In this paper the possibility of using different regression models to predict the mechanical properties of limestone concrete after exposure to high temperatures, based on the results of non-destructive techniques, that could be easily used in-situ, is discussed. Extensive experimental work was carried out on limestone concrete mixtures, that differed in the water to cement (w/c) ratio, the type of cement and the quantity of superplasticizer added. After standard curing, the specimens were exposed to various high temperature levels, i.e., 200℃, 400℃, 600℃ or 800℃. Before heating, the reference mechanical properties of the concrete were determined at ambient temperature. After the heating process, the specimens were cooled naturally to ambient temperature and tested using non-destructive techniques. Among the mechanical properties of the specimens after heating, known also as the residual mechanical properties, the residual modulus of elasticity, compressive and flexural strengths were determined. The results show that residual modulus of elasticity, compressive and flexural strengths can be reliably predicted using an artificial neural network approach based on ultrasonic pulse velocity, residual surface strength, some mixture parameters and maximal temperature reached in concrete during heating.
The paper presented investigates the effects of kaolinite on strength properties of alkali-activated multi-component cement. The binders of this study was blended of ground granulated blast furnace slag (GGBFS), fly ash (FA), silica fume (SF) and kaolinite (KA). In this study, the specimens of combination of 20%~70% GGBFS, 10%~60% FA, 10% SF (constant ratio) and 10%~50% KA binder were used for strength properties tests. The water/binder ratio was 0.5. The binders (GGBFS + FA + SF + KA) was activated by sodium hydroxide (NaOH) and sodium silicate ($Na_2SiO_3$) was 10% by total binder weight (10% NaOH + 10% $Na_2SiO_3$). The research carried out is on the compressive strength, water absorption, ultrasonic pulse velocity (UPV) and X-ray diffraction (XRD). The compressive strength decreased as the contents of KA increase. One of the major reason for this is the low reactivity of KA compared with other raw materials used as precursors such as GGBFS or FA. The presence of remaining KA indicates that the initially used quantity has not fully reacted during hydration. Moreover, the results have indicated that increased of KA contents decreased UPV under all experimental conditions. The drying shrinkage and water absorption increased as the content of KA increase. Test result clearly showed that the strength development of multi-component blended cement were significantly dependent on the content of KA and GGBFS.
Kim, Young-Sun;Choi, Hyoung-Gil;Ohmiya, Yoshifumi;Kim, Gyu-Yong
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.23
no.4
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pp.431-440
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2011
Concrete structures exposed to fire produce changes in their internal structure, resulting in their service life reduction due to the deterioration of its strength and performance capacity. The deterioration level are dependent on the temperature, exposure time, concrete mix proportions, aggregate property, and material properties. This study was performed to evaluate the thermal behavior of ultra-high strength concrete for the parameters of water to cement ratio (compressive strength), fine to total aggregate ratio, and maximum coarse aggregate size. At room temperature and $500^{\circ}C$, tests of ultrasonic pulse velocity, resonance frequency, static modulus of elasticity, and compressive strength are performed using ${\varnothing}100{\times}200\;mm$ cylindrical concrete specimens. The results showed that the residual mechanical properties of ultra-high strength concrete heated to $500^{\circ}C$ is influenced by variation of a water to binder ratio, fine to total aggregate ratio, and maximum coarse aggregate size.
The mechanical properties of steel fiber reinforced high strength concrete (SFRHSC) made with binary and ternary blends of metakaolin (MK) and ground pumice (GP) are investigated in this study. The investigated properties are ultrasonic pulse velocity ($U_{pv}$), compressive strength ($f_c$), flexural strength ($f_f$) and splitting tensile strength ($f_{st}$) of SFRHSC. A total of 16 steel fiber reinforced concrete mixtures were produced by a total binder content of $500kg/m^3$ for determining the effects of MK and GP on the mechanical properties. The design $f_c$ was acquired from 70 to 100 MPa by using a low water-binder ratio of 0.2. The test results exhibit that high strength concrete can be obtained by replacing the cement with MK and GP. Besides, correlations between these results are executed for comprehending the relationship between mechanical properties of SFRHSC and the strong correlations are observed between these properties. Moreover, two models in the gene expression programming (GEP) for predicting the $f_c$ of SFRHSC made with binary and ternary blends of MK and GP have been developed. The results obtained from these models are compared with the experimental results. These comparisons proved that the results of equations obtained from these models seem to agree with the experimental results.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.37
no.1
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pp.73-80
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1995
This study was carried out to investigate the engineering properties of no-fines con- crete, consisting only of coarse aggregate, cement and water. The used coarse aggregates were two, one is natural coarse aggregate grading 4.75~ lOmm, the other is synthetic lightweight coarse aggregate grading 3~8mm. The results of this study are summarized as follows; 1. The W/C ratio of each type was increased with increase of additional amount of coarse aggregate. 2. The unit weight of used ndtural coarse aggregate was shown 1.762~2.184g/cm$^3$, and synthetic lightweight coarse aggregate was shown 0.756 ~ 1 .348g/cm$^3$. 3. The ahsorption rate of used natural coarse aggregate was shown 8.4 ~ 9.4 %, and synthetic lightweight coarse aggregate was shown 17.0~42.4%. 4. The compressive, tensile and hending strength was decreased with increase of coarse aggregate, respectively. The compressive strength of natural coarse aggregate 1:3 was shown 309kg/cm$^2$. 5. The ultrasonic pulse velocity and dynamic medulus of elasticity of each type was de- creased with increase coarse aggregate, respectively. Also, the decreasing rate of the natural aggregate was larger than that of the synthetic lightweight coarse ag- gregate.
Fibre-added concretes are frequently used in large site applications such as slab and airports as well as in bearing system elements or prefabricated elements. It is very difficult to determine the mechanical properties of the fibre-added concretes by experimental methods in situ. The purpose of this study is to develop an artificial neural network (ANN) model in order to predict the compressive and bending strengths of hybrid fibre-added and non-added concretes. The strengths have been predicted by means of the data that has been obtained from destructive (DT) and non-destructive tests (NDT) on the samples. NDTs are ultrasonic pulse velocity (UPV) and Rebound Hammer Tests (RH). 105 pieces of cylinder samples with a dimension of $150{\times}300mm$, 105 pieces of bending samples with a dimension of $100{\times}100{\times}400mm$ have been manufactured. The first set has been manufactured without fibre addition, the second set with the addition of %0.5 polypropylene and %0.5 steel fibre in terms of volume, and the third set with the addition of %0.5 polypropylene, %1 steel fibre. The water/cement (w/c) ratio of samples parametrically varies between 0.3-0.9. The experimentally measured compressive and bending strengths have been compared with predicted results by use of ANN method.
This report presents the results of an investigation on the early strength development of pastes high volume slag cement (HVSC) activated with different concentration of sodium carbonate ($Na_2CO_3$). The ordinary Portland cement (OPC) was replaced by ground granulated blast furnace slag (GGBFS) from 50% to 90% by mass, the dry powders were blended before the paste mixing. The $Na_2CO_3$ was added at 0, 2, 4, 6, 8 and 10% by total binder (OPC+GGBFS) weight. A constant water-to-binder ratio (w/b)=0.45 was used for all mixtures. The research carried out the compressive strength, ultrasonic pulse velocity (UPV), water absorption and X-ray diffraction (XRD) analysis at early ages(1 and 3 days). The incase of mixtures, V5 (50% OPC + 50% GGBFS), V6 (40% OPC + 60% GGBFS) and V7 (30% OPC + 70% GGBFS) specimens with 6% $Na_2CO_3$, V8 (20% OPC + 80% GGBFS) and V9 (10% OPC + 90% GGBFS) specimens with 10% $Na_2CO_3$ showed the maximum strength development. The results of UPV and water absorption showed a similar tendency to the strength properties. The XRD analysis of specimens indicated that the hydration products formed in samples were CSH and calcite phases.
Kim, Seong Wan;Min, Jeong Ki;Cho, Seung Seup;Sung, Chan Yong
Korean Journal of Agricultural Science
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v.23
no.1
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pp.39-50
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1996
The normal cement concrete is widely used material to build the construction recently, but it has a fault to increase the dead load on account of its unit weight is large compared with strength. So, many engineers are continuously searching for new materials of construction to provide greater performance at lower density. Many studies were carried out on the lightweight aggregate concrete in foreign country in the latter half of the 19th century, therefore lightweight aggregate concrete has been used successfully for many years for structural members. The main purpose of the work described in this paper were to establish its physical and mechanical properties of no-fines lightweight concrete using synthetic lightweight coarse aggregates. Test results are summarized as follows ; The water-cement ratio was shown less than 33% in use synthetic lightweight coarse aggregates, unit weights of synthetic lightweight concrete was shown less than $1,800kg/m^3$ and compressive strength was higher than $200kg/m^2$. And the pulse velocity was more than 3,000m/sec. The relationship of compressive strength between unit weight and pulse velocity was shown to be approximately linear.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.38
no.6
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pp.83-95
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1996
The normal cement concrete is widely used material to build the construction recently, but it has a fault to increase the dead load on account of its unit weight is large compared with strength. So, main purpose of this study was to establish the physical and mechanical properties of lightweight concrete using expanded polystyrene bead on fine aggregate and natural gravel, expanded clay and pumice stone on coarse aggregate. The test rusults of this study are summarized as follows; 1. The water-cement ratio of concrete using pumice stone was larger than that of the concrete using natural gravel and expanded clay. 2. The unit weights of concrete using pumice stone and expanded caly were shown less than 1,000g/$m^3$. 3. The compressive strengths of all types were shown less than 60kg/$cm^2$, tensile and bending strengths were shown less than l3kg/$cm^2$ and 3lkg/$cm^2$$^2$, respectively. 4. The pulse velocity of concrete was shown similar with using natural gravel and pumice stone, and shown the lowest using pumice stone. 5. The dynamic modulus of elasticity of concrete was shown considerably smaller, and shown the lowest using pumice stone. 6. The static modulus of elasticity of concrete using expanded clay and pumice stone were shown considerably smaller, and shown 22% ~29% as compared with the dynamic modulus of elasticity. 7. The stress-strain curves of concrete were shown similar, generally. And the curves were repeated at short intervals increase and decreased irregularly.
This research investigates the influence of ground granulated blast furnace slag (GGBFS) composition on the alkali-activated slag cement (AASC). Aluminum oxide ($Al_2O_3$) was added to GGBFS binder between 2% and 16% by weight. The alkaline activators KOH (potassium hydroxide) was used and the water to binder ratio of 0.50. The strength development results indicate that increasing the amount of $Al_2O_3$ enhanced hydration. The 2M KOH + 16% $Al_2O_3$ and 4M KOH + 16% $Al_2O_3$ specimens had the highest strength, with an average of 30.8 MPa and 45.2 MPa, after curing for 28days. The strength at 28days of 2M KOH + 16% $Al_2O_3$ was 46% higher than that of 2M KOH (without $Al_2O_3$). Also, the strength at 28days of 4M KOH + 16% $Al_2O_3$ was 44% higher than that of 4M KOH (without $Al_2O_3$). Increase the $Al_2O_3$ contents of the binder results in the strength development at all curing ages. The incorporation of AASC tended to increases the ultrasonic pulse velocity (UPV) due to the similar effects of strength, but increasing the amount of $Al_2O_3$ adversely decreases the water absorption and porosity. Higher addition of $Al_2O_3$ in the specimens increases the Al/Ca and Al/Si in the hydrated products. SEM and EDX analyses show that the formation of much denser microstructures with $Al_2O_3$ addition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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