The use of rock wool waste, an industrial by-product, in cement-based composites has positive effects on the environment because it reduces the problems associated rock wool disposal. The experiments in this study tested cement-based composites using various rock wool waste contents (10, 20, 30 and 40% by weight of cement) as a partial replacement for Portland cement in mortars. The pozzolanic strength activity test, flow test, compressive strength test, dry shrinkage test, absorption test, initial surface absorption test and scanning electron microscope observations were conducted to evaluate the properties of cement-based composites. Test results demonstrate that the pozzolanic strength activity index for rock wool waste specimens is 103% after 91 days. The inclusion of rock wool waste in cement-based composites decreases its dry shrinkage and initial surface absorption, and increases its compressive strength. These improved properties are the result of the dense structure achieved by the filling effect and pozzolanic reactions of the rock wool waste. The addition of 30% and 10% rock wool wastes to cement is the optimal amount based on the results of compressive strength and initial surface absorption for a w/cm of 0.35 and 0.55, respectively. Therefore, it is feasible to utilize rock wool waste as a partial replacement of cement in cement-based composites.
Result of an experimental study on the manufacture, the mechanical properties and waterightness of pitch-based carbon fiber reinforced fly ash.cement composites are presented in this paper. The carbon fiber reinforced fly ash.cement composites using early strength cement, silica powder and a small amount of stylene butadiene rubber latex are prepared with carbon fiber, foaming agents and mixing conditions. As a result, the mechanical and plysical properties such as compresive, tensile and flectural strengths, watertightness and cement composites are improved by using a small amount of stylene butadiene rubber latex.
본 연구는 폴리비닐 알코올 섬유 및 강섬유를 체적비율로 1.5% 혼입한 고인성 섬유보강 시멘트복합체에 대한 비상체의 고속충돌시험을 실시하고, 충돌조건에 따른 파괴특성을 실험적으로 검토하는 것을 목적으로 하였다. 비상체의 충돌에 의한 고인성 섬유보강 시멘트복합체의 파괴특성을 평가하기 위하여 화약압력식 충격시험장치를 활용하였으며, 충돌속도의 범위는 약 150~1,000m/s로 설정하였다. 파괴특성에 대한 평가결과, 고인성 섬유보강 시멘트복합체는 섬유를 혼입하지 않은 Plain시험체의 약 3배 이상의 비상체 운동에너지가 작용하는 범위에서도 표면관입의 파괴등급으로 평가되었으며, 시험체가 파단되지 않는 내충격성능이 확인 되었다. 또한, 충돌시험 전후에 대한 시험체의 질량감소율의 경우, Plain시험체는 비상체의 운동에너지의 증가율과 비례적인 관계를 보였지만, 고인성 섬유보강 시멘트복합체는 비상체의 운동에너지의 영향을 크게 받지 않는 것으로 나타났다. 특히, 이와 같은 경향은 시험체 배면의 파괴특성과 밀접한 관계를 가지며, S시험체에 비해 PVA시험체의 배면박리 억제효율이 큰 것으로 평가되었다. 한편, 국부손상에 대한 표면관입깊이 및 배면박리깊이의 관계를 검토한 결과, 고인성 섬유보강 시멘트복합체는 Plain과 달리 시험체 단면의 중앙선을 기준으로 배면에 가까운 영역에서 배면박리가 발생하는 것을 알 수 있었다. 본 연구를 통해 비상체의 충돌에 대한 고인성 섬유보강 시멘트복합체의 주요 파괴거동이 검토되었으며, Plain과 비교하여 내충격성능의 향상을 명확히 확인하였다.
Three-dimensional graphic objects created by MATLAB are exported to the AUTOCAD program through the MATLAB handle functions. The imported SAT format files are used to produce the finite element mesh for MSC.PATRAN. Based on the Monte-Carlo random sample principle, the material heterogeneity of cement composites with randomly distributed fibers is described by the WEIBULL distribution function. In this paper, a concept called "soft region" including micro-defects, micro-voids, etc. is put forward for the simulation of crack propagation in fiber-reinforced cement composites. The performance of the numerical model is demonstrated by several examples involving crack initiation and growth in the composites under three-dimensional stress conditions: tensile loading; compressive loading and crack growth along a bimaterial interface.
The paper considers a theoretical model for the study of the process of transfer of sulfate ions in saturated porous media - mineral composites. In its turn, the model treats diffusion of sulfate ions into cement based composites, accounting for simultaneous effects such as filling of micro-capillaries with ions and chemical products and liquid push out of them. The proposed numerical algorithm enables one to account for those simultaneous effects, as well as to model the diffusive behavior of separate sections of the considered volume, such as inert fillers. The cases studied illustrate the capabilities of the proposed model and those of the algorithm developed to study diffusion, considering the specimen complex configuration. Computations show that the theoretical assumptions enable one to qualitatively estimate the experimental evidence and the capabilities of the studied composite. The results found can be used to both assess the sulfate corrosion in saturated systems and predict and estimate damage of structures built of cement-based mineral composites.
The cementitious composites have been developed to satisfy various demands of the construction market. The conductive concrete, which is a carbon-based cementitious composite, was used for the deicing or the detecting the internal crack. The cement-based battery is a technology that applies the basic concept of the alkaline battery to these conductive concretes. The cementitious composites could have a function as batteries, through a mixing of anode and cathode, which were consist of the zinc and manganese dioxide powder. The carbon-based materials, which have a significant effect on electrical properties, could be considered as the main variable in cement-based batteries. Therefore, in this study, the effects of carbon-based materials were investigated. Two types of materials, including the Carbon black and Multi-walled carbon nanotube(MWCNT), were considered as the main variables. From the experiment results, the electrical characteristics such as resistance, voltage, and current were compared according to the age.
The purpose of this study is to improve the durability performance of polymer modified cement composites for repair of concrete under combined aging conditions. The experimental procedure was divided into three parts. First, the replacement level of mineral admixtures in polymer modified cement composites were determined in an experimental study based on a Box Behnken design. Second, the flow value, compressive strength and chloride permeability test of sixteen types of mixtures were conducted. Test results show that the polymer modified cement composites were effected on the improvement of the compressive strength and permeability performance. Third, the effects on the replacement level of silica fume mixture was evaluated by the compressive strength, chloride permeability, chemical resistance and repeated freezing and thawing cycles test. They demonstrated that the polymer modified cement composites using mixture of silica fume, fly ash, and blast furnace slag improved the durability performance.
Recently, a lot of nano-scale material technology development and research have been conducted in construction fields to improve the compressive strength and durability of cement-based Composites. There are some studies that have confirmed the properties and application effects of cement-based complex using each nanomaterial, but development and research using both materials are relatively limited. This study sought to confirm the effect of multi-wall carbon nanotubes (MWCNT) and nanosilica, which are representative construction nanomaterials, on the compressive strength, voids, and microstructure formation of cement. The purpose was to produce a cement composite by changing the mixing rate of the two nanomaterials, and to find the optimal mixing amount considering its mechanical and rheological properties.
The fractal geometry is a non-Euclidean geometry which describes the naturally irregular or fragmented shapes, so that it can be applied to fracture behavior of materials to investigate the fracture process. Fractal curves have a characteristic that represents a self-similarity as an invariant based on the fractal dimension. This fractal geometry was applied to the crack growth of cementitious composites in order to correlate the fracture behavior to microstructures of cementitious composites. The purpose of this study was to find relationships between fractal dimensions and fracture energy. Fracture test was carried out in order to investigate the fracture behavior of plain and fiber reinforced cement composites. The load-CMOD curve and fracture energy of the beams were observed under the three point loading system. The crack profiles were obtained by the image processing system. Box counting method was used to determine the fractal dimension, D$_{f}$. It was known that the linear correlation exists between fractal dimension and fracture energy of the cement composites. The implications of the fractal nature for the crack growth behavior on the fracture energy, G$_{f}$ is apparent.ent.
Based on the general theory of elasticity, the static behavior of 2-2 cement-based piezoelectric curved composites is investigated. The actuator consists of 2 cement layers and 1 piezoelectric layer. Considering the electrode layer between the cement layer and the piezoelectric layer as the elastic layer, the exact solutions of the mechanical and electrical fields of the curved composites are obtained by utilizing the Airy stress function method. Furthermore, the theoretical results are compared with the FEM results and good agreements (with almost no error) are obtained, thus proving the validity of this study. Furthermore, the influence of certain parameters is discussed, which can help to get the desired displacements and stresses. Finally, it is seen that the analytical model established in this paper works well, which could benefit the design of this kind of cement-based smart devices.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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