Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.5
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pp.133-142
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2008
This paper studies the early-aged chloride binding capacity of various blended concretes including OPC(ordinary Portland cement), PFA(pulversied fly ash), GGBFS(ground granulated blast furnace slag) and SF(silica fume) cement paste. Cement pastes with 0.4 of a free water/binder ratio were cast with chloride admixed in mixing water, which ranged from 0.1 to 3.0% by weight of cement and different replacement ratios for the PFA, GGBFS and SF were used. The content of chloride in each paste was measured using water extraction method after 7 days curing. It was found that the chloride binding capacity strongly depends on binder type, replacement ratio and total chloride content. An increase in total chloride results in a decrease in the chloride binding, because of the restriction of the binding capacity of cement matrix. For the pastes containing maximum level of PFA(30%) and GGBFS(60%) replacement in this study, the chloride binding capacity was lower than those of OPC paste, and an increase in SF resulted in decreased chloride binding, which are ascribed to a latent hydration of pozzolanic materials and a fall in the pH of the pore solution, respectively. The chloride binding capacity at 7 days shows that the order of the resistance to chloride-induced corrosion is 30%PFA > 10%SF > 60%GGBFS > OPC, when chlorides are internally intruded in concrete. In addition, it is found that the binding behaviour of all binders are well described by both the Langmuir and Freundlich isotherms.
The high alkaline property in the concrete pore solution protects the embedded steel in concrete from corrosion due to aggressive ions attack. However, a continuous supply of those ions, in particular, chlorides altogether with a pH fall in electrochemical reaction on the steel surface eventually depassivate the steel to corrode. To mitigate chloride-induced corrosion in concrete structures, finely grained mineral admixtures, for example, pulverized fuel ash (PFA), ground granulated blast furnace slag (GGBS) and silica fume (SF) have been often advised to replace ordinary Portland cement (OPC) partially as binder. A consistent assessment of those partial replacements has been rarely performed with respect to the resistance of each binder to corrosion, although the studies for each binder were extensively looked into in a way of measuring the corrosion rate, influence of microstructure or chemistry of chlorides ions with cement hydrations. The paper studies the behavior of steel corrosion, chloride transport, pore structure and buffering capacity of those cementitious binders. The corrosion rate of steel in mortars of OPC, 30% PFA, 60% GGBS and 10% SF respectively, with chloride in cast ranging from 0.0 to 3.0% by weight of binder was measured at 7, 28 and 150 days to determine the chloride threshold level and the rate of corrosion propagation, using the anodic polarization technique. Mercury intrusion porosimetry was also applied to cement pastes of each binder at 7 and 28 days to ensure the development of pore structure. Finally, the release rate of bound chlorides (i.e. buffering capacity) was measured at 150 days. The chloride threshold level was determined assuming that the corrosion rate is beyond 1-2 mA/$m^3$ at corrosion and the order of the level was OPC > 10% SF > 60% GGBS > 30% PFA. Mercury intrusion porosimetry showed that 10% SF paste produced the most dense pore structure, followed by 60% GGBS, 30% PFA and OPC pastes, respectively. It was found that OPC itself is beneficial in resisting to corrosion initiation, but use of pozzolanic materials as binders shows more resistance to chloride transport into concrete, thus delay the onset of corrosion.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.16
no.1
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pp.1-8
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2013
In case that W/B is 20%, 30%, 40% respectively, the effects of additive and shrinkage reducing agent on the autogenous shrinkage for high strengthen concrete through the substitution of FA and SF analysis were obtained as following conclusions. When the ratio of FA increased, the compressive strength of high strengthen concrete is decreased in the early times. As the ratio of SF increase, the compressive strength also increased. Comparing with PC(Portland Cement) for 7 days curing, the strength is 13.8% of FA10 + SR0.5 and 19.2% of FA15 + SR0.5 decreased when W/B is 20%, and 6.1% of SF7.5 + SR0.5, 4.8% of SF15 + SR0.5, the strength are increased. In case that W/B is 30%, 13.1% of FA10 + SR0.5 19.1% of FA15 + SR0.5 the strength is decreased and 4.1% of SF 7.5 + SR0.5, 7.2% of SF15 + SR0.5 the strength are increased. In case of W/B 40%, 4.3% of FA10 + SR0.5, and 8.7% of FA15 + SR0.5, the strength is decreased and 3.3% of SF7.5 + SR0.5, 6.3% SF15 + SR0.5 the strength is increased. When the ratio of SR is 0.5%, autogenous shrinkage strain of OPC concrete appeared $-417{\times}10-6$ in 56days curing, the shrinkage strain is decreased 23.7%. The reducing effects of autogenous shrinkage when the mineral and shrinkage agent are used are the same as ones when only shrinkage agent used.
Kim, Kang-Min;Yoo, Seung-Yeup;Song, Yong-Soon;Koo, Ja-Sul;Kang, Suck-Hwa;Jeon, Hyun-Kyu
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.365-368
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2008
This research is related to 240MPa ultra-high strength concrete(UHSC) with extremely loss W/B ratio. For this development, High flow cement is mainly used which has a short reaction rate due to the high blaine and high early strength, which can make greater fluidity in case of very low W/C ratio. It made the best mixture using the mineral admixtures silica fume, slag powder and special admixture. For dispersibility and homogeneity of cement binder, cement of premix type is produced using omni-mixer. Moreover, it ensures the fluidity of ultra-high strength concrete(UHSC). For having a good fire performance, we made an experiment special coarse aggregate. As a result, we got 180MPa in case of water curing, 200MPa in case of steam curing and uniform UHSC of 240MPa in case of a special curing method.
Using industrial wastes and construction and demolition (C&D) wastes is potentially advantageous for concrete production in terms of sustainability improvement. In this paper, a sustainable Self-Compacting Concrete (SCC) made with industrial wastes and C&D wastes was proposed by considerably replacing natural counterparts with recycled coarse aggregates (RCAs) and supplementary cementitious materials (SCMs) (i.e., Fly ash (FA), ground granulated blast furnace slag (GGBS) and silica fume (SF)). A total of 12 SCC mixes with various RCAs and different combination SCMs were prepared, which comprise binary, ternary and quaternary mixes. The mechanical properties in terms of compressive strength and static elasticity modulus of recycled aggregates (RA-SCC) mixes were determined and analyzed. Microstructural study was implemented to analyze the reason of improvement on mechanical properties. By means of life cycle assessment (LCA) method, the environmental impacts of RA-SCC with various RCAs and SCMs were quantified, analyzed and compared in the system boundary of "cradle-to-gate". In addition, the comparison of LCA results with respect to mechanical properties was conducted. The results demonstrate that the addition of proposed combination SCMs leads to significant improvement in mechanical properties of quaternary RA-SCC mixes with FA, GGBS and SF. Furthermore, quaternary RA-SCC mixes emit lowest environmental burdens without compromising mechanical properties. Thus, using the combination of FA, GGBS and SF as cement substitution to manufacture RA-SCC significantly improves the sustainability of SCC by minimizing the depletion of cement and non-renewable natural resources.
This paper investigated the possibility of appling to concrete through fundamental experiment for garnet, which was industrial wastes generated in kyung pook region, in aspects of development of new materials and recycling of industrial wastes due to shortage of natural resources. Consequently, garnet powder showed the possibility of admixture as showed in the chemical composition because the content of silica and alumina in relation to pozzolanic activity was about 50%. The time of setting was more or less diminished as the increasing of replacement ratio of garnet. In flow test, flow values tended to increase to some degree as the increasing of replacement ratio of garnet. Therefore, application of garnet was expected to improve the workability of concrete. The compressive strength of mortar replaced by garnet was respectively increased as compared with plain mortar and the maximum strength was showed in replaced by 10%, however a little different to the change of W/B ratio. Also, the possibility of admixture to reduce the amount of cement and to improve the property of concrete was showed as the strength of mortar replaced by garnet was comparable to that by existing admixture(silica fume, fly-ash).
The industrial by-product market has increased at a geometric rate worldwide with the rapid economic growth. At present time, conventional disposal methods of industrial by-products in Korea including landfill, incineration and storage already have reached their limits. In this study, the industrial by-products such as fly ash and silicafume were used as mineral admixtures, which are commonly added to concrete mix to inhance the economic efficiency, long-term strength and durability of concrete, to determine the optimized mix proportion of high performance shotcrete. Through the series of tests (compressive strength test, accelerated chloride ion penetration test, measurement of chloride diffusion coefficient). The results of the study showed that the proposed mix proportions satisfied the requirements of domestic as well as international guidelines for shotcrete, with a higher durability than the existing shotcrete.
The slurry infiltrated fiber concrete(SIFCON) is recognized as one of the most promising new construction materials. Compressive and direct tensile tests are performed to investigate the mechanical property of SIFCON. Hooked-end steel fibers are used in the mix with fiber volume fraction varied from 4% to 10%. The water/cement ratio is kept constant at 0.4. The amount of silica fume added is 10% by weight of cement and 0.5% of water reducing agent is added to improve the workability of the slurry. The test results in this study show that the compressive strength of SIFCON is about 1.59 to 2.68 times in comparison with the cement paste. Tensile strength is showed the enhancement of about 2.51 to 8.77 times. It is also observed that the toughness and ductility of SIFCON are increased significantly with the increasing in fiber volume fraction.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.5
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pp.618-625
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2018
With the passing of time, exposed concrete structures are affected by a range of environmental, chemical, and physical factors. These factors seep into the concrete and have a deleterious influence compared to the initial performance. The importance of identifying and preventing further performance degradation due to the occurrence of deterioration has been greatly emphasized. In recent years, evaluations of the target life have attracted increasing interest. During the freezing-melting effect, a part of the concrete undergoes swelling and shrinking repeatedly. At these times, chloride ions present in seawater penetrate into the concrete, and accelerate the deterioration due to the corrosion of reinforced bars in the concrete structures. For that reason, concrete structures located onshore with a freezing-melting effect are more prone to this type of deterioration than inland structures. The aim of this study was to develop a high performance mortar mixed with a mineral admixture for the durability properties of concrete structures near sea water. In addition, experimental studies were carried out on the strength and durability of mortar. The mixing ratio of the silica fume and meta kaolin was 3, 7 and 10 %, respectively. Furthermore, the ultra-fine fly ash was mixed at 5, 10, 15, and 20%. The mortar specimens prepared by mixing the admixtures were subjected to a static strength test on the 1st and 28th days of age and degradation acceleration tests, such as the chloride ion penetration resistance test, sulfuric acid resistance test, and salt resistant test, were carried out at 28 days of age. The chloride diffusion coefficient was calculated from a series of rapid chloride penetration tests, and used to estimate the life time against corrosion due to chloride ion penetration according to the KCI, ACI, and FIB codes. The life time of mortar with 10% meta kaolin was the longest with a service life of approximately 470 years according to the KCI code.
Mineral admixtures are used to improve the quality of concrete and to develop sustainability of concrete structures. Supplementary cementitious materials (SCM), such as silica fume (SF), granulated blast furnace slag (GGBS) and pulverized fly ash (PFA), are gradually recognized as useful mineral admixture for producing high performance concrete. The study on ternary blended concrete utilizing mainly three major mineral admixtures is limited and the study on durability and chloride induced corrosion resistance of ternary blended concrete is very few. This study examines the durability characteristics of the ternary blended concrete composed of different amount of the SCM with ordinary Portland concrete and the study experimentally focuses on corrosion resistance evaluation of ternary blended concrete subjected to chloride attack. In this study, 50% replacement ratio of mineral admixture to OPC was used, while series of combination of $20{\sim}40%$ GGBS, $5{\sim}15%$ SF and $10{\sim}45%$ PFA binder were used for chloride corrosion resistance test. This study concerned the durability properties of the ternary blended concrete including the corrosion resistance, chloride binding, chloride transport and acid neutralization capacity. It was found that the ternary blended concrete utilizing the SCM densified the pore structures to lower the rate of chloride transport. Also, increased chloride binding and buffering to acid were observed for the ternary blended concrete with chlorides in cast.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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