The various types of structural materials that are available in the construction industry nowadays make it necessary to predict their stress-strain behavior. Geopolymer are alternatives for ordinary Portland cement concrete that are made from pozzolans activation. Due to relatively new material, many mechanical specifications of geopolymer are still not yet discovered. In this study, stress-strain behavior has been provided from experiments for unconfined geopolymers. Modulus of Elasticity and stress-strain behavior are critical requirements at analysis process and knowing complete stress-strain curve facilitates structural behavior assessment at nonlinear analysis for structures that have built with geopolymers. This study intends to investigate stress-strain behavior and modulus of elasticity from experimental data that belongs for geopolymers varying in fineness and mix design and curing method. For the sake of behavior determination, 54 types of geopolymer are used. Similar mix proportions are used for samples productions that have different fineness and curing approach. The results indicated that the compressive strength ranges between 7.7 MPa and 43.9 MPa at the age of 28 days curing.
Evolutionary algorithms based on conventional statistical methods such as regression and classification have been widely used in data mining applications. This work involves application of gene expression programming (GEP) for predicting compressive strength of fly ash geopolymer concrete, which is gaining increasing interest as an environmentally friendly alternative of Portland cement concrete. Based on 56 test results from the existing literature, a model was obtained relating the compressive strength of fly ash geopolymer concrete with the significantly influencing mix design parameters. The predictions of the model in training and validation were evaluated. The coefficient of determination ($R^2$), mean (${\mu}$) and standard deviation (${\sigma}$) were 0.89, 1.0 and 0.12 respectively, for the training set, and 0.89, 0.99 and 0.13 respectively, for the validation set. The error of prediction by the model was also evaluated and found to be very low. This indicates that the predictions of GEP model are in close agreement with the experimental results suggesting this as a promising method for compressive strength prediction of fly ash geopolymer concrete.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.1
no.1
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pp.35-41
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2013
In this study, we investigated the strength development and durability of geopolymer mortar using blast furnace slag only, and admixed with blast-furnace slag and fly ash as cementious materials in oder to develop cementless geopolymer concrete. In order to compare with the geopolymer mortar, the normal mortar using ordinary portland cement was also test. In view of the results, we found out that strength development, the resistance to freezing-thawing of the geopolymer mortar have better than the mortar using ordinary portland cement. Especially, using the combined with blast furnace slag and fly ash develop high strength of above 60 MPa, and improve the resistance of freezing-thawing of approximately 20%, but promote the velocity of carbonation of 2.2~3.5 times.
This paper presents the behavior of geopolymer concrete beams reinforced with glass fiber reinforced polymer (GFRP) bars. In the study, ordinary Portland cement concrete and geopolymer concrete beams having GFRP bars were prepared and tested under four-point loading. The load-deflection diagrams and load capacities of the tested beams were obtained. It was observed that the tested beams exhibited good ductility and significant deflection capacity. The results showed that increasing the tension GFRP reinforcement ratio caused enhancement in the strength capacity of geopolymer concrete beams. In addition, the tested beams were analyzed to obtain the load capacity and the load-deflection responses. The theoretical load-deflection curves and load bearing capacities have been predicted well with the test results. Parametric study has been performed to determine the influences of concrete strength, shear span to depth ratio (a/d) and reinforcement ratio on the behavior of geopolymer concrete beams longitudinally reinforced with GFRP bars. It was concluded that increasing concrete strength led to an increase in load capacity. Besides, the ultimate load increased as the reinforcement ratio increased. On the other hand, increasing a/d ratio reduced the ultimate load value of GFRP reinforced geopolymer concrete beams.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.2
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pp.101-107
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2022
This study proposes the deconvolution method for the nanoindentation test results of geopolymer employing the Gaussian mixture model. Geopolymer has been studied extensively as an alternative construction material because it emits relatively lower CO2 compared to ordinary Portland cement. Geopolymer is made of aluminosilicate and alkaline solution, and the Si/Al molar ratio affects its mechanical properties. Previous studies revealed that the Si/Al molar ratio of 1.8~2.0 results in the highest compressive strength, and the Si/Al molar ratio over 1.8 degrades the compressive strength of geopolymer severely; however the reason for the compressive strength degradation is still unclear. To understand the effect of the Si/Al molar ratio on the geopolymer structure, this study exploits the nanoindentation. The phase deconvolution of the indent modulus data is successful using the Gaussian mixture model, and it is observed that the Si/Al molar ratio alters the homogeneity of the geopolymer. Geopolymer becomes more homogeneous up to an Si/Al molar ratio of 1.8 at which geopolymer exhibits the highest compressive strength. The examination of this study is assumed to be adopted as evidence of strength degradation by the Si/Al ratio higher than the optimum value.
Geopolymer concrete (GPC), which is recognised as an environmentally friendly alternative to ordinary Portland cement (OPC) concrete, has been reported to possess high fire resistance. However, very limited research has been conducted to investigate the behaviour of geopolymer concrete-filled steel tubular (GCFST) columns at either ambient or elevated temperatures. This paper presents the compressive test results of a total of 15 circular concrete-filled steel tubular (CFST) stub columns, including 5 specimens tested at room temperature, 5 specimens tested at elevated temperatures and the remaining 5 specimens tested for residual strength after exposure to elevated temperatures. The main variables in the test program include: (a) concrete type; (b) concrete strength; and (c) curing condition of geopolymer concrete. The test results demonstrate that GCFST columns have similar ambient temperature behaviour compared with the conventional CFST counterparts. However, GCFST columns exhibit better fire resistance than the conventional CFST columns. Meanwhile, it is found that the GCFST column made with heat cured GPC has lower strength loss than other columns after exposure to elevated temperatures. The research results highlight the possibility of using geopolymer concrete to improve the fire resistance of CFST columns.
This paper presents chloride induced corrosion durability of reinforcing steel in geopolymer concretes containing different contents of sodium silicate ($Na_2SiO_3$) and molarities of NaOH solutions. Seven series of mixes are considered in this study. The first series is ordinary Portland cement (OPC) concrete and is considered as the control mix. The rest six series are geopolymer concretes containing 14 and 16 molar NaOH and $Na_2SiO_3$ to NaOH ratios of 2.5, 3.0 and 3.5. In each series three lollypop specimens of 100 mm in diameter and 200 mm in length, each having one 12 mm diameter steel bar are considered for chloride induced corrosion study. The specimens are subjected to cyclic wetting and drying regime for two months. In wet cycle the specimens are immersed in water containing 3.5% (by wt.) NaCl salt for 4 days, while in dry cycle the specimens are placed in open air for three days. The corrosion activity is monitored by measuring the copper/copper sulphate ($Cu/CuSO_4$) half-cell potential according to ASTM C-876. The chloride penetration depth and sorptivity of all seven concretes are also measured. Results show that the geopolymer concretes exhibited better corrosion resistance than OPC concrete. The higher the amount of $Na_2SiO_3$ and higher the concentration of NaOH solutions the better the corrosion resistance of geopolymer concrete is. Similar behaviour is also observed in sorptivity and chloride penetration depth measurements. Generally, the geopolymer concretes exhibited lower sorptivity and chloride penetration depth than that of OPC concrete. Correlation between the sorptivity and the chloride penetration of geopolymer concretes is established. Correlations are also established between 28 days compressive strength and sorptivity and between 28 days compressive strength and chloride penetration of geopolymer concretes.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.4
no.4
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pp.454-462
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2016
Geopolymer concrete is a new class of construction materials that has emerged as an alternative to ordinary Portland cement concrete to reduce the emission of $CO_2$ in the production of concrete. Many researches have been carried out on material developments of geopolymer concrete, however a few studies have been reported on the structural use of them. This paper presents an experiment on the bond behaviors of reinforcements embedded in fly ash based geopolymer concrete. The development lengths of reinforcement for various compressive strength levels of geopolymer concrete, 20, 30 and 40 MPa, and reinforcement diameters, 10, 16 and 25 mm, are investigated. Total 27 specimens were manufactured and pull-out test according to EN 10080 was applied to measure the bond strength and slips between concrete and reinforcements. As the compressive strength levels of geopolymer concrete increase, the bond strength between geopolymer concrete and reinforcement increase. The bond strengths decrease as the diameters of reinforcements increase, which is similar in normal concrete. Also, an estimation equation for the basic development length of reinforcement embedded in geopolymer concrete is proposed based on the experimental results in this study.
Abdelaziz Yousuf, Mohamed;Orhan, Canpolat;Mukhallad M., Al-Mashhadani
Computers and Concrete
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v.30
no.6
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pp.421-432
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2022
Recently, the interminable ozone depletion and the global warming concerns has led to construction industries to seek for construction materials which are eco-friendly. Regarding this, Geopolymer Concrete (GPC) is getting great interest from researchers and scientists, since it can operate by-product waste to replace cement which can lead to the reduction of greenhouse gas emission through its production. Also, compared to ordinary concrete, geopolymer concrete belongs improved mechanical and durability properties. In spite of its positive properties, the practical use of geopolymer concrete is currently limited. This is primarily owing to the scarce structural, design and application knowledge. This study investigates the Mechanical and Durability of Geopolymer Concrete Containing Fibers and Recycled Aggregate. Mixtures of elastoplastic fiber reinforced geopolymer concrete with partial replacement of recycled coarse aggregate in different proportions of 10, 20, 30, and 40% with natural aggregate were fabricated. On the other hand, geopolymer concrete of 100% natural aggregate was prepared as a control specimen. To consider both strength and durability properties and to evaluate the combined effect of recycled coarse aggregate and elastoplastic fiber, an elastoplastic fiber with the ratio of 0.4% and 0.8% were incorporated. The highest compressive strength achieved was 35 MPa when the incorporation of recycled aggregates was 10% with the inclusion of 0.4% elastoplastic fiber. From the result, it was noticed that incorporation of 10% recycled aggregate with 0.8% of the elastoplastic fiber is the perfect combination that can give a GPC having enhanced tensile strength. When specimens exposed to freezing-thawing condition, the physical appearance, compressive strength, weight loss, and ultrasonic pulse velocity of the samples was investigated. In general, all specimens tested performed resistance to freezing thawing. the obtained results indicated that combination of recycled aggregate and elastoplastic fiber up to some extent could be achieved a geopolymer concrete that can replace conventional concrete.
Past research efforts already established geopolymer as an environment-friendly alternative binder system for ordinary Portland cement (OPC) and recycled aggregate is also one of the promising alternative for natural aggregates. In this study, an effort was made to produce eco-friendly mortar mixes using geopolymer as binder and recycled fine aggregate (RFA) partially and study the resistance ability of these mortar mixes against the aggressive environments. To form the geopolymer binder, 70% fly ash, 30% ground granulated blast furnace slag (GGBS) and alkaline solution comprising of sodium silicate solution and 14M sodium hydroxide solution with a ratio of 1.5 were used. The ratio of alkaline liquid to binder (AL/B) was also considered as 0.4 and 0.6. In order to determine the resistance ability against aggressive environmental conditions, acid attack test, sulphate attack test and rapid chloride permeability test were conducted. Change in mass, change in compressive strength of the specimens after the immersion in acid/sulphate solution for a period of 28, 56, 90 and 120 days has been presented and discussed in this study. Results indicated that the incorporation of RFA leads to the reduction in compressive strength. Even though strength reduction was observed, eco-friendly mortar mixes containing geopolymer as binder and RFA as fine aggregate performed better when it was produced with AL/B ratio of 0.6.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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