air-entraining, and high resistance to carbonation despite low amount of calcium hydroxide ($Ca(OH)_2$). On the other hand, if silica fume (SF) is blended with GGBFS, the strength becomes lower than that of the concrete blended with GGBFS only, and the resistance to chloride ion penetration deceases. Therefore, it needs further studies on the reaction of SF in high-strength high-volume GGBFS concrete.
The purpose of this study is to evaluate the ability to resist chloride ions penetration of the concrete structure under marine environment in south-east asia especially. In this study, high strength concrete(HSC) with various combination of ordinary portland cement(OPC), blast-furnace slag(SG) and silica fume(SF) are cured 23 and $35^{\circ}C$ considering the site weather, and are cured in water for 3, 7 or 56 days respectively. And to investigate the fundamental properties and the resistance of chloride penetration of various HSC, setting time, slump flow, compressive strength, void and ASTM C 1202 test were conducted. Test results show that the compressive strength of HSC is similar regardless of SG replacement ratio and total charge passed of chloride is the smallest at 40% replacement of SG. The compressive strength of G4FS HSC is, besides, outstandingly high at early age compare with other HSC, but the compressive strength of G4F HSC, which is vary according to curing temperature and condition, most high at the age after 7 days. Total passed charge of HSC get larger in the order G4FS
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.2
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pp.536-544
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2016
Recently, with the increase in the number of high rise and huge scaled buildings, ultra-high strength concrete with 80~100 MPa has been used increasingly to withstand excessive loads. Among the components of concrete, the effects of the kinds and properties of fine aggregates on the performance and economic advantages of ultra-high strength concrete need to be evaluated carefully. Therefore, this study examined the effects of the type of fine aggregates and mixing methods on the engineering properties of ultra-high strength concrete by varying the fine aggregates including limestone fine aggregate (LFA), electrical arc slag fine aggregate (EFA), washed sea sand (SFA), and granite fine aggregate (GFA) and their mixtures. Ultra-high strength concrete was fabricated with a 20 % water to binder ratio (W/B) and incorporated with 70 % of Ordinary Portland cement: 20 % of fly ash:10 % silica fume. The test results indicate that for a given superplasticizer dose, the use of LFA resulted in increases in slump flow and L-flow compared to the mixtures using other aggregates due to the improved particle shape and grading of LFA. In addition, the use of LFA and EFA led to enhanced compressive strength and a decrease in autogenous shrinkage due to the improved elastic properties of LFA and the presence of free-CaO in EFA, which resulted in the formation of C-S-H.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.13
no.4
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pp.391-399
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2013
For high strength concrete of 40~60 MPa, the effects on the early strength and concrete dry shrinkage properties replacing 60~80% of Ordinary Portland Cement with Blast Furnace Slag Powder and using the Alkali Activator (Modified Alkali Sulfate type) are considered in this study. 1% Alkali Activator to the binder, cumulative heat of hydration for 72 hours was increased approximately 45%, indicating that heat of hydration contributes to the early strength of concrete, and the slump flow of concrete decreased slightly by 3.7~6.6%, and the 3- and 7- strength was increased by 8~12%, which that the Alkali Activator (Modified Alkali Sulfate type) is effective for ensuring the early strength when manufacturing High Strength Concrete (60%) of Blast Furnace Slag Powder. Furthermore, the dry shrinkage test, both 40 MPa and 60 MPa specimens had level of length changes in order of BS40 > BS60 > BS60A > BS80A, and the use of the Alkali Activator somewhat improved resistance to dry shrinkage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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