The concrete plates are most widely used structural elements in the hulls of floating concrete structures such as concrete barges and pontoons, bridge decks, basement floors and liquid storage tanks. The study on the behavior of high-strength fiber reinforced concrete (HSFRC) plates was carried out to evaluate the performance of plates under in-plane and transverse loads. The plates were tested in simply supported along all the four edges and subjected to in-plane and traverse loads. In this experimental program, twenty four 150 mm diameter cylinders and twelve plate elements of size $600{\times}600{\times}30$ mm were prepared and tested. Water-to-cementitious materials ratios of 0.3 and 0.4 with 10% and 15% silica fume replacements were used in the concrete mixes. The fiber volume fractions, $V_f$ = 0%, 1% and 1.5% with an aspect ratio of 80 were used in this study. The HSFRC mixes had the concrete compressive strengths in the range of 52.5 to 70 MPa, flexural strengths ranging from 6.21 to 11.08 MPa and static modulus of elasticity ranging from 29.68 to 36.79 GPa. In this study, the behavior of HSFRC plate elements subjected to combined uniaxial in-plane and transverse loads was investigated.
In this study, the mechanical properties of reactive powder concrete (RPC) with a constant cement to silica fume ratio of 4 were investigated. In the experimental program, reactive powder concretes with steel fiber at different ratios were produced. Five productions using quartz sand with a maximum grain size of 0.6 mm were performed. A superplasticizer with a ratio of 3% of the cement was used for all productions. $40{\times}40{\times}160mm$ prismatic specimens were prepared and tested for flexural and compression. The specimens were exposed to two different curing conditions as autoclave and standard curing condition. Autoclave exposure was performed for 3 hours under a pressure of 2 MPa. It was observed that the compressive strength of concrete, along with the flexural strength exposed to autoclave was quite high compared to the strength of concretes subjected to standard curing. The results obtained indicated that the compressive strength, along with the flexural strength of autoclaved concrete increased as the amount of cement used increases. Approximately 15% increase in flexural strength was achieved with a 4% steel fiber addition. The maximum compressive strength that has been reached is over 210 MPa for reactive powder concrete for the same steel fiber ratio and with a cement content of $960kg/m^3$. The relationship between compressive strength and flexural strength of reactive powder concrete exposed to both curing conditions was also identified.
The aim of this paper is to present a new sustainable ternary and quaternary binder by partially replacing ordinary Portland cement (OPC) with different percentages of supplementary cementitious materials. The motivation is to reduce our dependency on OPC to reduce CO2 emission and carbon foot print. As the main substitute for the OPC, siliceous fly ash was used. Moreover, silica fume and nanosilica were also used. During examinations the main mechanical parameters of concrete composites, i.e., compressive strength (fcm) and splitting tensile strength (fctm) were assed. The microstructure of these materials was also analysed. It was found that the concrete incorporating pozzolanic materials is characterized by a well-developed structure and has high values of mechanical parameters. The quaternary concrete containing: 80% OPC, 5% FA, 10% SF, and 5% nS have shown the best results in terms of good strength parameters as well as the most favourable microstructure, whereas the worst mechanical parameters with microstructure containing microcracks at phase interfaces were characterized by concrete with more content of FA additive in the concrete mix, i.e., 15%. Nevertheless, all concretes made on quaternary binders had better parameters than the reference one. It can be stated that sustainable concrete incorporating pozzolanic materials could be good substitute of ordinary concretes.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.7
no.4
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pp.413-422
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2019
A ferrosilicon (FS) by-product was applied into a cementitious binder in concrete substituting the ordinary Portland cement (OPC). The original material characteristic of FS is very identical to silica fume (SF) regarding chemical composition and physical properties such as specific surface area and specific gravity. Therefore, the FS and SF concrete or mortal of which 10% of the material was replaced to total binder weight were fabricated to evaluate the feasibility of using F S as a binder, and the comparative information of OPC, FS and SF concrete was given. The hydration characteristic of FS concrete was analyzed using X-ray diffraction analysis. The FS concrete was beneficial in compressive strength, resistivity against chloride ingress and reducing porosity considering performance of OPC concrete but the advantage was less than using SF. A possibility of alkali-silica expansion was found out from the FS concrete due to the agglomerated size of the silica particles.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.11
no.1
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pp.89-96
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2023
In this paper, a ferrosilicon by-product was evaluated to confirm the feasibility of recycling it as supplementary cementitious material of ordinary Portland cement in concrete. Three different levels of replacement ratio (10 %, 20 % and 30 % of total binder) were applied to find which is the most beneficial to be used as a binder. Ferrosilicon concrete was initially assessed at setting time and compressive strength. Durability was evaluated by the resistance to chloride penetration test(RCPT) and alkali-silica reaction(ASR) with a comparison to silica fume concrete due to their similarity in chemical composition. The porosimetry and X-ray diffraction analysis along with energy dispersive X-ray spectroscopy give information on the microstructural characteristics of the ferrosilicon concrete. It was found that 10 % ferrosilicon concrete has higher strength while 20 %, 30 % have lower strength than OPC concrete. However, chemical resistance to chloride attack is higher when replacement is increased. Compared to silica fume, the durability of ferrosilicon might be less efficient however, it is obviously beneficial than OPC. High SiO2 content in ferrosilicon results in producing more C-S-H gel which could make denser pore structure. Most of the risk of alkali silica reaction to silicate binders through length change tests was less than 0.2 %, and both mortar using ferrosilicon and silica fume showed better resistance to alkali silica reaction as the substitution rate increased.Reuse of industrial waste rather than producing highly refined additives might reduce environmental load during manufacture and save costs.
The aim of this study is to provide experimental data regarding the compressive, shear and torsional strength of self-compacting concrete (SCC) used in rectangular beams, and then comparing the results with the equations presented by the CSA A23.3-04 and ACI 318-11. In fact, the gathered information in this field is quite useful for calibrating the computer models of other researchers. The other goal of this study was to investigate the effects of silica fume and superplasticizer dosages on the mechanical properties of SCC. In this research, SCC is made based on 16 different type mixing layout. Also two normal concrete (NC) or vibrating concrete are constructed to compare the results of SCC and NC. This work concentrated on concrete mixes having water/binder ratios of 0.45 and 0.35, which contained constant total binder contents of $400kg/m^3$ and $500kg/m^3$, respectively. The percentages of silica fume that replaced cement were 0% and 10%. The superplasticizer dosages utilized in the mixtures were 0.4%, 0.8%, 1.2% and 1.6% of the weight of cement. Beam dimensions used in this test were $30{\times}30{\times}120cm^3$. The results of this research indicated that shear and torsional strength of SCC beams to be used in computer models can be calculated utilizing the equations presented in CSA A23.3-04 and ACI 318-11.
The purpose of this experimental research is to investigate the properties of workability and strength of the concrete containing admixtures such as silica fume, fly ash, ground granulated blast-furnace slag, and rice husk ash. For this purpose, the workability and the strength of the concrete containing each admixture were tested and analyzed according to the unit weight of binder and the replacement ratio of each admixture. As a result, considering their workability and strength, the existence of minimum binder weight and optimum replacement ratio of concrete containing admixture to plain concrete were obtained for each admixture.
The contribution of steel fibers on the 28-day compressive strength of high-performance steel fiber reinforced concrete was investigated, is presented. An extensive experimentation was carried out over water-cementitious materials (w/cm) ratios ranging from 0.25 to 0.40, with silica fume-cementitious materials ratios from 0.05 to 0.15, and fiber volume fractions ($V_f$= 0.0, 0.5, 1.0 and 1.5%) with the aspect ratios of 80 and 53. Based on the test results of 44 concrete mixes, mathematical model was developed using statistical methods to quantify the effect of fiber content on compressive strength of HPSFRC in terms of fiber reinforcing index. The expression, being developed with strength ratios and not with absolute values of strengths, is independent of specimen parameters and is applicable to wide range of w/cm ratios, and used in the mix design of steel fiber reinforced concrete. The estimated strengths are within ${\pm}3.2%$ of the actual values. The model was tested for the strength results of 14 mixes having fiber aspect ratio of 53. On examining the validity of the proposed model, there exists a good correlation between the predicted values and the experimental values of different researchers. Equation is also proposed for the size effect of the concrete specimens.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.6
no.2
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pp.115-122
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2003
This experimental study on high strength lightweight concrete using compound materials has been performed. In which, expanded clay was used as coarse aggregate, and silica fume and fly ash as admixtures varying by 0, 10% and 0, 5, 10, 15, 20% of cement amount respectively were added. Thus, the properties of fresh and hardened concrete have been investigated. The results of this study can be summarized as follows ; Each slump loss of mixtures replaced fly ash has been decreased by increasing replacement rate. The compressive strength have shown 465, 428 and $401kgf/cm^2$ at 30, 40 and 50% of W/B in 28days respectively, all of which have satisfied the criterion $270kgf/cm^2$ of high strength lightweight concrete. The unit volume weight of hardened concrete has been decreased by increasing replacement rate of silica fume and fly ash, values of which have satisfied the criterion $2000kgf/cm^3$of light weight concrete.
Recycling concrete construction waste is an encouraging step toward green and sustainable building. A lot of research has been done on recycled aggregate concretes (RACs), but not nearly as much has been done on concrete made with recycled aggregate. Recycled aggregate concrete, on the other hand, has been found to have a lower mechanical productivity compared to conventional one. Accurately estimating the mechanical behavior of the concrete samples is a most important scientific topic in civil, structural, and construction engineering. This may prevent the need for excess time and effort and lead to economic considerations because experimental studies are often time-consuming, costly, and troublous. This study presents a comprehensive data-mining-based model for predicting the splitting tensile strength of recycled aggregate concrete modified with glass fiber and silica fume. For this purpose, first, 168 splitting tensile strength tests under different conditions have been performed in the laboratory, then based on the different conditions of each experiment, some variables are considered as input parameters to predict the splitting tensile strength. Then, three hybrid models as GWO-RF, GWO-MLP, and GWO-SVR, were utilized for this purpose. The results showed that all developed GWO-based hybrid predicting models have good agreement with measured experimental results. Significantly, the GWO-RF model has the best accuracy based on the model performance assessment criteria for training and testing data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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