To improve the chloride ingress resistance of concrete, slag is widely used as a mineral admixture in concrete industry. And currently, most of experimental investigations about non steady state diffusion tests of chloride penetration are started after four weeks standard curing of concrete. For slag blended concrete, during submerged chloride penetration tests periods, binder reaction proceeds continuously, and chloride diffusivity decreases. However, so far the dependence of chloride ingress on curing ages are not detailed considered. To address this disadvantage, this paper shows a numerical procedure to analyze simultaneously binder hydration reactions and chloride ion penetration process. First, using a slag blended cement hydration model, degree of reactions of binders, combined water, and capillary porosity of hardening blended concrete are determined. Second, the dependences of chloride diffusivity on capillary porosity of slag blended concrete are clarified. Third, by considering time dependent chloride diffusivity and surface chloride content, chloride penetration profiles in hardening concrete are calculated. The proposed prediction model is verified through chloride immersion penetration test results of concrete with different water to binder ratios and slag contents.
Partial replacement of Portland cement by slag can reduce the energy consumption and $CO_2$ emission therefore is beneficial to circular economy and sustainable development. Compressive strength is the most important engineering property of concrete. This paper presents a numerical procedure to predict the development of compressive strength of slag blended concrete. This numerical procedure starts with a kinetic hydration model for cement-slag blends by considering the production of calcium hydroxide in cement hydration and its consumption in slag reactions. Reaction degrees of cement slag are obtained as accompanied results from the hydration model. Gel-space ratio of hardening slag blended concrete is determined using reaction degrees of cement and slag, mixing proportions of concrete, and volume stoichiometries of cement hydration and slag reaction. Furthermore, the development of compressive strength is evaluated through Powers' gel-space ratio theory considering the contributions of cement hydration and slag reaction. The proposed model is verified through experimental data on concrete with different water-to-binder ratios and slag substitution ratios.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.04a
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pp.57-61
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2000
This experimental study was carried out to estmate the effects of mixing dosage rate and blain on the compressive strength properties of antiwashout underwater concrete admixed with finely ground granulated blast furnace slag. The experimental parameters are slag contents(0, 20, 30, 40, 50, 60%). As a result the compressive strength have a high correlation with slag blended ratio. Thus, it is possible to calculate the modulus of modified age using compressive strength of antiwashout underwater concrete blended with slag.
Climate changes, such as increasing of $CO_2$ concentration and global warming, will impact on the carbonation service life of concrete structures. Moreover, slag blended concrete has a lower carbonation resistance than control concrete. This study presents a probabilistic numerical procedure for evaluating the impact of climate change on carbonation service life of slag blended concrete. This numerical procedure considers both corrosion initiation period and corrosion propagation period. First, in corrosion initiation period, by using an integrated hydration-carbonation model, the amount of carbonatable substances, porosity, and carbonation depth are calculated. The probability of corrosion initiation is determined through Monte Carlo method. Second, in corrosion propagation period, a probabilistic model is proposed to calculate the critical corrosion degree at surface cracking, the probability of surface cracking, and service life. Third, based on the service life in corrosion initiation period and corrosion propagation period, the whole service life is calculated. The analysis shows that for concrete structures with 50 years service life, after considering climate changes, the service life reduces about 7%.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2018.05a
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pp.204-205
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2018
This paper investigates CO2 emission and cost analysis of blended concrete which was added with fly ash and slag. Three kinds of blended concrete were studied in this investigation, the first blended concrete was added fly ash replacing part of the cement while the second was added slag, the third was added fly ash and slag. Analysis result display that the blended concrete containing fly ash and slag is the optimal choice while considering economic and CO2 emissions.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.7
no.1
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pp.139-145
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2003
Ternary blended concrete, which contains both fly ash and granulated blast furnace slag, has an initial cost effective and is environment friendly. Furthermore, it has a lot of technical advantages such as the improvement of long term compressive strength, high workability, and the reduction of hydration heat. However, as the use and study on the performance of ternary blended concrete is limited, it is worthwhile studying the actual performance of this technology. This study examined the durability performance of ternary blended concrete, compared to binary blended concrete and ordinary portland concrete. It led to the conclusion that ternary blended concrete is very suitable for submerged members under marine environment. However, it should be noticed that ternary blended concrete becomes weak on carbonation, when it is situated on combined deterioration environment of carbonation and chloride. Therefore, the curing duration of ternary blended concrete should be prolonged in order to enhance the resistance of carbonation.
Slag blended concrete is widely used as a mineral admixture in the modern concrete industry. This study shows an optimization process that determines the optimal mixture of air-entrained slag blended concrete considering carbonation durability, frost durability, CO2 emission, and materials cost. First, the aim of optimization is set as total cost, which equals material cost plus CO2 emission cost. The constraints of optimization consist of strength, workability, carbonation durability with climate change, frost durability, range of components and component ratio, and absolute volume. A genetic algorithm is used to determine optimal mixtures considering aim function and various constraints. Second, mixture design examples are shown considering four different cases, namely, mixtures without considering carbonation (Case 1), mixtures considering carbonation (Case 2), mixtures considering carbonation coupled with climate change (Case 3), and mixtures of high strength concrete (Case 4). The results show that the carbonization is the controlling factor of the mixture design of the concrete with ordinary strength (the designed strength is 30MPa). To meet the challenge of climate change, stronger concrete must be used. For high-strength slag blended concrete (design strength is 55MPa), strength is the control factor of mixture design.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1998.10c
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pp.19-24
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1998
In this study, blended cement with low blaine(2000, 3000$\textrm{cm}^2$/g) blast-furnace slag power by 10-70wt.% was investigated through the measurement hydration heat, physical properties. The experiment results indicated compressive strength was decreased as low blaine slag blended, but hydration heat was reduced significantly and flow of the cement paste was increased.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2011.11a
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pp.31-32
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2011
Granulated slag from metal industries and fly ash from the combustion of coal are industrial by-products that have been widely used as mineral admixtures in normal and high strength concrete. Due to the reaction between calcium hydroxide and fly ash or slag, the hydration of concrete containing fly ash or slag is much more complex compared with that of Portland cement. In this paper, the production of calcium hydroxide in cement hydration and its consumption in the reaction of mineral admixtures is considered in order to develop a numerical model that simulates the hydration of concrete containing fly ash or slag. The heat evolution rates of fly ash- or slag-blended concrete is determined by the contribution of both cement hydration and the reaction of the mineral admixtures. Furthermore, the temperature distribution and temperature history in hardening blended concrete are evaluated based on the degree of hydration of the cement and the mineral admixtures. The proposed model is verified through experimental data on concrete with different water-to-cement ratios and mineral admixture substitution ratios.
Concrete in water environment is easily subjected to the attack of leaching, which causes its mechanical reduction and durability deterioration, and the key to improving the leaching resistance of concrete is to increase the compaction of its microstructure formed by the curing. This paper performs a numerical investigation on the intrinsic relationship between microstructures formed by the hydration of cement and slag and leaching resistance of concrete in water environment. Firstly, a shrinking-core hydration model of blended cement and slag is presented, in which the interaction of hydration process of cement and slag is considered and the microstructure composition is characterized by the hydration products, solution composition and pore structure. Secondly, based on Fick's law and mass conservation law, a leaching model of hardened paste is proposed, in which the multi-species ionic diffusion equation and modified Gérard model are established, and the model is numerically solved by applying the finite difference method. Finally, two models are combined by microstructure composition to form an integrated curing-leaching model, and it is used to investigate the relationship between microstructure composition and leaching resistance of slag-blended cement pastes.
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