W. G. Seo;K. Thool;H. N. Lee;D. J. Yang;S. G. Park;S. H. Choi
Transactions of Materials Processing
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v.32
no.6
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pp.344-351
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2023
The use of Zn-Al-Mg alloy coatings for enhancing the corrosion resistance of steel sheets is gaining prominence over traditional Zn coatings. There is a growing demand for the development of thermal spray wires made from Zn-Al-Mg alloys, as a replacement for the existing wires produced using Al and Zn. This is particularly crucial to secure corrosion resistance and durability in the damaged areas of coated steel sheets caused by deformation and welding. This study focuses on the casting and extrusion processes of Zn-2Al-1Mg alloy for the fabrication of such spray wires and analyzes the changes in microstructure during the extrusion process. The Zn-2Al-1Mg alloy, cast in molds, was subjected to a heat treatment at 250 ℃ for 3 hours prior to extrusion. The extrusion process was carried out by heating both the material and the mold up to 300 ℃. Microstructural analysis was conducted using FE-SEM and EDS to differentiate each phase. The mechanical properties of the cast specimen were evaluated through compression tests at temperatures ranging from 200 to 300 ℃, with strain rates of 0.1 to 5 sec-1. Vickers hardness testing was utilized to assess the inhomogeneity of mechanical properties in the radial direction of the extruded material. Finite Element Analysis (FEA) was employed to understand the inhomogeneity in stress and strain distribution during extrusion, which aids in understanding the impact of heterogeneous deformation on the microstructure during the process.
This study nondestructively examined the evolution of crack density in ultra-high performance concrete (UHPC) upon cyclic loading. Uniaxial compression was repeatedly applied to the cylindrical specimens at levels corresponding to 32% and 53% of the maximum load-bearing capacity, each at a steady strain rate. At each stage, both P-wave and S-wave velocities were measured in the absence of the applied load. In particular, the continuous monitoring of P-wave velocity from the first loading prior to the second loading allowed real-time observation of the strengthening effect during loading and the recovery effect afterwards. Increasing the number of cycles resulted in the reduction of both elastic wave velocities and Young's modulus, along with a slight rise in Poisson's ratio in both tested cases. The computed crack density showed a monotonically increasing trend with repeated loading, more significant at 53% than at 32% loading. Furthermore, the spatial distribution of the crack density along the height was achieved, validating the directional dependency of microcracking development. This study demonstrated the capability of the crack density to capture the evolution of microcracks in UHPC under cyclic loading condition, as an early-stage damage indicator.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.11
no.3
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pp.226-233
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2023
In this study, two phases were conducted to investigate the direct injection of gaseous CO2 into cement mortar. The aim was to advance carbon capture, utilization, and storage (CCUS) technology by harnessing industrial waste CO2 from the domestic ready-mixed concrete industry. In the first phase, the factors influencing the physical properties of cement mortar when using gaseous CO2 were identified. This included a review of materials to achieve physical properties comparable to a reference formulation. As a result of this phase, it was confirmed that traditional approaches, such as adjusting the water-to-cement ratio, had limitations in achieving the desired physical properties. Consequently, the second phase focused on the optimization of CO2-injected mortar. This involved studying the CO2 application and mixing method for cement mortar. Changes in properties were observed when gaseous CO2 was injected into the mortar. The optimal injection quantity and time to enhance the compressive strength of mortar were determinded. As a result, this study indicated that an extra mixing time exceeding 120 seconds was necessary, compared to conventional mortar. The optimal CO2 injection rate was identified as 0.1 to 0.2 % by weight of cement, taking both flowability and compressive strength performance into account. Increasing the CO2 injection time did not further enhance strength. For this approach to be employed as a CCUS technology, additional studies are required, including a microstructural analysis evaluating the amount of immobilized CO2.
This study examined the effect of water-to-binder ratio (W/B) and phosphate-to-binder ratio (P/B) on the flow, setting time, compressive strength development, and pH variation of magnesium-potassium phosphate composites, MKPC mortars. Ten mortars mixtures were prepared with the W/B varying from 20% to 40% at each P/B of 0.3 or 0.5. The hydration products and microstructural pore distribution of the MKPC pastes were investigated using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM) and mercury intrusion porosimetry (MIP). The initial flow and setting time of MKPC mortars tended to decrease with an increase of P/B, indicating that the final setting time was shortened by approximately 24% when P/B increased from 0.3 to 0.5. The slope of the early-strength development measured in the MKPC mortars was considerably higher than that of cement concrete specified in code provisions. For obtaining a relatively good 28-day strength (above 30 MPa) and a near neutral pH (below 9.0) in MKPC mortars, the P/B and W/B need to be selected as 0.5 and 30%, respectively. The strubite-K crystal increased with the increases of P/B and W/B, which leads to the decrease of the macro-capillary pores.
Paek, Min Kyu;Do, Kyung Hyo;Bahgat, Mohamed;Pak, Jong Jin
Korean Journal of Metals and Materials
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v.49
no.2
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pp.167-173
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2011
Nickel cobalt ferrite($Ni_{0.5}Co_{0.5}Fe_2O_4$) powder was prepared through the ceramic route by the calcination of a stoichiometric mixture of NiO, CoO and $Fe_2O_3$ at $1100^{\circ}C$. The pressed pellets of $Ni_{0.5}Co_{0.5}Fe_2O_4$ were isothermally reduced in pure hydrogen at $800{\sim}1100^{\circ}C$. Based on the thermogravimetric analysis, the reduction behavior and the kinetic reaction mechanisms of the synthesized ferrite were studied. The initial ferrite powder and the various reduction products were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, reflected light microscope and vibrating sample magnetometer to reveal the effect of hydrogen reduction on the composition, microstructure and magnetic properties of the produced Fe-Ni-Co alloy. The arrhenius equation with the approved mathematical formulations for the gas solid reaction was applied to calculate the activation energy($E_a$) and detect the controlling reaction mechanisms. In the initial stage of hydrogen reduction, the reduction rate was controlled by the gas diffusion and the interfacial chemical reaction. However, in later stages, the rate was controlled by the interfacial chemical reaction. The nature of the hydrogen reduction and the magnetic property changes for nickel cobalt ferrite were compared with the previous result for nickel ferrite. The microstructural development of the synthesized Fe-Ni-Co alloy with an increase in the reduction temperature improved its soft magnetic properties by increasing the saturation magnetization($M_s$) and by decreasing the coercivity($H_c$). The Fe-Ni-Co alloy showed higher saturation magnetization compared to Fe-Ni alloy.
This paper presents an investigation of the mechanical and microstructural properties of Class F fly ash based geopolymer containing sodium sulfate as an additive. Sodium sulfate was used as an chemical additive at the dosage levels of 0, 2, 4, and 6wt% of fly ash. Sodium hydroxide and sodium silicate solutions were used to activate fly ash. The compressive strengths of geopolymer pastes were measured at the age of 28 days. The microstructures of the geopolymer pastes were examined using XRD, MIP and SEM tests. The additions of 2wt% and 4wt% sodium sulfate produced geopolymers with high strength, while increasing the dosage of levels to 6% resulted in almost no changes in strength, comparing with the control geopolymer. The optimum increase in strength was obtained with the addition of 4wt% sodium sulfate. As the amount of sodium sulfate is increased, no additional crystalline phase was detected and no change of amorphous phase indicated despite the change in the strength development. The increase in the strength was due to the change of pore size distribution in samples. As addition of sodium sulfate altered the morphologies of reactive productions and Si/Al ratios of the reaction products, the strengths were thus affected. It was found that the strengths of geopolymer were larger for lower Si/Al ratios of reaction products formed in samples. The optimal amount of sodium sulfate in the fly ash based geopolymer helps to improve mechanical properties of the geopolymer, on the other hand, the high percentage of sodium sulfate could exist as an impurity in the geopolymer and hinder the geopolymer reaction.
The permeability behavior of Ariake clays has been investigated by constant rate of strain (CRS) consolidation tests with vertical or radial drainage. Three types of Ariake clays, namely undisturbed Ariake clay samples from the Saga plain, Japan (aged Ariake clay), clay deposit in shallow seabed of the Ariake Sea (young Ariake clay) and reconstituted Ariake clay samples using the soil sampled from the Saga plain, were tested. The test results indicate that the deduced permeability in the horizontal direction ($k_h$) is generally larger than that in the vertical direction ($k_v$). Under odometer condition, the permeability ratio ($k_h/k_v$) increases with the vertical strain. It is also found that the development of the permeability anisotropy is influenced by the inter-particle bonds and clay content of the sample. The aged Ariake clay has stronger initial inter-particle bonds than the young and reconstituted Ariake clays, resulting in slower increase of $k_h/k_v$ with the vertical strain. The young Ariake clay has higher clay content than the reconstituted Ariake clay, resulting in higher values of $k_h/k_v$. The microstructure of the samples before and after the consolidation test has been examined qualitatively by scanning electron microscopy (SEM) image and semi-quantitatively by mercury intrusion porosimetry (MIP) tests. The SEM images indicate that there are more cut edges of platy clay particles on a vertical plane (with respect to the deposition direction) and there are more faces of platy clay particles on a horizontal plane. This tendency increases with the increase of one-dimensional (1D) deformation. MIP test results show that using a sample with a larger vertical surface area has a larger cumulative intruded pore volume, i.e., mercury can be intruded into the sample more easily from the horizontal direction (vertical plane) under the same pressure. Therefore, the permeability anisotropy of Ariake clays is the result of the anisotropic microstructure of the clay samples.
Alrubaye, Ali Jamal;Hasan, Muzamir;Fattah, Mohammed Y.
Geomechanics and Engineering
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v.14
no.3
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pp.247-255
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2018
Soil stabilization can make the soils becoming more stable by using an admixture to the soil. Lime stabilization enhances the engineering properties of soil, which includes reducing soil plasticity, increasing optimum moisture content, decreasing maximum dry density and improving soil compaction. Silica fume is utilized as a pozzolanic material in the application of soil stabilization. Silica fume was once considered non-environmental friendly. In this paper, the materials required are kaolin grade S300, lime and silica fume. The focus of the study is on the determination of the physical properties of the soils tested and the consolidation of kaolin mixed with 6% silica fume and different percentages (3%, 5%, 7% and 9%) of lime. Consolidation test is carried out on the kaolin and the mixtures of soil-lime-silica fume to investigate the effect of lime stabilization with silica fume additives on the consolidation of the mixtures. Based on the results obtained, all soil samples are indicated as soils with medium plasticity. For mixtures with 0% to 9% of lime with 6% SF, the decrease in the maximum dry density is about 15.9% and the increase in the optimum moisture content is about 23.5%. Decreases in the coefficient of permeability of the mixtures occur if compared to the coefficient of permeability of kaolin soft clay itself reduce the compression index (Cc) more than L-SF soil mix due to pozzolanic reaction between lime and silica fume and the optimum percent of lime-silica fume was found to be (5%+6%) mix. The average coefficient of volume compressibility decreases with increasing the stabilizer content due to pozzolanic reaction happening within the soil which results in changes in the soil matrix. Lime content +6% silica fume mix can reduce the coefficient of consolidation from at 3%L+6%SF, thereafter there is an increase from 9%L+6%SF mix. The optimal percentage of lime silica fume combination is attained at 5.0% lime and 6.0% silica fume in order to improve the shear strength of kaolin soft clay. Microstructural development took place in the stabilized soil due to increase in lime content of tertiary clay stabilized with 7% lime and 4% silica fume together.
Kim, Jong-Min;Kim, Jeong-Hyeon;Choe, Young-Rak;Park, Sung Kyun;Park, Kang Hyun;Lee, Jae-Myung
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.40
no.6
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pp.493-498
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2016
In the present study, graphene oxide based polyurethane foams were manufactured as a part of the development process of mechanically strengthened polyurethane foam insulation material. This material is used in a liquefied natural gas carrier cargo containment system. The temperature of the containment system is $-163^{\circ}C$. First, graphene oxide was synthesized using the Hummers' method, and it was supplemented into polyol-isocyanate reagent by considering a different amount of graphene oxide weight percent. Then, a bulk form of graphene-oxide-polyurethane foam was manufactured. In order to investigate the cell stability of the graphene-oxide-polyurethane foam, its microstructural morphology was observed, and the effect of graphene oxide on microstructure of the polyurethane foam was investigated. In addition, the compressive strength of graphene-oxide-polyurethane foam was measured at ambient and cryogenic temperatures. The cryogenic tests were conducted in a cryogenic chamber equipped with universal testing machine to investigate mechanical and failure characteristics of the graphene-oxide-polyurethane foam. The results revealed that the additions of graphene oxide enhanced the mechanical characteristics of polyurethane foam. However, cell stability and mechanical strength of graphene-oxide-polyurethane foam decreased as the weight percent of graphene oxide was increased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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