This work involves quantitatively investigating the correlation between reductions in strength and variations in pore structure under high temperature that can be utilized as estimation for predicting the inner temperature of member damaged by fire. The experimental results were remarkedly affected by micro-filling effect of silica fume and the different water-binder ratios. The increase of the exposure temperature caused the increase of porosity, which resulted from the reason that evaporable water in gel pore or capillary pores as well as chemically bound water was eliminated from hardened cement paste due to the dehydration of C-S-H and $Ca(OH)_2$. Thermal shrinkage of hardened cement paste gives rise to micro-crack, which cause the increase of porosity. Based on the experimental result that the increase of porosity is in charge of exposure temperature, how porosity is distributed can predict temperature-time history and assess the performance of concrete damaged by fire.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2010.04a
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pp.762-765
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2010
본 연구에서는 원전격납구조물과 같이 고품질을 요하는 콘크리트의 내구성설계 및 관리에 필요한 구조물 건전성 평가시스템 구축의 일환으로 콘크리트 미세공극구조 형성 예측 프로그램을 개발하였다. 개발된 미세공극구조 형성 예측 프로그램은 콘크리트의 강도 등과 같은 역학적 특성 및 유해이온 확산거동 예측에 활용되는 부분으로서 기존의 연구결과로부터 개발된 모델식들을 바탕으로 개발되었다. 개발된 프로그램은 콘크리트 시험체로부터 구하여진 MIP 실험결과와 비교해 보았으며, 상관성을 검토하였다.
Physical properties of rocks are strongly dependant on details of pore micro-structures, which can be used for quantifying relations between physical properties of rocks through pore-scale simulation techniques. Recently, high-resolution scan techniques, such as X-ray microtomography and high performance computers make it possible to calculate permeability from pore micro-structures of rocks. We try to extend this simulation methodology to velocity and electrical conductivity. However, the smoothing effect during tomographic inversion creates artifacts in pore micro-structures and causes inaccurate property estimation. To mitigate this artifact, we tried to use sharpening filter and neural network classification techniques. Both methods gave noticeable improvement in pore structure imaging and accurate estimation of permeability and electrical conductivity, which implies that our method effectively removes the smoothing effect in pore structures. However, the calculated velocities showed only incremental improvement. By comparison between thin section images and tomogram, we found that our resolution is not high enough, and it is mainly responsible for the inaccuracy in velocity despite the successful removal of the smoothing effect. In conclusion, our methods can be very useful for pore-scale modeling, since it can create accurate pore structure without the smoothing effect. For accurate velocity estimation, the resolution of pore structure should be at least three times higher than that for permeability simulation.
In radioactive waste repositories constructed in underground, concrete member could be in contact with groundwater for a long time. However, this pure water creates concentration gradients which lead to the diffusion of Ca ions from the pore water and the degradation of underground concrete. Therefore, this study is aimed at investigating the alteration of pore structure and loss of compressive strength associated with dissolution. The results showed that as the leaching period became longer, the pore volume within 50 nm to 500 nm in diameter is greatly increased. Also, the volume of pores larger than 200 nm rapidly increased during initial leaching time and those below 200 nm gradually increased. Furthermore, the compressive strength gradually decreased with increase of degraded thickness. The residual strength of the degraded concrete with OPC was in the range of 33% to 58%.
Jeon, Sung Il;An, Ji-Hwan;Kwon, Soo Ahn;Yun, Tae Young
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.6A
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pp.449-456
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2011
Spacing factor proposed by Power is a concept of averaging air void spacing composed of geometric models. Thus, there's a limitation on simulating actual air void characteristics in concrete. This study presents SDI(spacing distribution index) to overcome the limitation of spacing factor. SDI is also evaluated through comparing SDI with SF(spacing factor). In this study, it was confirmed that SF decreased due to increasing air-entrainer content but SDI increased. This occurs because SDI is the area of spacing distribution curve and SDI increases with increasing the frequency of spacing. SDI is evaluated to have better coverage below $300{\mu}m$ of SF so that determination of critical point of SDI above 80% of durability index can be easily obtained with more reliability. SDI is the area of spacing distribution curve and reflects actual air void characteristics in concrete. A comparative study of SDI and results of freeze-thaw test will be performed later.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.5
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pp.463-469
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2016
In this study, a virtual specimen with a linear continuous gradient of void ratio (FGM: Functional Graded Material) is constructed using low-order probability functions of two real cement paste specimens. Two real specimens with difference void ratios are taken from X-ray CT to construct the virtual specimen. A virtual specimen with a gradient void distribution, whose average void ratio is between void ratios of two homogeneous real specimens, is constructed using a stochastic optimization approach. The void ratio distribution is assumed to be linear, and continuously varies in the vertical direction. In this study, a gradient term of void ratio is incorporated into the objective function as well as low-order probability functions from the previous research. To confirm the effect of gradient void distribution on the material response, air permeability is evaluated using finite element analysis. The analysis results are compared with experimental results, and confirm the effect of gradient void distribution on permeability.
Journal of the Korean Society of Groundwater Environment
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v.6
no.1
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pp.1-7
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1999
This study deals with linear flow pattern in steady-state or transient dual-porosity media with a vertical geologic structure such as fault, fracture zone, etc. A pumping well is located in the vertical structure of infinitesimal or finite width with high hydraulic conductivity and negligible specific storage. Selected type curves on a pumping well and observation wells in the fractured system and the matrix block are provided. The type curves on the pumping well considers both wellhole and well-loss effects.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.44
no.2
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pp.141-147
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2024
In this study, micro CT images were used to confirm the tensile fracture strength according to the pore distribution characteristics of 3D printed concrete. Unlike general specimens, concrete structures printed by 3D printing techniques have the direction of pores (voids) depending on the stacking direction and the presence of filaments contact surfaces. Accordingly, the pore distribution of 3D printed concrete specimens was analyzed through quantitative and qualitative methods, and the tensile strength by direction was analyzed through a finite element technique. It was confirmed that the pores inside the 3D printed specimen had directionality, resulting in their anisotropic behavior. This study aims to analyze the characteristics of 3D concrete printing specimen and correlate them with simulation-based mechanical properties to improve performance of 3D printed material and structure.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.33
no.4
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pp.251-257
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2011
In the present study, a 3-dimensional (3D) numerical model was developed to mimic the micro porous structure of a geological $CO_2$ storage reservoir. Especially, 3D modeling technique assigning random pore size to a 3D micro porous structure was devised. Numerical method using CFD (computational fluid dynamics) was applied for the 3D micro porous structure to calculate supercritical $CO_2$ flow field. The three different configurations of 3D micro porous model were designed and their flow fields were calculated. For the physical conditions of $CO_2$ flow, temperature and pressure were set up equivalent to geological underground condition where $CO_2$ fluid was stored. From the results, the characteristics of the supercritical $CO_2$ flow fields were scrutinized and the influence of the micro pore configuration on the flow field was investigated. In particular, the pressure difference and consequent $CO_2$ permeability were calculated and compared with increasing $CO_2$ flow rate.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.2
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pp.68-77
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2020
The purpose of the paper is to evaluate the pore structure and mechanical properties of early frost damaged concrete using electric arc furnace slag as aggregate. From the results, when the concrete is exposed to frost damage at an early age, the peak point of pores 100 to 150 ㎛ in diameter were transferred into larger one. When the freezing duration is not exceeded 24 hours, it is possible that the pore distribution of under the 200 ㎛ is maintained and pore size of over 500 ㎛ is not formed, and, the freezing resistance of concrete using EFG could be improved. When BFS was mixed in concrete using EFG as coarse aggregate, the relative strength is higher than that of natural coarse aggregate. Meanwhile, the elastic modulus and resonance frequency did not change significantly due to the early frost damage as compared with the compressive strength. So, it is necessary to analyze the correlation between the experimental results in order to evaluate the performance degradation due to early frost damage.
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