Investigating the properties and durability of high-strength concrete exposed to sulfuric acid attack for the purpose of its application in structures exposed to this acid is of outmost importance. In this research, the resistance and durability of high-strength concrete containing macro-polymeric or steel fibers together with the pozzolans of silica fume or nano-silica against sulfuric acid attack are explored. To accomplish this goal, in total, 108 high-strength concrete specimens were made with 9 different mix designs containing macro-polymeric and steel fibers at the volume fractions of 0.5, 0.75, and 1.0%, as well as the pozzolans of silica fume and nano-silica with the replacement levels of 10 and 2%, respectively. After placing the specimens inside a 5% sulfuric acid solution in the periods of 7, 21, and 63 days of immersion, the effect of adding the fibers and pozzolans on the compressive properties, ultrasonic pulse velocity (UPV), and weight loss of high-strength concrete was investigated and the respective results were compared with those of the reference specimens. The obtained results suggest the dependency of the resistance and durability loss of high-strength concrete against sulfuric acid attack to the properties of fibers as well as their fraction in concrete volume. Moreover, compared with using nano-silica, using silica fume in the fibrous concrete mix leads to more durable specimens against sulfuric acid attack. Finally, an optimum solution for the design parameters where the crushing load of high-strength fibrous concrete is maximized was found using response surface method (RSM).
It has been well known that concrete structures exposed to acid and sulfate environments such as sewer, sewage and wastewater, soil, groundwater, and seawater etc. show significant decrease in their durability due to chemical attack. Such deleterious acid and sulfate attacks lead to expansion and cracking in concrete, and thus, eventually result in damage to concrete matrix by forming expansive hydration products due to the reaction between portland cement hydration products and acid and sulfate ions. Objectives of this experimental research are to investigate the effect of mineral admixtures on the resistance to acid and sulfate attack in concrete and to suggest high-resistance concrete mix against acid and sulfate attack. For this purpose, concretes specimens with three types of cement (ordinary portland cement (OPC), binary blended cement (BBC), and ternary blended cement (TBC) composed of different types and proportions of admixtures) were prepared at water-biner ratios of 32% and 43%. The concrete specimens were immersed in fresh water, 5% sulfuric acid, 10% sodium sulfate, and 10% magnesium sulfate solutions for 28, 56, 91, 182, and 365 days, respectively. To evaluate the resistance to acid and sulfate for concrete specimens, visual appearance changes were observed and compressive strength ratios and mass change ratios were measured. It was observed from the test results that the resistance against sulfuric acid and sodium sulfate solutions of the concretes containing mineral admixtures were much better than that of OPC concrete, but in the case of magnesium sulfate solution the concretes containing mineral admixtures was less resistant than OPC concrete due to formation of magnesium silicate hydrate (M-S-H) which is non-cementitious.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2003.03a
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pp.189-196
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2003
Soil-cement column is often used as a contaminant barrier. This study presents the results of experimental study performed to investigate the changes of properties of soil-cement column under the attack of acids. Sulfuric nitric, and ascetic acid were used as contaminants. Specimen were made of clayey and sandy soils with addition of cement and water Permeability of soil-cement decreased with time during permeability test. When significant amount of acid percolated the specimen, permeability increased and compressive strength decreased due to the dissolution and leaching of cement and its chemical reaction compounds. Sulfuric and nitric acid were more effective than ascetic acid in deteriorating soil-cement column. Amount of acid required to lower the pH of soil cement below 12 was calculated from the results of permeability tests. This leads to a conclusion that, under the conditions employed in this study, the chemical stability of soil-cement column could be maintained against acid attack for longer than generally accepted lifetime of contaminant barriers.
Hyun-Sub, Yoon;Keun-Hyeok, Yang;Nguyen, Van Tuan;Seung-Jun, Kwon
Computers and Concrete
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v.30
no.6
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pp.409-419
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2022
The purpose of this study is to examine the effectiveness of biological repairing mortars on restoring the structural performance of a sewage culvert deteriorated by sulfate attack. The biological mortars were developed for protecting concrete structures exposed to sulfate attack based on the block membrane action of the bacterial glycocalyx. The diffusion coefficient of sulfate ions in the biological mortars was determined from the natural diffusion cell tests. The effect of sulfate-attack-induced concrete deterioration on the structural performance of culverts was examined by using the moment-curvature relationship predicted based on the nonlinear section lamina approach considering the sulfuric-acid-induced degradation of the structure. Typical analytical assessments showed that biological mortars were quite effective in increasing the sulfate-resistant service life of sewage culverts.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2022.11a
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pp.179-180
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2022
In this study, analyzed the effect of using CGS before and after the pre-treatment process as fine aggregate on the resistance to sulfate attack in concrete. As a result of the analysis, Although it showed a similar tendency to Plain (CS100), it is judged that it is necessary to analyze the resistance to sulfate attack due to the increase in immersion periods such as 180 days and 365 days.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.57
no.4
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pp.11-19
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2015
The important properties of EVA (ethylene vinyl acetate) redispersible polymer was waterproof, densification of internal pore space of concrete and ball bearing and micro filler. Also, the significant role of polypropylene(PP) fiber was crack control and blockade of movement for deterioration factors. The most studies for EVA were limited in the field of mortar and PP fiber reinforced concrete had been studied in the state of being restricted unit water content, rich mix and mixing much of the fiber without considering construction site. Therefore, the control mix design were applied in ready mixed concrete using 10 % fly ash of total cement weight used in batch plant. On the basis of control mix design, EVA contents ranging from 0 % to 10 % of total cement weight and PP fiber contents ranging from 0 % to 0.5 % of EVA concrete volume were used in the mix designs. The results showed the maximum compressive strength value was measured at EVA 5.0 % and PP fiber 0.1 %, the minimum water absorption ratio was at EVA 10 % and PP fiber 0 %, the durability factor for freezing and thawing resistance was at EVA 5.0 % and PP fiber 0.3 % and the minimum weight reduction ratio of resistance to sulfuric acid attack was at EVA 10 % and PP fiber 0.5 % after curing age 42days. Meanwhile, From these results, PP fiber reinforced EVA concrete would be very benefit, if each optimal mix types were used in hydraulic structures, underground utilities and agricultural structures.
Abdelli, Houssam Eddine;Mokrani, Larbi;Kennouche, Salim;Aguiar, J.L. Barroso de
Advances in concrete construction
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v.11
no.2
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pp.173-181
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2021
The main objective of this work is to contribute to the valorization of plastic and glass waste in the improvement of concrete properties. Waste glass after grinding was used as a partial replacement of the cement with a percentage of 15%. The plastic waste was cut and introduced as fibers with 1% by the total volume of the mixture. Mechanical and durability tests were conducted for various mixtures of concrete as compressive and flexural strengths, water absorption, ultrasonic pulse velocity, and acid attack. Also, other in-depth analyses were performed on samples of each variant such as X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (DSC-TGA), and scanning electron microscope (SEM). The results show that the addition of glass powder or plastic fibers or a combination of both in concrete improved in the compression and flexural strengths in the long term. The highest compressive strength was obtained in the mix which combines the two wastes about 26.72% of increase compared to the control concrete. The flexural strength increased in the mixture containing the glass powder. Therefore, the mixture with two wastes exhibits better resistance to aggressive sulfuric acid attack, and incorporating glass powder improves the ultrasonic pulse velocity.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1999.04a
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pp.789-792
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1999
Reinforced concrete structures covered creek for road vehicle located in urban areas have been experiencing corrosion of concrete and reinforcing steel caused by $H_2S$ gases generated by anaerobic bacterial. H2S gases react with oxygen and water to form sulfuric acid ($H_2SO_4$). This acid chemically attacks concrete, and sulfate ions penetrate into the concrete, causing rebar corrosion. In this work, to determine the conditions of RC culvert boxes which were constructed in the 1970s, various tests were conducted, including carbonation depth, compressive strength, half-cell potential measurements, and XRD analyses. Results indicated that the concrete deterioration was caused by sulfate attack and rebar corrosion. This paper discusses the evaluation on the durability of reinforced concrete structures covered creek for road vehicle.
Bentonite occurs in the Janggi Conglomerate of Tertiary age and consists mainly of montmorillonite with Mg as predominant interlayer cations. The bentonite was reacted with various concentrations of sulfuric acid (0.8~1.5M) for various reaction time (1-10h) at $103^{\circ}C$. Cation exchange capacity, exchangeable cations, surface area and solid acidity of the original bulk and acid activated bentonites were measured. Chemical analysis, X-ray diffraction, differential thermal analysis and infrared spectroscopy were used to characterize the changes in structure and properties of the acid activated bentonite. The dissolution of octahedral cations occurs not only from the edge of the clay platelets but also throughout the whole clay structure creating vacant octahedral sites. These lattice defects are created by $H^+$ diffused into the smectite layers. The cations leached possibly from the octahedral sheets are adsorbed on the interlayer exchange sites. They are exchanged with hydronium ions again by stronger acid attack. These reactions create wedge-shaped pores resulting in the increase of the surface area and the changes the morphology in the lattice structure.
The setting time of alkali activated slag cement tends to be much faster than ordinary Portland cement, and its compressive strength had been higher from the 1 day but became lower than that of the cement on the 28 days. According to the results of the surface observation, weight loss, compressed strength, and erosion depth tests on the sulphuric acid solution. It has been drawn that alkali activated slag cement has a higher sulphate resistance than ordinary Portland cement, and in particular, the alkali activated slag cement added 5 wt% alumina cement has little deterioration on the sulphuric acid solution. The reason why the alkali activated slag cement has higher sulphate resistance than other hardened cement pastes is that it has no $Ca(OH)_2$ reactive to sulphate ion, and there is little $CaSO_4{\cdot}2H_2O$ production causing volume expansion, unlike other pastes. And it is supposed that $Al(OH)_3$ hydrates with high sulphate resistance, which is produced by adding the alumina cement increases the sulfate resistance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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