International Journal of Concrete Structures and Materials
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제8권2호
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pp.173-182
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2014
An experimental investigation was carried out to evaluate the mechanical properties of concrete mixtures in which coarse aggregate was partially (30, 50 or 70 %) replaced with pre-washed municipal solid waste incineration (MSWI) bottom ash. Results indicated that bottom ash reduced the compressive strength, elastic modulus, and levels of heavy metals in leachate when used as a replacement for gravel, and that the maximum amount of MSWI bottom ash in concrete should not exceed 50 %. To analyze the effect mechanism of bottom ash in concrete, the degree of hydration and the following pozzolanic reaction characterized by the pozzolanic activity index, and the porosity distribution in cement mortar. The study indicates that improved properties of concrete are not solely later strength gain and reduced levels of heavy metals in leachate but also the progression of pozzolanic reactions, where a dense structure contains a higher proportion of fine pores that are related to durability.
The use of rock wool waste, an industrial by-product, in cement-based composites has positive effects on the environment because it reduces the problems associated rock wool disposal. The experiments in this study tested cement-based composites using various rock wool waste contents (10, 20, 30 and 40% by weight of cement) as a partial replacement for Portland cement in mortars. The pozzolanic strength activity test, flow test, compressive strength test, dry shrinkage test, absorption test, initial surface absorption test and scanning electron microscope observations were conducted to evaluate the properties of cement-based composites. Test results demonstrate that the pozzolanic strength activity index for rock wool waste specimens is 103% after 91 days. The inclusion of rock wool waste in cement-based composites decreases its dry shrinkage and initial surface absorption, and increases its compressive strength. These improved properties are the result of the dense structure achieved by the filling effect and pozzolanic reactions of the rock wool waste. The addition of 30% and 10% rock wool wastes to cement is the optimal amount based on the results of compressive strength and initial surface absorption for a w/cm of 0.35 and 0.55, respectively. Therefore, it is feasible to utilize rock wool waste as a partial replacement of cement in cement-based composites.
In order to investigate the feasibility and advantage of tuff used as pozzolan in cement-based composite, the representative specimens of tuff were collected, and their chemical compositions, proportion of vitreous phase, mineral species, and rock structure were measured by chemical composition analysis, petrographic analysis, and XRD. Pozzolanic activity strength index of tuff was tested by the ratio of the compression strength of the tuff/cement mortar to that of a control cement mortar. Pozzolanic reaction degree, and the contents of CH and bond water in the tuff/cement paste were determined by selective hydrochloric acid dissolution, and DSC-TG, respectively. The tuffs were demonstrated to be qualified supplementary binding material in cement-based composite according to relevant standards. The tuffs possessed abundant $SiO_2+Al_2O_3$ on chemical composition and plentiful content of amorphous phase on rock texture. The pozzolanic reaction degrees of the tuffs in the tuff/cement pastes were gradually increased with prolongation of curing time. The consistency of CH consumption and pozzolanic reaction degree was revealed. Variation of the pozzolanic reaction degree was enhanced with the bond water content and relationship between them appeared to satisfy an approximating linear law. The fitting linear regression equation can be applied to mutual conversion between pozzolanic reaction degree and bond water content.
To improve the utilization rate of construction waste as mine backfilling materials, this paper investigated the feasibility of using recycled powder as mine paste backfilling cementitious material, and studied the pozzolanic activity of recycled construction waste powder. In this study, alkali-calcium-sulfur served as the activation principle and an orthogonal test plan was performed to analyze the impact of the early strength agent, quick lime, and gypsum on the pozzolanic activity of the recycled powder. Our results indicated that in descending order, early strength agent > quick lime > gypsum affected the strength of the backfilling paste with recycled powder as a cementitious material during early phases. The strength during late phases was affected by, in descending order, quick lime > gypsum > early strength agent. Using setting time and early compressive strength as an analysis index as well as an extreme difference analysis, it was found that the optimal ratio of recycled powder cementitious material for mine paste backfilling was recycled powder:quick lime:gypsum:early strength agent at 78%:10%:8%:4%. X-ray diffraction analysis and scanning electron microscope were used to show that the hydration products of recycled powder cementitious material at the initial stages were mainly CH and ettringite. As hydration time increased, more and more recycled powder was activated. It mainly became calcium silicate hydrate, calcium aluminate hydrate, etc. In summary, recycled powder exhibited potential pozzolanic activities. When activated, it could replace cementitious materials to be used in mine backfill.
Natural pozzolans are used as additives in cement to develop more durable and high-performance concrete. Pozzolanic activity index (PAI) is important for assessing the performance of a pozzolan as a binding material and has an important effect on the compressive strength, permeability, and chemical durability of concrete mixtures. However, the determining of the 28 days (short term) and 90 days (long term) PAI of concrete mixtures is a time-consuming process. In this study, to reduce extensive experimental work, it is aimed to predict the short term and long term PAIs as a function of the chemical compositions of various natural pozzolans. For this purpose, the chemical compositions of various natural pozzolans from Central Anatolia were determined with X-ray fluorescence spectroscopy. The mortar samples were prepared with the natural pozzolans and then, the short term and the long term PAIs were calculated based on compressive strength method. The effect of the natural pozzolans' chemical compositions on the short term and the long term PAIs were evaluated and the PAIs were predicted by using multiple linear regression (MLR) and adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) model. The prediction model results show that both reactive SiO2 and SiO2+Al2O3+Fe2O3 contents are the most effective parameters on PAI. According to the performance of prediction models determined with metrics such as root mean squared error (RMSE) and coefficient of correlation (R2), ANFIS models are more feasible than the multiple regression model in predicting the 28 days and 90 days pozzolanic activity. Estimation of PAIs based on the chemical component of natural pozzolana with high-performance prediction models is going to make an important contribution to material engineering applications in terms of selection of favorable natural pozzolana and saving time from tedious test processes.
Typically, high lime fly ash (Class C) has been characterized as a fly ash, which at lower replacement levels is not as effective as the low lime (Class F) fly ash, in mitigating alkali-silica reaction (ASR) in portland cement concrete. The influence of fineness of Class C, obtained by grinding virgin fly ash into finer particles, on its pozzolanic reactivity and ASR mitigation performance was investigated in this study. In order to assess the pozzolanic reactivity of mortar mixtures containing virgin or ground fly ashes, the strength activity index (SAI) test and thermo-gravimetric analysis (TGA) were conducted on the mortar cubes and paste samples, respectively, containing virgin fly ash or two ground fly ashes. In addition, to evaluate any improvement in the ASR mitigation of ground fly ashes compared to that of the virgin fly ash, the accelerated mortar bar test (AMBT) was conducted on the mortar mixtures containing different dosages of either virgin or ground fly ashes. In all tests crushed glass aggregate was used as a highly reactive aggregate. Results from this study showed that the finest fly ash (i.e., with an average particle size of 3.1 microns) could increase the flow ability along with the pozzolanic reactivity of the mortar mixture. However, results from this study suggested that the fineness of high lime fly ash does not seem to have any significant effect on ASR mitigation.
The following paper concentrates on the objective of studying the influences of extent of duration and temperature on the Pozzolanic properties as well as reactivity of locally existing natural clay of Nai Gaj, district Dadu, Sindh Pakistan. The activation of the clay only occurs through heating when temperature in a furnace chamber reaches 600, 700 and 800oC for 1, 2 and 3 hours and at 900 and 1000℃ for 1 and 2 hours. Furthermore, the strength activity index (SAI) of advanced pozzolanic material happens to be identified through 20% cement replacement for different samples of calcined clay as per ASTM C-618. The compressive strength test of samples had been operated for 7 and 28-days curing afterwards. The maximum compressive strength had been seen in mix E in which cement was replaced with clay calcined at 700℃ for 1 hour that is 27.05 MPa that is 24.31% more than that of control mix. The results gathered from the SAI verdicts the optimal activation temperature is 700℃ within a one-hour time period. The SAI at a temperature of 700℃ with a one-hour duration at 28 days is 124.31% which happens to satisfy the requirements of the new Pozzolanic material, in order to be applied in mortar/concrete (i.e., 75%). The Energy- dispersive spectrometry (EDS) along with the X-ray diffraction (XRD) have been carried out in means of verifying whether there is silica content or amorphous silica present in metakaolin that has been developed. The findings gathered from the SAI were validated, as the analysis of XRD verified that there is in fact Pozzolanic activity of developed metakaolin. Additionally, based on observation, the activated metakaolin holds a significant influence on the increase in mortar's compressive strength.
최근, 산업부산물의 재활용과 이산화탄소 저감은 사회적으로 매우 중요한 이슈이다. 이러한 측면에서 화력발전소에서 발생되는 석탄회는 콘크리트의 혼합재로 사용되는 것이 재활용 방안 중 최선으로 알려져 있다. 석탄회를 콘크리트에 사용하기 위하여 KS에서는 $SiO_2$, 분말도, 비중, 강열감량 및 활성도 지수 등의 품질 항목을 선정하여 관리하고 있다. 특히, 활성도 지수의 경우는 석탄회가 콘크리트에 사용될 때의 강도 발현성을 판정할 수 있는 가장 주요한 판정기준인데 반해서 실험소요 기간이 최소 28일 혹은 91일이 요구되는 단점을 가지고 있다. 이러한 문제점에 착안하여 본 연구에서는 기존 활성도 지수를 대체하여 석탄회의 포졸란 반응성을 신속하게 측정할 수 있는 API 시험법을 적용하여, API 시험결과와 활성도지수 및 K-value와의 비교 분석을 통하여 API 시험법의 적용 가능성을 검토하고, 신속 측정방법인 API 시험법에 의한 국내 석탄회의 품질을 평가하고자 하였다. 실험 결과, 국내 석탄회는 수분 및 비중을 제외하고는 KS 품질기준을 대부분 만족하지 못하는 것으로 나타났으며, 특히 유동층 보일러 애시는 고유의 특성을 가지는 것으로 나타났다. API와 활성도지수 및 K-value의 경우, 각각의 상관성이 상당히 좋은 것으로 나타났다. 특히, 재령이 증가할수록 API와의 상관성은 점점 증가하는 것으로 나타나 장기 재령의 실험을 요구하는 활성도 지수 대신에 2일 내에 결과를 알 수 있는 API시험이 석탄회의 포졸란 반응성 평가에 매우 유용한 시험방법인 것으로 판단된다.
POFA(Palm oil fuel ash)는 Palm fiber 와 shell의 부산물로써 콘크리트용 혼화재로 사용이 가능하다. 그러나 POFA를 사용한 콘크리트의 포졸란 반응에 관한 연구는 매우 적다. 따라서 본 연구에서는 다른 콘크리트용 혼화재료와 동일한 수준으로 POFA의 혼입 치환율을 달리한 모르타르의 압축강도 및 활성도 지수, 포졸란 활성도 지수(API)를 정량적으로 평가하여 혼화재료로서의 적합성을 평가하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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