Zouaoui R. Harrat;Mohammed Chatbi;Baghdad Krour;Sofiane Amziane;Mohamed Bachir Bouiadjra;Marijana Hadzima-Nyarko;Dorin Radu;Ercan Isik
Advances in concrete construction
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v.17
no.2
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pp.111-126
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2024
During the clinkering stages of cement production, the chemical composition of fine raw materials such as limestone and clay, which include iron oxide (Fe2O3), silicon dioxide (SiO2) and aluminum oxide (Al2O3), significantly influences the quality of the final product. Specifically, the chemical interaction of Fe2O3 with CaO, SiO2 and Al2O3 during clinkerisation plays a key role in determining the chemical reactivity and overall quality of the final cement, shaping the properties of the concrete produced. As an extension, this study aims to investigate the physical effects of incorporating nanosized Fe2O3 particles as fillers in concrete matrices, and their impact on concrete structures, namely slabs. To accurately model the reinforced concrete (RC) slabs, a refined trigonometric shear deformation theory (RTSDT) is used. Additionally, the stochastic Eshelby's homogenization approach is employed to determine the thermoelastic properties of nano-Fe2O3 infused concrete slabs. To ensure comprehensive coverage in the study, the RC slabs undergo various mechanical loads and are exposed to temperature fields to assess their thermo-mechanical performance. Furthermore, the slabs are assumed to rest on a three-parameter viscoelastic foundation, comprising the Winkler elastic springs, Pasternak shear layer and a damping parameter. The equilibrium governing equations of the system are derived using the principle of virtual work and subsequently solved using Navier's technique. The findings indicate that while ferric oxide nanoparticles enhance the mechanical properties of concrete against mechanical loading, they have less favorable effects on its performance against thermal exposure. However, the viscoelastic foundation contributes to mitigating these effects, improving the concrete's overall performance in both scenarios. These results highlight the trade-offs between mechanical and thermal performance when using Fe2O3 nanoparticles in concrete and underscore the importance of optimizing nanoparticle content and loading conditions to improve the structural performance of concrete structures.
A literature review is made on the physical and chemical characteristics of clay minerals in acidic solutions from the mineralogical and hydrometallurgical viewpoints. Some of the important characteristics of clays are their ability to cation exchange, swelling, and incongruent dissolution in acidic solutions. Various clay minerals can take up metallic ions from solution via cation exchange mechanism. Generally, cation exchange capacity increases in the following order : kaolinite, halloysite, illite, vermiculite, and montmorillonite. In acidic solutions, the cation uptake such as copper by clay minerals is strongly inhibited by hydrogen and aluminum ions and thus is not economically significant factor for recovery of metals such as uranium and copper. In acidic solutions, the cation uptake is substial. Swelling is minimal at lower pH, possibly due to lattice collapse. Swelling may be controllable with montmorillonite type clays by exchanging interlayer sodium with lithium and/or hydroxylated aluminum species. The effect of add on clay minerals are : 1. Division of aggregates into smaller plates with increase in surface area and porosity. 2. Clay-acid reactions occur in the following order: (i) $H^+$ replacement of interlayer cations, (ii) removal of octahedral cations, such as Al, Fe, and Mg, and (iii) removal of tetrahedral Al ions. Acid attack initiates, around the edges of the clay particles and continued inward, leaving hydrated silica gel residue around the edges. 3. Reaction rates of (ii) and (iii) are pseudo-1st order and proportional to acid concentration. Rate doubles for every temperature increment of $10^{\circ}C$. Implications in in-situ leaching of copper or uranium with acid are : 1. Over the life span of the operation for a year or more, clays attacked by acid will leave silica gel. If such gel covers the surface of valuable mineral surfaces being leached, recovery could be substantially delayed. 2. For a copper deposit containing 0.5% each of clay minerals and recoverable copper, the added cost due to clay-acid reaction is about 1.5c/lb of copper (or 0.93 lbs of $H_2SO_4/1b$ of copper). This acid consumption by clay may be a factor for economic evaluation of in-situ leaching of an oxide copper deposit.
Two Fe-hydrous oxide A,B and one Al-hydroxide minerals were synthesized precipitating Fe $Cl_3$ and $AlCl_3$ with alkali solution(NaOH) at pH 6.0, 12.0 and 4.5 respectively, for precise understanding of physico-chemical and surface charge characteristics of soils in which these minerals are dominant. Identification of these final products, effect of free and amorphous materials on X-ray diffraction analysis, particle size distribution and surface change characterics of these minerals were performed. Fe-hydroxide A and B were identified as great deal of X-ray amorphous material and as goethite with large amount of X-ray amorphous material, respectively. Dehydration by oven at $105^{\circ}C$ of these minerals exhibited akaganeite peaks with low X-ray amorphous hump and pure goethite peaks for Fe-hydroxide A and B, respectively. Both minerals, however, turned into hematite upon firing at $550^{\circ}C$. On the other hand, Al-hydroxide identified as mixture of gibbsite and bayerite of around 7:3 ratio. Application of sodium dithionite and ammonium oxalate solutions for removal of free or amorphous Fe and Al from these minerals revealed that only peak intensities of Al-hydroxide system were enhanced upon Al-extraction by oxalate solution even though dithionite solution was much powerful to extract Fe from Fe-hydrous oxide systems. Original(wet) Fe-hydrous oxide A has the highest specific surface and surface charge development(negative and positive), and the greatest amount of less than $2{\mu}m$ sized particles. Specific surface and clay sized particles(less than $2{\mu}m$) of Fe-hydrous oxide A, however, were drastically reduced upon dehydration($P_2O_5$ and oven drying) compare to the rest minerals. The Z.P.C. of these synthetic minerals were 8.0-8.5, 7.5-8.0 and 5.5-6.0 for Fe-hydrous oxide A, B and Al-hydroxide, respectively.
Kim, In-Young;Noh, Ji-Min;Nam, Eun-Hee;Shin, Moon-Sam
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.36
no.2
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pp.498-506
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2019
This study is based on a coating method that provides utilization value as a micronised powder for cosmetic raw materials using natural minerals buried in Bonghwa, Gyeongsangbuk-do in Korea. The mineral powder name is called Buseok, and chemical name is pumice powder. The results of a study on the efficacy of cosmetics are reported by the development of particulate powder to assess the performance of this powder. First of all, in order to coat the surface of this powder with oil, aluminum hydroxide was coated on the particulate surface and then coated with alkylsilan. In addition, it was coated with vegetable oil to prevent condensation of the powder and increase the dispersion in the oil phase. First; the particle size of pumice powder was from 10 to 50mm having porous holes on the surface of the particles. Second; The components of this powder contained $SiO_2$, $Al_2O_3$, $Fe_2O_3$, MgO, CaO, $K_2O_2$, $Na_2O$, $TiO_2$, $TiO_2$, MnO, $Cr_2O_3$, $V_2O_5$. Third: The particles of this powder have a planetary structure and are reddish-brown with porosity through SEM and TEM analysis. Fourth; the far-infrared radiation rate of this parabolic powder was $0.924{\mu}m$, and the radiative energy was $3.72{\times}102W/m^2$ and ${\mu}m$. In addition, the anion emission is 128 ION/cc, which shows that the coating remains unchanged. Based on these results, it is expected to be widely applied to basic cosmetics such as BB cream, cushion foundation, powderfect, and other color-coordinated cosmetics, sunblock cream, wash-off massage pack as an application of cosmetics. (Small and Medium Business Administration: S2601385)
Korea has plentiful precipitation but rainfall events concentrate on several months of rainy season in her weather condition. Korea, therefore, experiences drought for a given period every year. Moreover the soil has usually low water holding capacity, as it is composed coarse particles originated from the granite. Response of several oaks and the Korean red pine (Pinus densiflora) on water stress showed that water budget was significant factor determining vegetation distribution. In addition, dehydration level due to cold resistance mechanism of several evergreen plants during the winter season was closely related to their distribution in natural condition. Experimental result under water stress showed that the Korean red pine was very tolerant to desiccation but the seedlings showed high mortality during the dry season. The mortality tended to proportionate to soil moisture content of each site. A comparison between soil moisture content during June when it is severe dry season and moisture content of the culture soil when the pine seedlings reached the permanent wilting point due to water withheld proved that high mortality during the dry season was due to water deficit. Water potential of sample plants measured during the exposure experiment to the air pollutant showed a probability that water related factors would dominate the occurrence of visible damage and the tolerance level of sample plants. In both field survey and laboratory experiment, plants exposed to air pollution showed more rapid transpiration than those grown in the unpolluted condition. The result would due to injury of leaf surface by air pollutants. Aluminum (Al/sup 3+/) increased in the acid soil not only inhibits root growth but also leads to abnormal distribution of root system and thereby caused water stress. The water stresses due to air pollution and soil acidification showed a possibility that they play dominating roles in inducing forest decline additionally to the existing water deficit due to weather and soil conditions in Korea. Sludge, which can contribute to improve field capacity, as it is almost composed of organic matter, showed an effect ameliorating the retarded growth of plant in the acidified soil. The effect was not less than that of dolomite known in widely as such a soil ameliorator. Litter extract contributed also to mitigate the water stress due to toxic Al/sup 3+/. We prepared a model showing the potential interaction of multiple stresses, which can cause forest decline in Korea by synthesizing those results. Furthermore, we suggested restoration plans, which can mitigate such forest decline in terms of soil amelioration and vegetation restoration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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