The glacial tills and shales in Midwestern states of the USA often show strength degradation after construction. They are often in need of applying soil modification techniques to remediate their strength degradation with weathering process. This study investigated the weathering durability of these natural soils and biopolymer treated soils by comparing direct shear test results for wet-dry and wet-freeze-thaw-dry cycled specimens. The tests showed that untreated glacial tills maintained only 62% and 50% initial shear strength after eight wet-dry cycles and eight wet-freeze-thaw-dry cycles, respectively. These untreated soils could not withstand by themselves after 16 weathering cycles. The same soils treated with 1.5% (by dry weight) food-grade Xanthan gum maintained 140% and 88% initial shear strength of untreated soils after 16 weathering cycles for wet-dry cycles and wet-freeze-thaw-dry cycles, respectively. The same soils treated with 1.5% (by dry weight) Gellan gum maintained 82% and 60% initial shear strength of untreated ones after 16 weathering cycles, respectively. Similar results were obtained for crushed shales, manifesting that the biopolymerization method may be adopted as a new eco-friendly method to enhance the weathering durability of these problematic soils of glacial tills and shales.
Low-calcium fly ash (LCFA) were used to prepare cement/LCFA specimens in this study. The basic physical properties including water demand, fluidity, setting time, soundness and drying shrinkage of cement/LCFA paste were investigated. The effects of curing time, immersion time and wet-dry cycles in 3% $Na_2SO_4$ solution on the compressive strength and the microstructures of specimens were also discussed. The results show that LCFA increases the water demand, setting time, soundness of cement paste samples. 50% and 60% LCFA replacement ratio decrease the drying shrinkage of hardened cement paste. The compressive strength of plain cement specimens decreases at the later immersion stage in 3% $Na_2SO_4$ solution. The addition of LCFA can decrease this strength reduction of cement specimens. For all specimens with LCFA, the compressive strength increases with increasing immersion time. During the wet-dry cycles, the compressive strength of plain cement specimens decreases with increasing wet-dry cycles. However, the pores in the specimens with 30% and 40% LCFA at early ages could be large enough for the crystal of sodium sulfate, which leads to the compressive strength increase with the increase of wet-dry cycles in 3% $Na_2SO_4$ solution. The microstructures of cement/LCFA specimens are in good agreement with the compressive strength.
Kabir, Muhammad Ikramul;Samali, Bijan;Shrestha, Rijun
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제11권1호
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pp.69-84
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2017
This paper presents results of an experimental investigation on the behaviour of bond between external glass fibre reinforced polymer reinforcement and concrete exposed to three different environmental conditions, namely, temperature cycles, wet-dry cycles and outdoor environment separately for extended durations. Single shear tests (pull-out test) were conducted to investigate bond strengths (pull-out strengths) of control (unexposed) and exposed specimens. Effect of the exposure conditions on the compressive strength of concrete were also investigated separately to understand the effect of changing concrete compressive strength on the pull-out strength. Based on the comparison of experimental results of exposed specimens to control specimens in terms of bond strengths, failure modes and strain profiles, the most significant degradation of pull-out strength was observed in specimens exposed to outdoor environment, whereas temperature cycles did not cause any deterioration of strength.
콘크리트는 건설분야의 대표적인 복합재료로써 아주 우수한 재료이나, 불균질성을 가진 취성적 재료로 휨이나 인장력에 대해 취약한 거동을 보인다. 이러한 단점을 보완하기 위해 다양한 종류의 섬유를 보강한 콘크리트를 활용하고 있다. 특히, 강섬유는 다른 고분자 섬유에 비해 시장성이 좋으며 우수한 역학적 성능을 가지고 있어 콘크리트 보강재로 널리 사용되고 있다. 그러나 해양 환경에 노출된 부위에 시공할 때 염소이온 침투에 따른 부식의 영향으로 콘크리트의 내구성을 저하시킨다는 문제점을 가진다. 따라서 본 연구에서는 반복적 연수침지가 강섬유 혼입 콘크리트에 미치는 다양한 영향들에 관해 평가해 보고자 하였다. 실험 결과에 따르면, 37주간의 반복적 염수 침지 기간 동안 콘크리트의 상대동탄성 계수의 감소는 관찰되지 않았고, 염수 침지 종료 후의 휨강도의 감소도 발생하지 않았다. 반복시험 종료 후 시편의 파단면 육안 관찰 시 강섬유 부식의 증거는 확인할 수 없었다. 그러나 휨인성은 감소하였는데, 이는 콘크리트 시편의 절반 정도가 휨 시험의 최대 측정변위인 3mm지점에 도달하지 못하고 파괴가 발생하였기 때문이다. 비록 반복적 염수침지가 강섬유의 부식을 통한 콘크리트 균열을 발생시키지 못하더라도, 휨인성에는 영향을 미칠 수 있으므로 해양환경에 강섬유 보강 콘크리트를 사용 시 이를 유의해야 할 것으로 판단된다.
The resilient modulus (MR) of various pavement materials plays a significant role in the pavement design by a mechanistic-empirical method. The MR determination is done by experimental tests that need time and money, along with special experimental tools. The present paper suggested a novel hybridized extreme gradient boosting (XGB) structure for forecasting the MR of modified base materials subject to wet-dry cycles. The models were created by various combinations of input variables called deep learning. Input variables consist of the number of W-D cycles (WDC), the ratio of free lime to SAF (CSAFR), the ratio of maximum dry density to the optimum moisture content (DMR), confining pressure (σ3), and deviatoric stress (σd). Two XGB structures were produced for the estimation aims, where determinative variables were optimized by particle swarm optimization (PSO) and black widow optimization algorithm (BWOA). According to the results' description and outputs of Taylor diagram, M1 model with the combination of WDC, CSAFR, DMR, σ3, and σd is recognized as the most suitable model, with R2 and RMSE values of BWOA-XGB for model M1 equal to 0.9991 and 55.19 MPa, respectively. Interestingly, the lowest value of RMSE for literature was at 116.94 MPa, while this study could gain the extremely lower RMSE owned by BWOA-XGB model at 55.198 MPa. At last, the explanations indicate the BWO algorithm's capability in determining the optimal value of XGB determinative parameters in MR prediction procedure.
The atmospheric corrosIOn properties of Zinc (Zn) under wet/dry transition of $H_20$ film were investigated in this study. The atmospheric corrosion of metal is usually occurred as a result of repetitious thickness transition (so called wet/dry transition) of liquid phase which is covering the metal surface. Corrosion potential and the polarization behaviour of Zn during liquid film thickness transition were measured by Kelvin probe method which IS using vibrating reference electrode without touching the liquid film. The oxidized states of Zn as a result of successive wet/dry transition were also investigated by X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The results show that the corrosion potential and the corrosIOn rate of Zn both are increasing during drying. However, the corrOSIon rate is decreasing again when the Zn surface is completely dried while the corrosion potential still remains high. This behaviour can be explained by the polarization behaviour change of Zn according to the $H_20$ film thickness change. The completely dried surface is consisted mostly with Zn and ZnO phases. After a number of cycles of wet/dry transition, however, the oxidized Zn phase of ${\varepsilon}-Zn(OH)_2$, which has rather voluminous and defected structure, were found.
Atmospheric corrosion behaviors of Zn, Zn-5%Al and Zn-55%A l coated steels have been investigated under cyclic wet-dry environments containing chloride ions. The wet-dry cycle was carried out by alternate exposure to immersion in 0.5 M (or 0.05 M) NaCl solutions and drying at $25^{\circ}C$ and 60 %RH. The polarization resistance $R_p$ and solution resistance $R_s$ were monitored by AC impedance technique. From the obtained $1/R_p$ and $1/R_s$ values, the corrosion rate of the coatings and the Time of Wetness (TOW) were estimated, respectively. Effects of chloride ions and TOW on the corrosion rates of Zn, Zn-5%Al, Zn-55%Al coatings and appearance of red rust (onset of underlying steel corrosion) under wet-dry cycles are discussed on the basis of the corrosion monitoring data.
Timber boardwalk decks are widely installed in parks and scenic areas to provide pedestrians an elevated footpath as well as harmony with the surrounding natural scene. In order to extend the lifespan of boardwalks in the outdoor environment, industrially treated pine timber, such as Pinus sylvestris, is often adopted. However, accidents of pedestrians injured by damaged boardwalk decks have been constantly reported. Therefore, the mechanical behavior of two different types of treated timber was examined in this study under repeated wetting and drying. An increasing number of radial cracks appeared with increasing length and width as more cycles were performed. A loss of more than 40% of the screw withdrawal capacity was observed in both end grain and face grain for the two types of timber after twelve accelerated wet-dry cycles, which coincides with the observation of damaged timber boardwalks in the field investigation. At the same time, it was found that both the compressive and the flexural strength was not sensitive to the wet-dry cycles especially at large cycle numbers.
To improve the utilization rate of phosphate tailings (PTs) and widen the sources of subgrade filler, the PTs is employed to modify clay, forming a PTs modified clay, applied in the subgrade. Accordingly, the environmental friendliness of PTs was investigated. Subsequently, an optimal proportion was determined through compaction and California Bearing Ratio (CBR) experiments. Afterward, the stability of mixture with the optimal proportion was further evaluated through the water stability and dry-wet stability experiments. Finally, via the gradation and microstructure experiments, the strength mechanism of PTs modified clay was analyzed. The results show that the PTs were classified in the non-hazardous solid wastes, belonging to Class A building materials. With the increase of PTs content and the decrease of clay content, the optimum water content and the swelling degree gradually decrease, while the maximum dry density and CBR first increase and then decrease, reaching their peak value at 50% PTs content, which is the optimal proportion. The resilient modulus of PTs modified clay at the optimal proportion reaches 110.2 MPa. The water stability coefficient becomes stable after soaking for 4 days, while the dry-wet stability coefficient decreases with the increase of cycles and tends to be stable after 8 cycles. Under the long-term action, the dry-wet change has a greater adverse impact than continuous soaking. The analysis demonstrates that the better strength mainly comes from the skeleton role of PTs and the cementation of clay. The systematic laboratory test results and economic analysis collectively provide data evidence for the advantages of PTs modified clay as a subgrade filler.
본 연구는 시멘트 모르타르 속에 매입된 철근이 3wt.% NaCl 전해질 수용액에 8시간 침지 및 대기 중에서 16시간 건조가 반복되는 환경에 있을 때 교류 임피던스법을 이용하여, 10kHz에서 용액저항, 10mHz에서 전하이동저항을 측정하여, 그 값의 차이로부터 분극저항을 계산하여 부식속도를 측정하였다. 부식속도를 제어하기 위해 포화 Ca(OH)2 용액에서 일정시간 전착하여, 그 효과를 관찰하였다. 철근의 부식속도는 용존산소의 확산속도 증가에 의해, 침지보다는 건조 환경에서 가속되었으며, 이것은 모르타르 두께가 얇을수록 명확히 측정되었다. 침지 및 건조 반복횟수가 증가함에 따로, 철근의 부식속도는 부동태에서 Low-middle 상태로 가속되었으며, 그 기준은 다수의 연구자들이 사용한 기준을 사용하였다. 이 기준에 의해 철근의 부식속도가 Low-middle 상태가 되면, 포화 Ca(OH)2 용액에서 -10 uA/㎠ 전류밀도를 사용하여 철근에 전착을 진행하고, 5일간 건조시킨 후, 3wt.% NaCl 용액에서 침지-건조 반복실험을 다시 진행하면서, 부식속도를 측정하였다. 측정결과, 모르타르의 두께가 얇은 경우, 부식속도의 감소를 명확히 관찰하였다. 또한, 전착에 의한 철근의 부식속도 감소는 침지상태에서 보다 철근이 건조과정에 놓일 때, 더욱 크게 측정되었다. 전착처리에 따라 칼슘은 철근표면과 모르타르 계면에 존재하는 Porous rust layer의 void를 메우는 것으로 보인다. 시험체가 건조과정에 놓일 때, 철근표면에 형성된 다공질의 녹층속에 농축된 Ca2+가 침지과정보다 쉽게 CO32-와 결합되어, CaCO3가 형성됨으로서 철근의 부식속도를 더욱 감소시킨 것으로 생각된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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