Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.64
no.1
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pp.91-98
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2022
Multi-layered geotextile tubes may have problems on its stability when used as cofferdam. This study presents the shear strength characteristics at the interface between geotextiles and a cementitious binder material to improve the stability of the multi-layered geotextile tubes. In this study, two different types of geotextiles are used. After mixing with a rapid setting cement, fly ash, sand, accelerator, and water, the cementitious binder material is prepared at the interface between two geotextile samples and cured under water for a desired period. The specimen is placed on upper and lower direct shear boxes by using clamping systems. A series of direct shear tests for two different geotextiles are performed along the curing time under three vertical stresses. Experimental results show that the shear strength at the interface between the cementitious binder material and geotextiles is greater than that at the interface between two geotextiles. For two types of geotextiles, apparent cohesion occurs at the interface between the cementitious binder material and geotextiles. In addition, the friction angles for any curing time are improved, compared to the interface between two geotextiles. The cementitious binder material suggested for the interface between two geotextiles may be useful for the reinforcement of multi-layered geotextile tubes.
In order to enhance the greenness in the strain-hardening composites and to reduce the high cost of typical polyvinyl alcohol fiber reinforced engineered cementitious composite (PVA-ECC), an affordable strain-hardening composite with green binder content has been proposed. For optimizing the strain-hardening behavior of cementitious composites, this paper investigates the effects of polypropylene fibers on the first cracking strength, fracture properties, and micromechanical parameters of cementitious composites. For this purpose, digital image correlation (DIC) technique was utilized to monitor crack propagation. In addition, to have an in-depth understanding of fiber/matrix interaction, scanning electron microscope (SEM) analysis was used. To understand the effect of fibers on the strain hardening behavior of cementitious composites, ten mixes were designed with the variables of fiber length and volume. To investigate the micromechanical parameters from fracture tests on notched beam specimens, a novel technique has been suggested. In this regard, mechanical and fracture tests were carried out, and the results have been discussed utilizing both fracture and micromechanical concepts. This study shows that the fiber length and volume have optimal values; therefore, using fibers without considering the optimal values has negative effects on the strain-hardening behavior of cementitious composites.
The objective of this study was to derive a cementitious material for three-dimensional (3D) concrete printing that fulfills key performance functions, extrudability, buildability and bondability for 3D concrete printing. For this purpose, the rheological properties shown by different compositions of cement paste, the most fundamental component of concrete, were assessed, and the correlation between the rheological properties and key performance functions was analyzed. The results of the experiments indicated that the overall properties of a binder have a greater influence on the yield stress than the plastic viscosity. When the performance of a cementitious material for 3D printing was considered in relation with the properties of a binder, a mixture with FA or SF was thought to be more appropriate; however, a mixture containing GGBS was found to be inappropriate as it failed to meet the required function especially, buildability and extrudability. For a simple quantitative evaluation, the correlation between the rheological parameters of cementitious materials and simplified flow performance test results-time taken to reach T-150 and the number of hits required to reach T-150-in consideration of the flow of cementitious materials was compared. The result of the analysis showed a high reliability for the correlation between the rheological parameters and the time taken to reach T-150, but a low reliability for the number of hits needed for the fluid to reach T-150. In conclusion, among several performance functions, extrudability and buildability were mainly assessed based on the results obtained from various formulations from a rheological perspective, and the suitable formulations of composite materials for 3D printing was derived.
Displacement is an important element for evaluating the stability and failure mechanism of hydraulic structures. Digital image correlation (DIC) is a useful technique to measure a three-dimensional displacement field using two cameras without any contact with test material. The objective of this study is to evaluate the behavior of stacked geotextile tubes using the DIC technique. Geotextile tubes are stacked to build a small-scale temporary dam model to exclude water from a specific area. The horizontal and vertical displacements of four stacked geotextile tubes are monitored using a dual camera system according to the upstream water level. The geotextile tubes are prepared with two different fill materials. For each dam model, the interface layers between upper and lower geotextile tubes are either unreinforced or reinforced with a cementitious binder. The displacement of stacked geotextile tubes is measured to analyze the behavior of geotextile tubes. Experimental results show that as upstream water level increases, horizontal and vertical displacements at each layer of geotextile tubes initially increase with water level, and then remain almost constant until the subsequent water level. The displacement of stacked geotextile tubes depends on the type of fill material and interfacial reinforcement with a cementitious binder. Thus, the proposed DIC technique can be effectively used to evaluate the behavior of a hydraulic structure, which consists of geotextile tubes.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.2
no.3
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pp.247-254
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2014
The present study prepared lightweight foam-soil concrete mixtures classified into three groups. Considering the sustainablility, workability, and compressive strength development of such concrete, high-volume supplementary cementitious materials (SCMs) were used as follows: 20% cement, 15% fly ash, and 65% ground granulated blast-furnace slag. As main test parameters selected for achieving the compressive strength of 1MPa and dry density of $1,000kg/m^3$, the unit solid content (dredged soil and binder) ranged between 900 and $1,807kg/m^3$, and soil-to-binder ratio varied between 3.0 and 7.0. Test results revealed that the flow of the lightweight foam-soil concrete tended to decrease with the increase of unit soil content. The compressive strength of such concrete increased with the increase with the unit binder content, whereas it decreased as soil-to-binder ratio increased, indicating that the compressive strength can be formulated as a function of its dry density and soil-to-binder ratio.
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.
The present study assessed the $CO_2$ emissions of concrete according to the type and replacement ratio of supplementary cementitious materials (SCM) and concrete compressive strength using a comprehensive database including 2464 cement concrete specimens and 776 cement concrete mixes with different SCMs. The system studied in $CO_2$ assessment of concrete based on Korean lifecycle inventory was from cradle to pre-construction, which includes consistent materials, transportation and production phases. As the performance efficiency indicators, binder and $CO_2$ intensities were analyzed, and simple equations to evaluate the amount of $CO_2$ emission of concrete were then formulated as a function of concrete compressive strength and the replacement ratio of each SCM. Hence, the proposed equations are expected to be practical and useful as a guideline to determine the type and replacement ratio of SCM and unit content of binder in concrete mix design that can satisfy the target compressive strength and $CO_2$ reduction percentage relative to cement concrete.
Concrete is widely used in the construction industry; however, it has the disadvantage of deteriorating durability due to cracks occurring because of climate change and shrinkage. In addition, when cement is used as a binder, CO2 emitted during the manu-facturing process accounts for ~8% of global CO2 emissions. In this study, ecofriendly cementitious materials such as blast furnace slag powder and fly ash (FA) were used as cement substitutes in the production of mortar containing a chitosan-based polymer (CP), and their fluidity, compressive strength, and self-healing performance were examined. The 28-day compressive strength of the control sample was ~32.4 MPa (the lowest for all tested samples), while that of the sample containing 5% CP and 20% FA was ~49.6 MPa (the highest for all tested samples) and ~53.1% higher than that of the control sample. Even at a healing age of 56 days, the control sample exhibited the lowest healing performance, whereas the samples containing CP (5%, 10%) and 20% FA demonstrated excellent healing performance. After 28 days, the decrease in crack size for the control sample was minimal; however, for the sample containing only cement and CP, a significant decrease in crack size was observed even after 28 days. This study confirmed that the appropriate use of CP and cementitious materials improves not only compressive strength but also the selfhealing performance of mortar.
Most difficulties of inducing high fluidity on the concrete mixing design with a strength range of 210 to 240kg/$\textrm{cm}^2$ result from the segregation of aggregates due to the shortage of cementitious binders. To solve the problem, this study concentrated on finding the optimized amount of binder material which does not affect the concrete strength and is also economical. Also there were studies on the use of intermediate sized aggregates to avoid the gap-grading between coarse and fine aggregates so that the material segregation in high flowing concrete was and minimalized the fluidity and penetration capacity of the reinforcing bars was enhanced. Throughout the parametric study with respect to water/binder ratio. superplasticizer. replaceable mineral admixture, the size of coarse aggregate and mixing methods, the effect of each constituent on the characteristics of high flowing concrete could be observed. As a result or partially using stone powder or an intermediate class of aggregate (max. diameter 13mm) . it was fund that the fluidity of concrete significantly increased without material segregation and any change of compressive strengths. It was also proved in this study that proper mixing time and speed are significant factors influence the performence of high flowing concrete.
Asteris, Panagiotis G.;Ashrafian, Ali;Rezaie-Balf, Mohammad
Computers and Concrete
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v.24
no.2
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pp.137-150
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2019
In this paper, surrogate models such as multivariate adaptive regression splines (MARS) and M5P model tree (M5P MT) methods have been investigated in order to propose a new formulation for the 28-days compressive strength of self-compacting concrete (SCC) incorporating metakaolin as a supplementary cementitious materials. A database comprising experimental data has been assembled from several published papers in the literature and the data have been used for training and testing. In particular, the data are arranged in a format of seven input parameters covering contents of cement, coarse aggregate to fine aggregate ratio, water, metakaolin, super plasticizer, largest maximum size and binder as well as one output parameter, which is the 28-days compressive strength. The efficiency of the proposed techniques has been demonstrated by means of certain statistical criteria. The findings have been compared to experimental results and their comparisons shows that the MARS and M5P MT approaches predict the compressive strength of SCC incorporating metakaolin with great precision. The performed sensitivity analysis to assign effective parameters on 28-days compressive strength indicates that cementitious binder content is the most effective variable in the mixture.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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