Silica fume is a by-product of induction arc furnaces and has long been used as a mineral admixture to produce high-strength, high-performance concrete. Due to the pozzolanic reaction between calcium hydroxide and silica fume, compared with that of Portland cement, the hydration of concrete containing silica fume is much more complex. In this paper, by considering the production of calcium hydroxide in cement hydration and its consumption in the pozzolanic reaction, a numerical model is proposed to simulate the hydration of concrete containing silica fume. The heat evolution rate of silica fume concrete is determined from the contribution of cement hydration and the pozzolanic reaction. 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.
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.
Microstructure modification and electrochemical properties are investigate to estimate the effects of internal chlorides on the steel corrosion in the blended cement systems. According to the test results, slag cement system showed high chloride binding capacity and low corrosion rate. The impedance data showed three distince arcs from lowest(mHz) frequency to highest (MHz) frequency due to product layer, interfacial reaction and bulk matrix. Through the microstructural investigation, fine steel-matrix interface of slag cement system was observed but rough steel-matrix interface of OPC system was observed. Friedel's salt was thought that the substantial material contributed to the chloride binding of slag cement system.
The hydration behavior of fly ash and slag on cement paste were investigated. Early stage of hydration reaction was delayed by mixing fly ash and/or slag with cement, but production of C-S-H hydrates by pozzolanic reaction densified the microstructure. The Ca/Si ratio of C-S-H hydrates in OPC and blended cement of fly ash 50%, slag 50%, fly ash+slag 50% were 2.24, 1.80, 1.82 and 1.97, respectively. The C-S-H gel with low Ca/Si ratio showed rather reticulate than needle-like structure.
본 연구에서는 철과 니켈의 합금강 제조공정에서 발생하는 산업부산물인 페로니켈슬래그를 혼입하여 기존 결합재와의 화학반응 및 성능을 확인하였다. 고로슬래그 미분말과 페로니켈슬래그를 활용하여 시멘트 대비 치환률 50%까지 삼성분계 치환하여 실험을 통해 기초 물성 및 특징을 평가하였다. 실험 결과에 따르면 페로니켈슬래그를 혼입할 시 포졸란 반응이 기여하여 밀실한 내부 공극 및 수화물이 형성되었고, 수화열과 건조 수축 감소 효과도 나타났다. 압축강도는 초기 재령에는 다소 저조한 강도발현을 나타냈으나, 28일 장기재령으로 갈수록 강도 증가가 나타났다. 추후 최적 배합을 도출하여 용도에 맞게 활용할 경우 시멘트 결합재로서의 활용 가능성이 기대된다.
Ramezanianpour, A.A.;Kamel, M.E.;Kazemian, A.;Ghiasvand, E.;Shokrani, H.;Bakhshi, N.
Computers and Concrete
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제10권6호
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pp.649-662
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2012
This paper presents the results of an investigation on the compressive strength and weight loss of mortars containing three types of fillers as cement replacements; Limestone Filler (LF), Silica Fume (SF) and Trass (TR), subjected to elevated temperatures including $400^{\circ}C$, $600^{\circ}C$, $800^{\circ}C$ and $1000^{\circ}C$. Results indicate that addition of TR to blended cements, compared to SF addition, leads to higher compressive strength and lower weight loss at elevated temperatures. In order to model the influence of the different parameters on the compressive strength and the weight loss of specimens, artificial neural networks (ANNs) were adopted. Different diagrams were plotted based on the predictions of the most accurate networks to study the effects of temperature, different fillers and cement content on the target properties. In addition to the impressive RMSE and $R^2$ values of the best networks, the data used as the input for the prediction plots were chosen within the range of the data introduced to the networks in the training phase. Therefore, the prediction plots could be considered reliable to perform the parametric study.
Kim, Si-Jun;Yang, Keun-Hyeok;Lee, Kyung-Ho;Yi, Seong-Tae
Computers and Concrete
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제17권2호
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pp.271-280
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2016
This study examined the mechanical properties and adiabatic temperature rise of low-heat concrete developed based on ternary blended cement using ASTM type IV (LHC) cement, ground fly ash (GFA) and limestone powder (LSP). To enhance reactivity of fly ash, especially at an early age, the grassy membrane was scratched through the additional vibrator milling process. The targeted 28-day strength of concrete was selected to be 42 MPa for application to high-strength mass concrete including nuclear plant structures. The concrete mixes prepared were cured under the isothermal conditions of $5^{\circ}C$, $20^{\circ}C$, and $40^{\circ}C$. Most concrete specimens gained a relatively high strength exceeding 10 MPa at an early age, achieving the targeted 28-day strength. All concrete specimens had higher moduli of elasticity and rupture than the predictions using ACI 318-11 equations, regardless of the curing temperature. The peak temperature rise and the ascending rate of the adiabatic temperature curve measured from the prepared concrete mixes were lower by 12% and 32%, respectively, in average than those of the control specimen made using 80% ordinary Portland cement and 20% conventional fly ash.
Physical properties and microstructure of slag blended cement were investigated to evaluate the influence of sulphates and chlorides. The compressive strength developed as high chloride content dust and gypsum added and accordingly the microstructure modification was showed. The deviation of pore size distribution and hydrates was also observed. From these results we discussed optimum condition of gypsum and high chloride content dust leading to physical properties in this study.
In this study, an experiment was performed to analyze the influence of water-cement ratio on the fundamental characteristics of antiwashout underwater concrete using blended sand (sea sand:river sand = 1:1). The water-cement ratio (45%, 50%, 55%, 60%), andtiwashout underwater agent contents (0.82%, 1.00%, 1.14% of water contents per unit volume of concrete), and superplasticizer contents (1.5%, 2.0%, 2.5% of cement contents per unit volume of concrete) were chosen as the experimental parameters. The experimental results show that the underwater segregation resistance, unit weight of hardening concrete and compressive strength were increased as the water-cement ratio decreased and as the antiwashout underwater agent contents increased. On the other hand, the flowability(slump flow) was increased to the 55% of the increase of water-cement ratio, however, it was decreased at the ratio of 60%. From this study, the antiwashout underwater concrete can potentially be used as a materials underwater work of ocean if the water-cement ratio and chemical admixture contents for the suitable balance between cost and performance are properly selected.
To predict service life of concrete structures exposed to chloride attack, surface chloride concentration, diffusion coefficient of chloride ion, and chloride corrosion threshold value in concrete, are used as important factors. of these, as the diffusion coefficient of chloride ion for concrete is strongly influenced by concrete quality and environmental conditions of structures and may significantly change the service life of structures, it is considered as the most important factor for service life prediction. The qualitative factors affecting the penetration and diffusion of chloride ion into concrete are water-binder(W/B) ratio, age, cement type and constituents, chloride ion concentration of given environment, wet and dry conditions, etc. In this paper the influence of cement type on the diffusion characteristics of chloride ion in concrete was investigated through the chloride ion diffusion test. For this purpose, the diffusion characteristics in concrete with cement type such as ordinary portland cement(OPC), binary blended cement(BBC), and ternary blended cement(TBC) were estimated for the concrete with W/B ratios of 32% and 38%, respectively. It was observed from the test that the difussion characteristics of BBC containing OPC and ground granulated blast-furnace slag was found to be most excellent of the cement type used in this study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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