본 연구에서는 열역학적 평형을 이용한 OPC의 재령에 따른 운동학적 수화 생성물 모델링과 GGBS의 치환률에 따른 수화 생성물의 변화를 모델링하였다. 열역학 데이터는 GEMS의 3rd party 데이터베이스, Cemdata18을 사용하였고, 시멘트 수화 모델링은 Parrot & Killoh 모델을 적용하였다. OPC모델링에서 재령에 따라 Pore solution의 이온 농도와 수화 생성물의 질량 및 부피 변화를 관찰할 수 있었다. GGBS모델링에서는 치환률이 증가함에 따라 장기강도를 지배하는 C-S-H의 생성량은 증가하지만, 내구성에 영향을 미치는 Portlandite의 생성량이 감소하여 탄산화에 대한 대책이 필요할 것으로 판단된다.
Organic soils pose significant challenges in geotechnical engineering due to their high compressibility and low stability, which can result in issues like differential settlement, rutting, and pavement deformation. This study explores effective methods for stabilizing organic soils. Rather than conventional ordinary Portland cement (OPC), the focus is on using environmentally friendly calcium sulfoaluminate (CSA) cement, known for its rapid setting, high early strength development, and environmental benefits. Mechanical behavior is analyzed through 1-D free swell, unconfined compressive strength (UCS), and bender element (BE) tests. Microstructural analyses, including Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM), characterize the soil mixed with CSA cement. Experimental results demonstrate improved soil properties with increasing cement dosage and curing periods. A notable strength increase is observed in soil samples with 15% cement content, with UCS doubling after 7 days. This trend aligns with shear wave velocity results from the BE test. SEM and FTIR spectroscopy reveal how CSA cement hydration forms hydrated calcium silicate gel and ettringite, enhancing soil properties. CSA cement is recommended for reinforcing organic subgrade soil due to its eco-friendly nature and rapid strength gain, contributing to improved durability.
This study presents the testing of 15 hwangtoh-based cementless concrete mixes to explore the significance and limitations of the development of eco-friendly concrete without carbon dioxide emissions while maintaining various beneficial effects. Hwangtoh, which is a kind of kaolin, was incorporated with inorganic materials, such as calcium hydroxide, to produce a cement-less binder. The main variables investigated were the water-to-binder ratio and fine aggregate-to-total aggregate ratio to ascertain the reliable mixing design of hwangtoh-based cementless concrete. The variation of slump with elapsed time was recorded in fresh concrete specimens. Mechanical properties of hardened concrete were also measured: including compressive strength gain, splitting tensile strength, moduli of rupture and elasticity, stress-strain relationship, and bond resistance. In addition, mechanical properties of hwangtoh-based cement-less concrete were compared with those of ordinary portland cement (OPC) concrete and predictions obtained from the design equations specified in ACI 318-05 and CEB-FIP for OPC concrete, wherever possible. Test results show that the mechanical properties of hwangtoh-based concrete were significantly influenced by the water-to-binder ratio and to less extend by fine aggregate-to-total aggregate ratio. The moduli of rupture and elasticity of hwangtoh-based concrete were generally lower than those of OPC concrete. In addition, the stress-strain and bond stress-slip relationships measured from hwangtoh-based concrete showed little agreement with the design model specified in CEB-FIP. However, the measured moduli of rupture and elasticity, and bond strength were higher than those given in ACI 318-05 and CEB-FIP. Overall, the test results suggest that the hwangtoh-based concrete shows highly effective performance and great potential as an environmental-friendly building material.
최근에 저탄소녹색성장 및 OPC 절감의 요구에 따라 BS와 같은 산업 부산물을 많이 사용하고 재건축의 증가 및 건설폐기물 발생량이 많아지면서 RA 사용 확대하게 되며, RA 및 무 시멘트 결합재 관심 증대 되고 있다. 무 시멘트 결합재와 RA의 활용을 모두 만족시키기 위하여, RA와 철강 산업 부산물인 BS을 혼합함으로써, 100% 순환자원만을 활용하여 무 시멘트 상태에서 강도발현성을 확인한 바 있다.이에 본 연구는 OPC를 사용하지 않고, BS과 RA 및 CS를 사용하여 모르타르를 제조함으로써 기존 강알칼리를 투입하여 제조하는 지오폴리머 모르타르(Geopolymermortar)와 또 다른 관점에서 접근하였다. 결과적으로, RFA의 유동성 저하 및 초기강도 저하문제만 해결 될 수 있다면, BS에 CS를 15% 치환하고 RFA골재를 사용하는 무 시멘트 모르타르가 OPC 100%를 사용한 종래의 시멘트 모르타르 만큼의 품질을 발휘할 수 있을 것으로 사료된다.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제8권4호
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pp.289-299
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2014
Alkali-activated slag concretes are being extensively researched because of its potential sustainability-related benefits. For such concretes to be implemented in large scale concrete applications such as infrastructural and building elements, it is essential to understand its early and long-term performance characteristics vis-a'-vis conventional ordinary portland cement (OPC) based concretes. This paper presents a comprehensive study of the property and performance features including early-age isothermal calorimetric response, compressive strength development with time, microstructural features such as the pore volume and representative pore size, and accelerated chloride transport resistance of OPC and alkali-activated binder systems. Slag mixtures activated using sodium silicate solution ($SiO_2$-to-$Na_2O$ ratio or $M_s$ of 1-2) to provide a total alkalinity of 0.05 ($Na_2O$-to-binder ratio) are compared with OPC mixtures with and without partial cement replacement with Class F fly ash (20 % by mass) or silica fume (6 % by mass). Major similarities are noted between these binder systems for: (1) calorimetric response with respect to the presence of features even though the locations and peaks vary based on $M_s$, (2) compressive strength and its development, (3) total porosity and pore size, and (4) rapid chloride permeability and non-steady state migration coefficients. Moreover, electrical impedance based circuit models are used to bring out the microstructural features (resistance of the connected pores, and capacitances of the solid phase and pore-solid interface) that are similar in conventional OPC and alkali-activated slag concretes. This study thus demonstrates that performance-equivalent alkali-activated slag systems that are more sustainable from energy and environmental standpoints can be proportioned.
Fly ash (FA) is the main additive to concretes currently produced. This substitute of ordinary Portland cement (OPC) have a positive effect on the structure and mechanical parameters of mature concrete. Unfortunately, the problem of using FA as the OPC replacement is that it significantly reduces the performance of concretes in the early stages of their curing. This limits the possibility of using this type of concrete, e.g., in the prefabrication, where it is required to obtain high strength composites after short periods of their curing. In order to minimize these negative effects, research has been undertaken to increase the early strength of the concretes with FA through the application of a specially dedicated chemical nanoadmixture (NA) in the form of seeds of the C-S-H phase. Therefore, this paper presents results of tests of modified concretes both with the addition of FA and with NA. The analyses were carried out based on the results of the macroscopic and microstructural tests in 5 time periods, i.e. after: 4, 8, 12, 24 and 72 hours. The greatest increase in mechanical strength parameters and rapid development of the basic matrix phases in composites in the first 12 hours of composites curing was observed.
A protections from the frost damage at early ages is one of the serious problems to be considered in cold weather concreting. Frost damage at early ages brings about the harmful influences on the concrete structures such surface cracks and the loss of strength. Therefore, in this paper, the protecting durations of frost damage at early ages according to the standard specifications provided in KCI(Korean Concrete Institute) are suggested by appling logistic curve, which evaluates the strength development of concrete with maturity. According to the results, as W/C and compressive strength for protecting from frost damages at early ages increased, longer protecting duration is required. It shows that the protecting durations of FAC(Fly Ash Cement) are longer than those of OPC(Ordinary Portland Cement).
The purpose of this study is to examine the resistance of water-permeable concretes to freezing and thawing action. The water-permeable concretes with cement-aggregate ratio of 1:5.5(by weight) and two kinds of admixture content [SP : superplasticizer(0, 1.0%), HPAE : high performance air entraining agent(0.5, 1%)] used OPC(ordinary portland cement) as binder were prepared, and then tested for relative dynamic modulus of elasiticity, mass change, length change and durablity factor. It's been concluded from the test results that the superior relative dynamic modulus of elasiticity and durability factor of water-permeable concretes were obtained at superplaciticizer 1.0% after 300 cycles. The water-permeable concretes used superplasiticizer 1.0% having relative durability factor of 88% after 300 cycles.
The objective of the paper is to experimentally investigate the compressive strength of the concrete incorporating fly ash. Ordinary Portland cement(OPC). Water to binder ratio(W/B) ranging from 30% to 60% and curing temperature ranging from $-10^{\circ}{\sim}65^{\circ}C$ were also adopted for experimental parameters. Fly ash was replaced by 30% of cement contents. According to the results, strength development of concrete contained with fly ash is lower than that of plain concrete in low temperature at early age and maturity. In high curing temperature, the concrete with fly ash has higher strength development than that of low temperature regardless of the elapse of age and maturity. Fly ash can have much effect on the strength development of concrete at the condition of mass concrete, hot weather concreting and the concrete products for the steam curing.
이 연구는 일반 콘크리트 혼화재로 사용되는 고로슬래그 및 무수석고를 숏크리트에 적용하였을 때에 압축강도, 휨강도, 응결시간, 리바운드에 미치는 영향을 평가하였다. 1종 포틀랜드 시멘트(OPC)를 10% 치환할 때에 초결과 종결의 요건을 모두 만족한 반면, OPC를 20% 치환한 배합은 종결이 지연되어 숏크리트에 적합하지 않은 것으로 나타났다. 압축강도 시험 결과, OPC를 10% 치환한 배합은 영구지보재로서 목표강도를 1일과 28일 재령에서 모두 만족하였다. 특히 OPC를 고로슬래그와 무수석고로 각각 5%씩 치환한 배합의 압축강도가 가장 우수한 것으로 나타났다. 이 배합의 리바운드를 측정한 결과, OPC만을 결합재로 사용한 배합에 비하여 23% 감소되는 우수한 성능을 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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