Abdul-Wahab, Sabah A.;Hassan, Edris M.;Al-Jabri, Khalifa S.;Yetilmezsoy, Kaan
Environmental Engineering Research
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제24권2호
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pp.246-253
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2019
This study was conducted to explore the optimum proportion of zeolite and zeolite-kaolin as additives to cement clinker and gypsum samples, while maintaining the strength properties of produced environmentally sustainable cements. According to the British standard method, zeolite was added to cement clinker in proportions of 5-12% and 10-12% by weight, respectively, in the preparation of samples of zeolite-containing cement and zeolite-kaolin-based cement. Kaolin was used as a second additive as 10-20% of the total weight. The compressive strength tests were performed on base cement samples according to a standard procedure given in ASTM C109 Compressive Strength of Hydraulic Cement. These values were compared with those of the reference sample and the Omani allowable limits. The results indicated that the best compressive strength values were obtained with 88% cement clinker, 5% gypsum, and 7% zeolite for the zeolite-containing cement. Quantities of 70% cement clinker, 5% gypsum, 10% zeolite, and 15% kaolin gave the best results for zeolite-kaolin-based cement, resulting in a substitution of than 25% cement clinker. The study concluded that the partial cement clinker replacement using zeolite/kaolin combination may have a great influence on the reduction of $CO_2$ emission and energy saving in cement manufacturing.
경북 대포 지역에서 채취한 제올라이트의 시멘트 혼합재료로의 이용 가능성을 검토하기 위하여 제올라이트가 함유된 시멘트의 수화 특성을 연구하였다. 제올라이트가 함유된 시멘트 페이스트에 대하여 수화발열 속도, XRD, EDS, 질소 흡착, 수은 침투 등의 분석을 수행하였다. 제올라이트가 함유된 시멘트 페이스트에서는 제올라이트 양이 증가함에 따라 응결시간이 빨라지고 시멘트의 수화가 촉진되는 경향을 나타내었다. 제올라이트가 함유된 모르터에서는 제올라이트 양이 증가함에 따라 플로우가 크게 감소하였다. 또한 플레인 모르터와 비교하여 단기에 강도증진이 나타났다. 이러한 결과는 시멘트의 수화시 알칼리에 의한 제올라이트의 탈알루미늄 과정에서 제올라이트 입자로부터 이탈한 활성 알루미늄 종과 관련이 있는 것으로 보인다.
In the present study, reference samples were prepared using ore preparation facility tailings taken from the copper mine (Kure, Kastamonu), Portland cement (PC) in certain proportions (3 wt%, 5 wt%, 7 wt%, 9wt% and 11 wt%), and water. Then natural zeolite taken from the Bigadic Region was mixed in certain proportions (10 wt%, 20 wt%, 30 wt% and 40 wt%) for each cement ratio, instead of the PC, to prepare zeolite-substituted CPB samples. Thus, the effect of using Zeolite instead of PC on CPB's strength was investigated. The obtained CPB samples were kept in the curing cabinet at a temperature of 25℃ and at least 80% humidity, and they were subjected to the Uniaxial Compressive Strength (UCS) test at the end of the curing periods of 3, 7, 14, 28, 56, and 90 days. Except for the 3 wt% cement ratio, zeolite substitution was observed to increase the compressive strength in all mixtures. Also, the liquefaction risk limit for paste backfill was achieved for all mixtures, and the desired strength limit value (0.7 MPa) was achieved for all mixtures with 28 days of curing time and 7 wt%, 9 wt%, 11 wt% cement ratios and 5% cement - 10% zeolite substituted mixture. Moreover, the limit value (4 MPa) required for use as roof support was obtained only for mixtures with 11% cement - 10% and 20% zeolite content. Generally, zeolite substitution seems to be more effective in early strength (up to 28th day). It has been determined that the long-term strength losses of zeolite-substituted paste backfill mixtures were caused by the reaction of sulfate and hydration products to form secondary gypsum, ettringite, and iron sulfate.
In this study, the engineering characteristics of volcanic ash-cement soil mixtures and zeolite-cement soil mixtures are investigated by using unconfined compression test, freezing-thawing test, SEM and XRD analysis. The samples were mixed with volcanic ash from Mt. Baekdusan or porous zeolite, and cement as the ratios of 3.5:1, 4.0:1, 4.5:1, 5.0:1 with and without metakaolin. It is confirmed that compressive strength degraded with increasing of the amount of volcanic ash or zeolite, and increased with addition of metakaolin as a binder. Moreover, test results suggested that the mixtures provided sufficient freezing-thawing resistance. In addition, ettringite as a product of cement hydration was detected by SEM and XRD, and that possibly contributes to the strength of the mixtures.
시멘트 산업은 에너지 다소비형이며 석회석을 원료로 하고 있어 지구 온난화의 주범인 CO를 배출하여, 환경문제로 인해 가까운 시기에 큰 어려움을 겪을 것으로 예상되고 있다. 오늘날 첨단산업의 발전과 지구환경 문제의 심각성에 대한 인식이 증가하여 시멘트 산업에서도 다각화 측면에서 다양한 종류의 기술 등이 활성화되고 있는 시점이다. 이 연구에서는 최근에 새로이 검토되고 있는 시멘트 대체 재료로서 천연 제올라이트를 주원료로 사용한 제올라이트 시멘트 모르타르에 관한 재료적 특성을 분석하는데 목적이 있으며 그 방법으로 물($H_2O$)대신 알칼리 활성제(NaOH)를 사용하여 알칼리 경화반응을 이용한 제올라이트 모르타르를 제조하여, 강도 특성 및 적정 배합비를 구하였다. 그 결과 알칼리 활성제의 양과 경화 온도에 따른 천연 제올라이트 시멘트 모르타르의 7일 압축강도가 42 MPa로 측정되는 등 기존 시멘트보다 뛰어난 성능을 나타내는 것으로 판단되어지며, 기존 건설용 재료를 대체할 가능성이 충분히 있다고 사료된다.
This study has been carried out to investigate the effect of the surface properties of Portland cement, diatomite and zeolite on the performance of concrete composites. In this context, to describe the materials used in this study and determine the properties of them, chemical, physical, mineralogical, molecular, thermal, and zeta potential analysis have been applied. In the study, reference (Portland cement), 10%-20% diatomite, 10%-20% zeolite, 5+5%-10+10% diatomite and zeolite were substituted for Portland cement, a total of 7 different cements were obtained. Ultrasonic pulse velocity, capillary water absorption and compressive strength tests were performed on the hardened concrete specimens. Hardened concrete tests have been done on seven different types of concrete, for 28, 56 and 90 days. As a result of experiments it has been identified that both the zeolite and diatomite substitution has a positive effect on the performance of concrete.
Trung, Nguyen Thoi;Alemi, Nima;Haido, James H.;Shariati, Mahdi;Baradaran, Seyedata;Yousif, Salim T.
Smart Structures and Systems
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제24권3호
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pp.415-425
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2019
This study was carried out to evaluate the natural zeolite in producing green concrete as an effort to prevent global warming and environmental impact problems of cement industries. To achieve this target, two types of natural zeolites applied to study physical, chemical and compressive strength of concrete containing different percentages of zeolites. The results in comparison with control samples indicate that compressive strength of zeolites mixes increases with the 15% replacement of zeolite instead of cement in all types of samples. In the water-cement ratio of 0.6, results showed an increase in the compressive strength of all percentages of replacement. This results indicate that using natural zeolites could be produced a green concrete by a huge reduction and saving in the consumption of cement.
천연 지올라이트를 파쇄하여 일정한 크기의 입제를 생산하는 과정에서 부가가치가 낮은 다량의 미분이 부산물로 발생하고 있다. 본 연구에서는 분말의 천연 지올라이트를 토양 개량제나 폐수처리제의 활용성을 증대시키기 위해 포트랜드 시멘트를 접착제로 혼합하고 열처리하여 재입단화 하였다. 본 실험에 사용한 천연 지올라이트는 경북 영일만 일대에서 산출된 것으로 규반비(Si/Al) 4.8, 양이온치환용량(CEC) 68.1 cmol $kg^{-1}$이었고, clinoptilolite, mordenite이 주 광물이었으며, 기타 smectite, feldspar, quartz 등으로 이루어져 있다. 입상 지올라이트는 미분의 천연 지올라이트에 25%의 포트랜드 시멘트를 접착제로 혼합하고 토련기로 성형한 후 입단화 하였다. 이 시료는 $25^{\circ}C$에서 30일간 양생하고 $400^{\circ}C$에서 3시간 동안 열처리하였을 때 가장 효율적으로 나타났다. 입상의 지올라이트를 조제하는 과정에서 비정질의 산화광물이 생성되어 지올라이트 입단의 X-선 회절폭이 넓게 나타났고, 천연 지올라이트에 알칼이와 열처리한 시료에서는 가변전하 특성을 나타났다. 지올라이트 입단의 주요한 광물은 clinoptilolite, mordenite, tobermorite였고 천연 지올라이트와 비교해 볼 때 pH 완충력과 전하밀도가 증가하였다.
After mixing the pozzolan-based powder and water repellent with porosity into the cement mortar, microanalysis and measurement of the water repellent contact angle confirmed that the NZS specimen using natural zeolite had the highest contact angle. The specific surface area is increased due to the porosity of natural zeolite, so the adhesion of silane-siloxane is relatively better than that of FA, and it is judged to have a uniform distribution inside the mortar.
Concrete is one of the most widely used construction materials in the world. Producing economical and durable concrete is possible by employing pozzolanic materials. The aim of this study is to underline the possibility of the utilization of natural zeolite in producing concrete and investigate its effects basically on the strength and durability of concrete. In the production of concrete mixes, Portland cement was replaced by the natural zeolite at ratios of 0%, 10%, 15%, and 20% by weight. Concretes were produced with total binder contents of $300kg/m^3$ and $400kg/m^3$, but with a constant water to cement ratio of 0.60. In addition to compressive and flexural strength measurements, freeze-thaw and high temperature resistance measurements, rapid chloride permeability, and capillary water absorption tests were performed on the concrete mixes. Compared to the rest mixes, concrete mixes containing 10% zeolite yielded in with the highest compressive and flexural strengths. The rapid chloride permeability and the capillary measurements were decreased as the natural zeolite replacement was increased. Freeze-thaw resistance also improved significantly as the replacement ratio of zeolite was increased. Under the effect of elevated temperature, natural zeolite incorporated concretes with lower binder content yielded higher compressive strength. However, the compressive strengths of concretes with higher binder content after elevated temperature effect were found to be lower than the reference concrete.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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