Yun, Do Youn;Ahn, Jun-Young;Kim, Cheolyong;Kim, Tae Yoo;Hwang, Inseong
Journal of Soil and Groundwater Environment
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v.21
no.6
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pp.135-145
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2016
MgO recently has been regarded as the alternative material for replacement of cement. The aim of this study is to investigate the effects of accelerated carbonation on the strength development of MgO-based binder which is binary mixtures of magnesium oxide (MgO) with portland cement (PC) or ground granulated blast furnace slag (GGBS) or fly ash (FA). The compressive strengths of all binders were higher in the 20% $CO_2$ condition and for longer curing time. The strength were generally higher as the following order: MgO/PC > MgO/GGBS > MgO/FA system. The binder composed of 20% MgO and 80% PC showed highest compressive strength (38.0MPa) which was higher than PC. The correlation analysis of the porosity and compressive strength showed that compressive strength was higher when porosity was lower. The hydration and carbonation products of MgO including brucite ($Ca(OH)_2$), magnesite ($MgCO_3$) and nesquehonite ($MgCO_3{\cdot}3H_2O$) presumably filled the pores and contributed to strength development. Thermogravimetric analyses elucidated that 0.34 kg of $CO_2$ could be stored the 50% MgO/50% PC binder which performed the maximum $CO_2$ uptake at 20% $CO_2$ condition.
Kim, Seung Won;Oh, Ji Hyeon;Jang, Bong Jin;Ju, Min Kwan;Kim, In Tai;Park, Cheol Woo
International Journal of Highway Engineering
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v.15
no.4
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pp.65-73
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2013
PURPOSES : As a research to develop a cement treated base course for an airport pavement which can enhance its drainage, this paper investigated the strength, infiltration performance and durability of the pervious concrete with respect to maximum coarse aggregate sizes and compaction methods. METHODS : This study measured compressive strength, infiltration rate, continuous porosity and freeze-thaw resistance of pervious concrete specimens, which were fabricated with five different compaction methods and different maximum aggregate sizes. In addition, in order to reduce the usage of Portland cement content and to enhance environment-friendliness, a portion of the cement was replaced with Ground Granulated Blast Furnace Slag (GGBS). RESULTS: Compressive strength requirement, 5 MPa at 7 days, was met for all applied compaction methods and aggregate sizes, except for the case of self-compaction. Infiltration rate became increased as the size of aggregate increased. The measured continuous porosities varied with the different compaction methods but the variation was not significant. When GGBS was incorporated, the strength requirement was successfully satisfied and the resistance to freezing-thawing was also superior to the required limit. CONCLUSIONS: The infiltration rate increased as the maximum size of aggregate increased but considering construct ability and supply of course aggregate, its size is recommended to be 25mm. With the suggested mix proportions, the developed pervious concrete is expected to successfully meet requirements for strength, drainage and durability for cement treated base or subbase course of an airport pavement.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.15
no.4
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pp.383-389
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2015
The objective of this study is to develop mixture proportioning approach of crack controlled lightweight foamed concrete without using high-pressure steam curing processes, as an alternative to autoclaved lightweight concrete blocks (class 0.6 specified in KS). To control thermal cracks owing to hydration heat of cementitious materials, 30% ground granulated blast-furnace slag (GGBS) was used as a partial replacement of ordinary portland cement (OPC). Furthermore, polyvinyl alcohol (PVA) and polyamid (PA) fibers were added to improve the crack resistance of foamed concrete. The use of 30% GGBS reduced the peak value of hydration production rate measured from isothermal tests by 28% and the peak temperature of foamed concrete measured from semi-adiabatic hydration tests by 9%. Considering the compressive strength development, internal void structure, and flexural strength of the lightweight foamed concrete, the optimum addition amount of PVA or PA fibers could be recommended to be $0.6kg/m^3$, although PA fiber slightly preferred to PVA fiber in enhancing the flexural strength of foamed concrete.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.16
no.4
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pp.321-329
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2016
The use of ternary blended cement consisting of Portland cement, granulated blast-furnace slag (GGBFS) and fly ash has been on the rise to improve marine concrete structure's resistance to chloride attack. Therefore, this study attempted to investigate changes in chloride attack resistibility of concrete through NT Build 492-based chloride migration experiments and test of concrete's ability to resist chloride ion penetration under ASTM C 1202(KS F 2271) when 1.5-2.0% of alkali-sulfate activator (modified alkali sulfate type) was added to the ternary blended cement mixtures (40% ordinary Portland cement + 40% GGBFS + 20% fly ash). Then, the results found the followings: Even though the slump for the plain concrete slightly declined depending on the use of the alkali-sulfate activator, compressive strength from day 2 to day 7 improved by 17-42%. In addition, the coefficient from non-steady-state migration experiments for the plain concrete measured at day 28 decreased by 36-56% depending on the use of alkali-sulfate. Furthermore, total charge passed according to the test for electrical indication of concrete's ability to resist chloride ion penetration decreased by 33-62% at day 7 and by 31-48% at day 28. As confirmed in previous studies, reactivity in the GGBFS and fly ash improved because of alkali activation. As a result, concrete strength increased due to reduced total porosity.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.17
no.1
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pp.47-54
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2017
Cement industry is typical carbon-emission industry. If the industrial by-products(granulated blast-furnace slag (GGBFS), fly ash, etc.) are used a large amount, it might be able to reduce cement consumption and mitigate carbon emissions. In this case, however, decrease of early strength is relatively large. Therefore, there is a limitation in increase of the amount of substitute. Considering these circumstances, it would be a good solution to reduce carbon emissions in cement industry to improve the performances of mixed cement through proper alkali-activation in Portland blended cement using GGBFS or fly ash. Therefore, this study prepared concrete in ready-mixed concrete manufacturing facilities with an addition of a binder which used 2.0% modified alkali sulfate activator after mixing Portland cement, GGBFS and fly ash in the ratio of 4:4:2 and assessed its basic properties. The results found the followings: The use of modified alkali-sulfate activator slightly reduced slump and shortened setting time. As a result, bleeding capacity decreased while early strength improved. In addition, there is no big difference in carbonation resistance. It appears that there should be continued experiments and analyses on the related long-term aged specimens.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.16
no.1
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pp.59-65
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2016
This study examined the compressive strength development and pH values of alpha-calcium sulfate hemihydrate(${\alpha}-CH$)-based binders developed for vegetation concrete with neutral pH between 6~7. Considering cost down and strength enhancement of the prepared binders, the ${\alpha}-CH$ was partially replaced by ground granulated blast furnace slag(GGBS), fly ash(FA), or ordinary Portland cement(OPC) by 25% and 50%. The compressive strength of mortars using 100% ${\alpha}-CH$ was 50% lower than that of 100% OPC mortars. With the increase of the replacement level of GGBS or FA, the compressive strength of ${\alpha}-CH$-based mortars tended to decrease, whereas the pH values were maintained to be 6.5~7.5. The main hydration products of ${\alpha}-CH$-based binders with GGBS or FA were a gypsum($CaSO_4$), whereas portlandite($Ca(OH)_2$) was not observed in such binders. Meanwhile, the pH values of ${\alpha}-CH$-based binders with OPC exceeded 11.5 due to the formation of $Ca(OH)_2$ phase as a hydration product. From the thermogravimetric analysis, the amount of $Ca(OH)_2$ in ${\alpha}-CH$-based binders with OPC was evaluated to be approximately 10% of the cement content.
Song, Ha-Won;Jung, Min-Sun;Ann, Ki Yong;Lee, Chang-Hong
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.1A
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pp.75-84
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2009
The present study assesses the chloride threshold level for corrosion of steel in concrete by examining the properties of four different binders used for blended concrete in terms of chloride binding, buffering of cement matrix to a pH fall and the corrosion behaviour. As binders, ordinary Portland cement (OPC), 30% pulverised fuel ash (PFA), 60% ground granulated blast furnace slag (GGBS) and 10% silica fume (SF) were used in a concrete mix. Testing for chloride binding was carried out using the water extraction method, the buffering of cement matrix was assessed by measuring the resistance to an artificial acidification of nitric acid, and the corrosion rate of steel in mortar with chlorides in cast was measured at 28 days using an anodic polarisation technique. Results show that the chloride binding capacity was much affected by $C_{3}A$ content and physical adsorption, and its order was 60% GGBS>30% PFA>OPC>10% SF. The buffering of cement matrix to a pH fall was varied with binder type and given values of the pH. From the result of corrosion test, it was found that the chloride threshold ranged 1.03, 0.65, 0.45 and 0.98% by weight of cement for OPC, 30% PFA, 60% GGBS and 10% SF respectively, assuming that corrosion starts at the corrosion rate of $0.1-0.2{\mu}A/cm^{2}$. The mole ratio of [$Cl^{-}$]:[$H^{+}$], as a new presentation of the chloride threshold, indicated the value of 0.008-0.009, irrespective of binder, which would be indicative of the inhibitive characteristic of binder.
Song, Ha-Won;Jung, Min-Sun;Ann, Ki Yong;Lee, Chang-Hong
Corrosion Science and Technology
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v.8
no.3
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pp.110-115
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2009
At the onset of corrosion of steel in concrete, hydrogen ions usually evolve in the process of electrochemical reaction, thereby decreasing the pH of the pore solution, which can be buffered by cement hydration products, as being representatively illustrated by calcium hydroxide. Hence, a fall in the pH is dependent on properties of cement hydration (i.e. hydration products and degree of hydration). The present study tested acid neutralization capacity (ANC) of cementitious binders of OPC(Ordinary Portland Cement), 30% PFA(Pulverized Fuel Ash), 60% GGBS(Ground Granulated Blast Furnace Slag), 10% SF(Silica Fume) to quantify the resistance of cement matrix to a pH fall. Cement pastes were cast at 0.4 of a free W/C ratio with 1.5% chlorides by weight of binder in cast. Powder samples obtained crushed and ground specimen after 200 days of curing were diluted in still water combined with different levels of 1M nitric acid solution, ranging from 0.5 to 20 mol/kg. Then, the pH of diluted solution was monitored until any further change in the pH did not take place. It was seen that the pH of the diluted solution gradually decreased as the molar amount of nitric acid increased. At some particular values of the pH, however, a decrease in the pH was marginal, which can be expressed in the peak resistances to a pH fall in the ANC curve. The peaks occurred at the variations in the pH, depending on binder type, but commonly at about 12.5 in the pH, indicate a resistance of precipitated calcium hydroxide. The measurement of water soluble chloride at the end of test showed that the amount of free chloride was significantly increased at the pH corresponding to the peaks in the ANC curve, which may reflect the adsorption of hydration products to chlorides.
Mansouri, Iman;Ostovari, Mobin;Awoyera, Paul O.;Hu, Jong Wan
Computers and Concrete
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v.27
no.4
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pp.319-332
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2021
The performance of gene expression programming (GEP) in predicting the compressive strength of bacteria-incorporated geopolymer concrete (GPC) was examined in this study. Ground-granulated blast-furnace slag (GGBS), new bacterial strains, fly ash (FA), silica fume (SF), metakaolin (MK), and manufactured sand were used as ingredients in the concrete mixture. For the geopolymer preparation, an 8 M sodium hydroxide (NaOH) solution was used, and the ambient curing temperature (28℃) was maintained for all mixtures. The ratio of sodium silicate (Na2SiO3) to NaOH was 2.33, and the ratio of alkaline liquid to binder was 0.35. Based on experimental data collected from the literature, an evolutionary-based algorithm (GEP) was proposed to develop new predictive models for estimating the compressive strength of GPC containing bacteria. Data were classified into training and testing sets to obtain a closed-form solution using GEP. Independent variables for the model were the constituent materials of GPC, such as FA, MK, SF, and Bacillus bacteria. A total of six GEP formulations were developed for predicting the compressive strength of bacteria-incorporated GPC obtained at 1, 3, 7, 28, 56, and 90 days of curing. 80% and 20% of the data were used for training and testing the models, respectively. R2 values in the range of 0.9747 and 0.9950 (including train and test dataset) were obtained for the concrete samples, which showed that GEP can be used to predict the compressive strength of GPC containing bacteria with minimal error. Moreover, the GEP models were in good agreement with the experimental datasets and were robust and reliable. The models developed could serve as a tool for concrete constructors using geopolymers within the framework of this research.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.10
no.2
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pp.159-167
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2022
The present study assessed the micro structure and durability characteristics of ternary blended cement with different types of alkali activators. Ground granulated blast furnace slag(GGBS) and ferronickel slag(FNS) was replaced until 50 % of the weight of cement. In addition, potassuim hydroxide and sodium hydroxide were used for comparing the properties of different type of alkali activator. Ternary blended cement with alkali activators showed higher peak portlandite peak than that of OPC(Ordinary Portlande Cement) and non activated ternary blended cement. Also, there was no new hydration products in ternary blended cement or/and alkali activators. Based on the mercury intrustion porosimetry(MIP) test result, ternary blended cement increased macro pore while alkali activated ternary blended cement modified pore structure and increased microp pore as compared to OPC as control. Combination with alkali activators is desirable to enhance the compressive strength and freeze thaw resistance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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