In recent decades, climate change has become an issue of global importance. The calcium sulfoaluminate (CSA) cement emits lower CO2 than the Portland cements while manufacturing. However, ettringite, which is a main hydration product of CSA cement, starts dehydrating at a temperature above 100℃, hence it may limit the CSA cement for high temperature application. Recently, an early carbonation curing of cement-based material has been extensively studied in terms of carbon neutralization. The carbonation curing of CSA cement has a potential to transform the AFt and AFm phases into calcium carbonate, and the transformation of unstable hydrates to stable hydrates can increase the resistance to elevated temperature. This review study summarizes and discusses the carbonation curing effect of CSA cement and the thermal stability of CSA cement exposed to elevated temperatures.
In this study, microstructures and mechanical properties of repair materials using calcium sulfoaluminate (CSA) and/or amorphous calcium aluminate (ACA) cements were experimentally investigated. By XRD ansysis, the hydrates formed in repair materials were identified. In addition, the microstructures of repair materials were visually examined through SEM observation. Setting time of mortars made with repair materials were measured. The strength development and ultrasonic velocity of the mortars were also evaluated at the predetermined ages. As a result, it seems that ACA showed a benefit effect with respect to mechanical properties of mortars.
James Innocent Ocheme;Sakiru Olarewaju Olagunju;Ruslan Khamitov;Alfrendo Satyanaga;Jong Kim;Sung-Woo Moon
Geomechanics and Engineering
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제33권1호
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pp.41-51
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2023
Cementitious materials such as Ordinary Portland Cement (OPC), fly ash, lime, and bitumen have been employed for soil improvement over the years. However, due to the environmental concerns associated with the use of OPC, substituting OPC with calcium sulfoaluminate (CSA) cement offers good potential for ground improvement because it is more eco-friendly. Although earlier research has investigated the stabilizing effects of CSA cement-treated sand, no attempt has been made to examine soil behavior under high confining pressure. As a result, this study aimed to investigate the shear strength and mechanical behavior of CSA cement-treated sand using a consolidated drained (CD) triaxial test with high confining pressure. The microstructure of the examined sand samples was investigated using scanning electron microscopy. This study used sand with CSA cement contents of 3%, 5%, and 7% and confining pressures of 0.5, 1.0, and 1.5 MPa. It revealed that the confining pressures and CSA cement content significantly affected the stress-strain and volumetric change behavior of CSA cement-treated sand at high confining pressures.
칼슘실리케이트 시멘트(Calcium silicate cement, CSC)는 친환경 저탄소 시멘트로써 최근에 많은 연구가 진행되고 있다. 하지만 이산화탄소 반응 활성화와 시료 handling을 위하여 사전경화 단계를 진행하여야하는 어려움이 있다. 본 연구에서는 CSC에 칼슘설포아루미네이트(Calcium sulfoaluminate, CSA) 속경시멘트를 혼합하여 초기강도 발현으로 사전경화 없이 사용할 수 있는 CSC의 확대적용 가능성을 살펴보고자 하였다. 이를 위하여 이산화탄소 분위기에서 CSC 와 CSA 속경성 시멘트 혼합비율 변화에 따른 압축강도와 Q-XRD 광물특성 함량 변화를 측정하였다. 압축강도 측정결과, CSC 50% 조건에서 3일과 7일 압축강도가 각 각 14.18MPa과 22.98MPa로 1종시멘트 KS규격을 만족하였다. 광물특성 분석을 통하여 이산화탄소 반응생성물인 calcite 광물이 증가하여 강도발현에 기여했음을 알 수 있었다. 7일 경과 후에도 수화광물인 dicalcium silicate 및 yeelimite광물뿐 아니라, 이산화탄소와 반응하지 않은 rankiniten 및 pseudowollastonite 광물이 다량 관찰되어 7일이후의 강도발현 가능성을 확인하였다.
Calcium sulfoaluminate, $C_4$A$_3$$\bar{S}$, was prepared for reutilizing industrial by-products, such as II-CaSO$_4$, Al(OH), CaF$_2$ and cement sludge wastes. Mixed powder was fired at 1,15$0^{\circ}C$. $C_4$A$_3$$\bar{S}$ clinkers fired at 1,15$0^{\circ}C$ were analyzed by SEM and XRD. Also were added in cement paste and mortar and characterized as setting time, flow values and compressive strength. $C_4$A$_3$$\bar{S}$ could be found in the X-ray diffraction pattern. The setting time of cement pastes added clinkers fired at 1,15$0^{\circ}C$ was shorter than that of ordinary portland cement. Also the compressive strengths of the cement mortar added clinkers was higher than those of ordinary portland cement.
de Bruyn, Kyle;Bescher, Eric;Ramseyer, Chris;Hong, Seongwon;Kang, Thomas H.K.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제11권1호
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pp.59-68
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2017
Mercury intrusion and nitrogen sorption porosimetry were employed to investigate the pore structure of calcium sulfoaluminate ($C{\bar{S}}A$) and portland cement pastes with cement-to-water ratio (w/c) of 0.40, 0.50, and 0.60. A unimodal distribution of pore size was drawn for $C{\bar{S}}A$ cement pastes, whereas a bimodal distribution was established for the portland cement pastes through analysis of mercury intrusion porosimetry. For the experimental results generated by nitrogen sorption porosimetry, the $C{\bar{S}}A$ cement pastes have a smaller and coarser pore volume than cement paste samples under the same w/c condition. The relative dynamic modulus and percentage weight loss were used for investigation of the concrete durability in freeze-thaw condition. When coarse aggregate with good freeze-thaw durability was mixed, air entrained portland cement concrete has the same durability in terms of relative dynamic modulus as $C{\bar{S}}A$ cement concrete in a freeze-thaw environment. The $C{\bar{S}}A$ cement concrete with poor performance of durability in a freeze-thaw environment demonstrates the improved durability by 300 % over portland cement concrete. The $C{\bar{S}}A$ concrete with good performance aggregate also exhibits less surface scaling in a freeze-thaw environment, losing 11 % less mass after 297 cycles.
Organic soils pose significant challenges in geotechnical engineering due to their high compressibility and low stability, which can result in issues like differential settlement, rutting, and pavement deformation. This study explores effective methods for stabilizing organic soils. Rather than conventional ordinary Portland cement (OPC), the focus is on using environmentally friendly calcium sulfoaluminate (CSA) cement, known for its rapid setting, high early strength development, and environmental benefits. Mechanical behavior is analyzed through 1-D free swell, unconfined compressive strength (UCS), and bender element (BE) tests. Microstructural analyses, including Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM), characterize the soil mixed with CSA cement. Experimental results demonstrate improved soil properties with increasing cement dosage and curing periods. A notable strength increase is observed in soil samples with 15% cement content, with UCS doubling after 7 days. This trend aligns with shear wave velocity results from the BE test. SEM and FTIR spectroscopy reveal how CSA cement hydration forms hydrated calcium silicate gel and ettringite, enhancing soil properties. CSA cement is recommended for reinforcing organic subgrade soil due to its eco-friendly nature and rapid strength gain, contributing to improved durability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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