Kurtoglu, Ahmet Emin;Alzeebaree, Radhwan;Aljumaili, Omar;Nis, Anil;Gulsan, Mehmet Eren;Humur, Ghassan;Cevik, Abdulkadir
Advances in concrete construction
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제6권4호
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pp.345-362
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2018
In this paper, mechanical and short-term durability properties of fly ash and slag based geopolymer concretes (FAGPC-SGPC) were investigated. The alkaline solution was prepared with a mixture of sodium silicate solution ($Na_2SiO_3$) and sodium hydroxide solution (NaOH) for geopolymer concretes. Ordinary Portland Cement (OPC) concrete was also produced for comparison. Main objective of the study was to examine the usability of geopolymer concretes instead of the ordinary Portland cement concrete for structural use. In addition to this, this study was aimed to make a contribution to standardization process of the geopolymer concretes in the construction industry. For this purpose; SGPC, FAGPC and OPC specimens were exposed to sulfuric acid ($H_2SO_4$), magnesium sulfate ($MgSO_4$) and sea water (NaCl) solutions with concentrations of 5%, 5% and 3.5%, respectively. Visual inspection and weight change of the specimens were evaluated in terms of durability aspects. For the mechanical aspects; compression, splitting tensile and flexural strength tests were conducted before and after the chemical attacks to investigate the residual mechanical strengths of geopolymer concretes under chemical attacks. Results indicated that SGPC (100% slag) is stronger and durable than the FAGPC due to more stable and strong cross-linked alumina-silicate polymer structure. In addition, FAGPC specimens (100% fly ash) showed better durability resistance than the OPC specimens. However, FAGPC specimens (100% fly ash) demonstrated lower mechanical performance as compared to OPC specimens due to low reactivity of fly ash particles, low amount of calcium and more porous structure. Among the chemical environments, sulfuric acid ($H_2SO_4$) was most dangerous environment for all concrete types.
This research paper presents the outcomes in terms of mechanical and microstructural characteristics of binary and ternary concrete when exposed to elevated temperature. Three parameter were taken into account, (a) elevated temperature (i.e., 200, 400, 600 and 800℃) (b) binary concrete with cementitious material sugarcane bagasse ash (SCBA) and ground granulated blast furnace slag (GGBFS) replacement percentage (i.e., 0, 15, 20, 25 and 30%) and (c) ternary concrete with cementitious material SCBA and GGBFS replacement percentage (i.e., 0, 15, 20, 25 and 30%). A total of 285 standard cube specimens (150 mm × 150 mm × 150 mm) containing Ordinary Portland Cement (OPC), SCBA, and GGBFS were made. These specimens then exposed to several elevated temperatures for 2 h, afterword is allowed to cool at room temperature. The following basic physical, mechanical, and microstructural characteristics were then determined and discussed. (a) mass loss ratio, (b) ultrasonic pulse velocity (UPV) (c) physical behavior, (d) compressive strength, and (e) field emission scanning electron microscope (FESEM). It was found that compressive strength increases up to 400℃; beyond this temperature, it decreases. UPV value and massloss decrease with increase in temperature as well as the change in color and crack were observed at a higher temperature.
For safety and economy reasons, hazardous waste including radioactive waste is desired to be converted into stable waste forms with a maximum volume reduction. High temperature melting technology using a plasma torch system can effectively treat even the non-flammable waste as desired. By far, one of the most difficult process for melting the non-flammable waste is a tapping of melts because the melting point of a residual slag in the tapping hole is high and because the viscosity of the melt increases sharply when tapping out. In case of a stationary furnace with a slant tapping port on the side of furnace, a certain amount of melts is left in the tapping hole after tapping out. Because of this, at every end of a melting cycle, the tapping hole needs to be opened by tapping device. The developed tapping device of melts based on both a guide electrode and auxiliary electrode is adequate for the application to discharge of melts except that the consumption of the guide electrode is somewhat faster than expected. Melt is collected in the water cooled vessel.
Alawad, Omer Abdalla;Alhozaimy, Abdulrahman;Jaafar, Mohd Saleh;Aziz, Farah Nora Abdul;Al-Negheimish, Abdulaziz
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제9권3호
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pp.381-390
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2015
Investigating the microstructure of hardened cement mixtures with the aid of advanced technology will help the concrete industry to develop appropriate binders for durable building materials. In this paper, morphological, mineralogical and thermogravimetric analyses of autoclave-cured mixtures incorporating ground dune sand and ground granulated blast furnace slag as partial cementing materials were investigated. The microstructure analyses of hydrated products were conducted using scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), differential thermal analysis (DTA), thermo-graphic analysis (TGA) and X-ray diffraction (XRD). The SEM and EDX results demonstrated the formation of thin plate-like calcium silicate hydrate plates and a compacted microstructure. The DTA and TGA analyses revealed that the calcium hydroxide generated from the hydration binder materials was consumed during the secondary pozzolanic reaction. Residual crystalline silica was observed from the XRD analysis of all of the blended mixtures, indicating the presence of excess silica. A good correlation was observed between the compressive strength of the blended mixtures and the CaO/$SiO_2$ ratio of the binder materials.
Experimental design for ecological restoration approach was investigated from the P' company's slag dumping area with higher pH value. The degree of pH recovery was measured by the injection of carbon dioxide from the LNG exhaust gas, and the residual carbon, for example, calcium and carbonate which can be controlled by artificial seaweed beds. The degree of adaptability from 3 algaes (Undaria pinnatifida, Sargassum horneri and Ecklonia stolonifera) and uptake nutrient function of Ecklonia stolonifera chosen in the first treatment were measured in the laboratory to determine the transplanting algae in artificial seaweed beds. The higher value of pH was decreased to 7.0~8.5 by injection of LNG exhaust gas with flow rate $20\;m^3/min$. In the experiment design at laboratory, the upper part of frond of Undaria pinnatifida and Sargassum horneri began to decay, and the color changed after 10 days. However, those of Ecklonia stolonifera were after 14~20 days. The uptake rate of nutrient from Ecklonia stolonifera was higher than those of other algaes, and those was similar pattern in the control (e.g. seawater); The DIN concentration uptake of Ecklonia stolonifera was $1.88\;{\mu}g/L/hr$ avg. in leachate, but $2.19\;{\mu}g/L/hr$ avg. in seawater. However, the ${PO_4}^3$-P concentration uptake was $0.18\;{\mu}g/L/hr$ avg. in leachate, but $0.31\;{\mu}g/L/hr$ avg. in seawater. These result indicated Ecklonia stolonifera uptaked these nutrients in the leachate as well as in seawater, and it may suggested for this species to transplant for constructing artificial seaweed beds.
다공성인 콘크리트에서는 외부의 수분 및 염화물 유입이 발생하며, 이는 매립된 철근의 부식을 야기한다. 본 연구에서는 촉진부식실험(ICM: Impressed Current Method)를 이용하여 10 V의 전압을 인가하였으며, 이에 따라 10 % 수준까지 부식량을 조절하였다. 부식량은 부식전류량 누계와 선형적인 관계가 도출되었으며, 균열의 영향으로 부식 유도 시간에 따라 2차 함수의 형태로 증가하였다. 부착응력에 대해서는 OPC 콘크리트에 대해서는 부식량 3.0 % 이후 급격한 부착응력의 감소가 발생하였다. 또한 치환률 30 %의 슬래그 콘크리트에서는 일반 콘크리트에 비하여 51.4~71.6 %의 낮은 부식량을 나타내었으며 5일간의 촉진실험에도 일정 수준의 부착강도를 유지하였다.
Residual of heavy metals originated from abandoned metal mines in agricultural field can cause adverse effect on ecosystem and eventually on human health. For this reason, remediation of heavy metal contaminated agriculture field is a critical issue. In this study, five different amendments, agriculture lime, dolomite, steel slag, zeolite, and compost, were evaluated for stabilization efficiency of heavy metals in agricultural field. Applied mixing ratio of amendments was varied (2% or 6%) depending on properties of amendments. Result showed that soil pH was increased compared to control (6.1-6.7) after mixing with amendments and ordered as dolomite (7.2~8.3) > steel slag (6.7~8.1) > agriculture lime (6.6~7.4) > zeolite (6.2~6.9) > compost (6.1~7.1). Among other amendments, agriculture lime, steel slag, and dolomite showed the highest stabilization efficiency of heavy metals in soil. For Cd, stabilization efficiency was 49~72%, 51~83%, and 0~36% for agriculture lime, steel slag, and dolomite respectively. In case of Pb, 43~64, 37~73%, and 51~73% of stabilization efficiency was observed for agriculture lime, steel slag, and dolomite respectively. However, minimal effect of heavy metal stabilization was observed for zeolite and compost. Based on result of this study, amendments that can increase the soil pH were the most efficient to stabilize heavy metal residuals and can be adapted for remediation purpose in agricultural field.
본 연구는 투수시험 실시 후 고로 슬래그 자극제로 $Na_2SO_4$를 첨가한 고로 슬래그 시멘트 페이스트 시편의 자기치유 특성으로서 충진율과 자기치유 생성물을 고찰하였다. 실시한 시편에 대해 충진율과 자기치유 생성물을 분석하였다. 자기치유 정도는 충진율로 평가하였으며 충진율은 객관성을 갖기 위해 BSE-DIP를 이용한 파노라마 분석법으로 실시하였다. 평균 충진율은 Top 부분은 평균 18%, Middle 부분은 평균 7%, Bottom 부분은 평균 5%로 시편의 윗부분에서 아래 부분으로 갈수록 충진율은 감소되는 경향을 나타냈다. 또한 구간별 최대 충진율은 44%이었고 최소 충진율은 3%이었다. 투수시험 후 잔존하는 자기치유생성물은 기본적으로 Ca 원소와 고로 슬래그에서 유래된 Al 원소를 다량 함유하고 있었으며 Si 원소는 균열 표면으로부터 가깝게 위치한 곳에 주로 존재하였다. 자기치유 생성물 중에서 가장 많이 존재하는 광물은 C-A-H로 68% 정도 존재하였다. $CaCO_3$는 13%, C-A-S-H는 8% 순으로 3가지 물질이 자기치유 생성물의 90% 정도를 차지하고 있었다. C-A-H는 주로 균열 표면에서 약간 떨어진 부분에서 존재하였으며 각진 형태 이거나 침상 형태의 형상을 나타냈다. C-A-S-H는 기존의 시편과 자연스럽게 이어지게 표면을 타고 생성되었으며 $CaCO_3$는 시편의 표면이나 균열의 내부 등 위치에 상관없이 전반적으로 보였다.
Sahani, Ashok Kr.;Samanta, Amiya K.;Roy, Dilip K. Singha
Advances in concrete construction
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제7권4호
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pp.263-275
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2019
In the present work, Granulated Blast Furnace Slag (GBFS) and Fly ash (FA) were used as partial replacement of Natural Sand (NS) and Ordinary Portland Cement (OPC) by weight. One control mix, one with GBFS, three with FA and three with GBFS-FA combined mixes were prepared. Replacements were 50% GBFS with NS and 20%, 30% and 40% FA with OPC. Preliminary investigation on development of compressive strength was carried out at 7, 28 and 90 days to ensure sustainability of waste materials in concrete matrix at room temperature. After 90days, thermo-mechanical study was performed on the specimen for a temperature regime of $200^{\circ}-1000^{\circ}C$ followed by furnace cooling. Weight loss, visual inspection along with colour change, residual compressive strength and microstructure analysis were performed to investigate the effect of replacement of GBFS and FA. Although adding waste mineral by-products enhanced the weight loss, their pozzolanicity and formation history at high temperature played a significant role in retaining higher residual compressive strength even up to $800^{\circ}C$. On detail microstructural study, it has been found that addition of FA and GBFS in concrete mix improved the density of concrete by development of extra calcium silicate gel before fire and restricts the development of micro-cracks at high temperature as well. In general, the authors are in favour of combined replacement mix in view of high volume mineral by-products utilization as fire protection.
본 연구에서는 Alumina 골재를 사용한 fly ash-blast furnace slag계 Geopolymer의 내열성 건축자재로서의 사용 가능성을 검토하기 위하여 고온조건에서의 열적 특성에 대하여 조사하였다. 모든 배합조건에서 Geopolymer 경화체의 표면 크랙은 $800^{\circ}C$까지는 관찰되지 않았으며, 이것은 열처리 전후 강도의 변화가 작은 것과 일치한다. 또한, $800^{\circ}C$까지 고로슬래그의 혼합비율이 60 wt%일 때 잔존압축강도가 가장 우수한 것으로 나타났다. Geopolymer 경화체의 주요 수화 생성물은 $20{\sim}35^{\circ}$(2theta) 범위의 비정질 halo 패턴과 원재료의 mullite($3Al_2O_3{\cdot}2SiO_2$)와 quartz($SiO_2$)가 확인되었다. 비정질 halo 패턴은 Geopolymer 축중합 반응에 의해서 생성된 aluminosilicate gel이며, $800^{\circ}C$까지는 aluminosilicate gel의 halo 패턴이 유지되고 있음을 알 수 있다. $1,000^{\circ}C$에서 aluminosilicate gel의 패턴은 사라지며 열처리온도의 증가와 함께 gehlenite, calcium silicate, calcium aluminum oxide, microcline와 같은 결정상이 관찰되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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