Utilization of fly ash in concrete

Fly ash, a by-product of coal burning power plants, is produced in large quantities each year. It is commonly known that fly ash possesses pozzolanic behavior which can enhance the properties of concrete. Due to a lack of proper understanding on the formation of fly ash and its performance in concrete, the question of quality assurance has frequently been a major concern of engineers using fly ash in their construction projects. As a result, much fly ash is disposed of as waste material in landfills. Recent environmental concerns and a shortage of landfill space have rapidly escalated the disposal cost of fly ash and therefore, the need to seek better utilization of fly ash in concrete is then critical. The objective of this investigation is to study the effect of fly ash on the strength development of mortar and concrete and to develop models to predict its performance in these cementitious composites. The fly ash used was carefully selected and defined as to its origination, formation, physical and chemical compositions, and the storage condition. The original fly ash was fractionated into six particle size ranges, each having a relatively uniform particle size, with maximum sizes ranging from 5 to 300 microns. The rate of strength gain of these fly ash concretes was monitored from 1 to 180 days. The compressive strength for each series was correlated to the conditions of fly ash used to determine the major parameters affecting the performance of fly ash in mortar and concrete. The results from this study show that the particle size of fly ash has a significant effect on the strength development of concrete. The combustion condition in the boiler has some influence on the performance of fly ash in cementitious composites. Of particular importance is the finding that certain portions of fly ash when used as cement replacement can improve the strength of concrete beyond normal cement as early as 14 days. A correlation to predict the compressive strength of fly ash concrete is proposed and provides good agreement with experimental results both from this study as well as from other investigators

Influence of Palm Oil Fuel Ash and W/B Ratios on Compressive Strength, Water Permeability, and Chloride Resistance of Concrete

This research studies the effects of W/B ratios and palm oil fuel ash (POFA) on compressive strength, water permeability, and chloride resistance of concrete. POFA was ground until the particles retained on sieve number 325 were less than 5% by weight. POFA was used to partially replace OPC at rates of 15, 25, and 35% by weight of binder. The water to binder (W/B) ratios of concrete were 0.40 and 0.50. The compressive strength, water permeability, and chloride resistance of concrete were investigated up to 90 days. The results showed that POFA concrete with W/B ratio of 0.40 had the compressive strengths ranging from 45.8 to 55.9 MPa or 82–94% of OPC concrete at 90 days, while POFA concrete with W/B ratio of 0.50 had the compressive strengths of 33.9–41.9 MPa or 81–94% of OPC concrete. Furthermore, the compressive strength of concrete incorporation of ground POFA at 15% was the same as OPC concrete. The water permeability coefficient and the chloride ion penetration of POFA concrete were lower than OPC concrete when both types of concrete had the same compressive strengths. The findings also indicated that water permeability and chloride ion penetration of POFA concrete were significantly reduced compared to OPC concrete

Properties of concrete made from industrial wastes containing calcium carbide residue palm oil fuel ash rice husk-bark ash and recycled aggregates

บทคัดย่อคอนกรีตนี้ถูกทำขึ้น โดยใช้วัสดุเหลือทิ้งอุตสาหกรรมทั้งในวัสดุประสานและมวลรวมกากแคลเซียมคาร์-ไบด์ (CCR) ผสมแยกกับเถ้าปาล์มน้ำมัน (PA) และเถ้าแกลบเปลือกไม้ (RA) นำมาใช้เป็นวัสดุประสานแทนที่ปูนซีเมนต์ในส่วนผสมคอนกรีต นอกจากนี้มวลรวมรีไซเคิลถูกนำมาใช้แทนที่มวลรวมธรรมชาติเพื่อที่หล่อตัวอย่างคอนกรีต (คอนกรีต CCR-PA และ CCR-RA) สมบัติของคอนกรีต ได้แก่ กำลังอัด การแทรกซึมของคลอไรด์ และการซึมของน้ำผ่านคอนกรีตได้รับการประเมินและเปรียบเทียบกับคอนกรีตควบคุม (คอนกรีต CON) ผลการวิจัยพบว่าวัสดุประสาน CCR-PA และ CCR-RA สามารถนำมาใช้เป็นสารยึดเกาะในคอนกรีตที่ใช้มวลรวมรีไซเคิล แม้ว่าวัสดุประสาน CCR-PA และ CCR-RA มีหรือไม่มีปูนซีเมนต์ การพัฒนากำลังอัดของคอนกรีต CCR-PA และ CCR-RA คล้ายกับคอนกรีต CON นอกจากนี้วัสดุประสาน CCR-PA และ CCR-RA สามารถปรับปรุงการแทรกซึมของคลอไรด์และการซึมของน้ำผ่านคอนกรีตได้อย่างมีประสิทธิภาพ ผลการวิจัยยังชี้ให้เห็นว่าคอนกรีต CCR-PA และ CCR-RA สามารถใช้เป็นคอนกรีตที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมชนิดใหม่ เพราะคอนกรีตเหล่านี้สามารถลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และลดปัญหาสิ่งแวดล้อมAbstractThis concrete was made by using several industrial wastes in both binder and aggregates. Calcium carbide residue (CCR) mixed separately with palm oil fuel ash (PA) and rice husk-bark ash (RA), and was used as a binder instead of Portland cement in the concrete mixture. Furthermore, recycled aggregates were fully replaced natural aggregates in order to cast concrete specimens (CCR-PA and CCR-RA concretes). Concrete properties namely compressive strength, chloride migration, and water permeability of CCR-PA and CCR-RA concretes were evaluated and compared with the conventional concrete (CON concrete). The results indicated that CCR-PA and CCR-RA binders could be used as a new cementitious material in recycled aggregate concrete, even though the CCR-PA and CCR-RA binders contained no Portland cement. The characteristic compressive strength of CCR-PA and CCR-RA concretes developed similar to CON concrete. Moreover, CCR-PA and CCR-RA binders in the mixtures were effectively improving the chloride migration and water permeability of recycled aggregate concretes. These results also suggested that CCR-PA and CCR-RA concretes can be used as a new environmental friendly concrete because of these concretes can reduce as much as CO2 emissions and environmental problems

Effect of Fly Ash on Chloride Penetration and Compressive Strength of Reclycled and Natural Aggregate Concrete under 5-year Exposure in Marine Environment

งานวิจัยนี้ศึกษาผลของเถ้าถ่านหินต่อสัมประสิทธิ์การแทรกซึมของคลอไรด์ และกำลังอัดของคอนกรีตที่ใช้มวลรวมจากเศษคอนกรีต และมวลรวมจากธรรมชาติภายใต้สภาวะแวดล้อมทะเลเป็นเวลา 5 ปี โดยใช้เถ้าถ่านหินจากแม่เมาะแทนที่ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภทที่ 1 ในคอนกรีตที่ใช้มวลรวมจากเศษคอนกรีตและมวลรวมจากธรรมชาติในอัตราส่วนร้อยละ 0, 15, 25, 35 และ 50 โดยน้ำหนักวัสดุประสาน และใช้อัตราส่วนน้ำต่อวัสดุประสาน (W/B) เท่ากับ 0.40 และ 0.45 สำหรับมวลรวมจากเศษคอนกรีต และ 0.45 สำหรับมวลรวมจากธรรมชาติ หล่อตัวอย่างคอนกรีตทรงลูกบาศก์ขนาด 200×200×200 มม.3 สำหรับทดสอบการแทรกซึมคลอไรด์และกำลังอัดของคอนกรีต หลังจากบ่มคอนกรีตในน้ำเป็นเวลา28 วัน นำตัวอย่างทดสอบไปแช่ในสิ่งแวดล้อมทะเลบริเวณชายฝั่งในสภาวะเปียกสลับแห้ง โดยเก็บตัวอย่างทดสอบการแทรกซึมของคลอไรด์ทั้งหมด และกำลังอัดของคอนกรีตที่อายุแช่น้ำทะเล 5 ปี ผลการศึกษาพบว่า คอนกรีตที่ใช้มวลรวมจากเศษคอนกรีตทุกส่วนผสม มีการสูญเสียกำลังอัดหลังแช่น้ำทะเลเป็นเวลา 5 ปี ส่วนกลุ่มที่ใช้มวลรวมจากธรรมชาติที่ผสมเถ้าถ่านหินทุกส่วนผสม มีกำลังอัดหลังแช่น้ำทะเลที่อายุ 5 ปี เพิ่มขึ้นจากอายุบ่ม 28 วัน การใช้เถ้าถ่านหินแทนที่ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภทที่ 1 ในปริมาณที่สูงขึ้น ส่งผลต่อการลดสัมประสิทธิ์การแทรกซึมของคลอไรด์ในคอนกรีตลงได้อย่างชัดเจนซึ่งให้ผลไปในทิศทางเดียวกันทั้งกลุ่มที่ใช้มวลรวมจากธรรมชาติและมวลรวมจากเศษคอนกรีต โดยพบว่า คอนกรีตที่ใช้มวลรวมจากเศษคอนกรีตที่ผสมเถ้าถ่านหินอย่างน้อยร้อยละ 15 โดยน้ำหนักวัสดุประสาน ให้สัมประสิทธิ์การแทรกซึมของคลอไรด์ต่ำกว่าคอนกรีตธรรมดาที่ใช้มวลรวมจากธรรมชาติ ซึ่งมีอัตราส่วนน้ำต่อวัสดุประสานเท่ากับ 0.45This research studied the effect of fly ash on chloride diffusion coefficient and compressive strength of both recycled and natural aggregate concretes exposed to marine environment for 5 years. Mae-Moh fly ash was used to replace Portland cement at the percentages of 0, 15, 25, 35, and 50 by the weight of binder with various water to binder (W/B) ratios of 0.40 and 0.45 in recycled aggregate mixtures and a W/B ratio of 0.45 in natural aggregate mixtures. Concrete cube specimens of 200×200×200 mm3 were cast and cured in fresh water for 28 days and then were placed in a tidal zone of marine environment. The compressive strengths of the concrete exposed to marine environment for 5 years as well as the total chloride diffusion coefficients of the specimens were determined. The Results revealed that the compressive strengths of recycled aggregate concretes decreased after being exposed in marine environment for 5 years, whereas those of natural aggregate concretes and fly ash increased after 28 days of curing. Evidently, higher in fly ash contents would lower chloride diffusion coefficients of both recycled and natural aggregate concretes. Furthermore, use of fly ash as low as 15% replacement by weight in recycled aggregated concretes could provide lower chloride diffusion coefficient compared to Portland cement containing natural aggregate concrete with W/B of 0.45

Enhanced durability of concrete with palm oil fuel ash in a marine environment

This research aimed to enhance the durability of concrete at a marine site by using ground palm oil fuel ash (GPOFA). Portland cement type I had been replaced by GPOFA at various replacement levels of 0–50% by weight of binder, with three different strength grades. Cubical concrete specimens with embedded steel bars at various covering depths were cast to determine chloride ingression and steel corrosion. After curing for 28 days, the concrete specimens were placed in a marine environment. The compressive strength, total and free chloride ingress, and embedded steel corrosion of the specimens were determined after subjecting them to tidal zone conditions for 7 years. The results show that the concrete specimens containing GPOFA at replacement levels of 15–35% by weight of binder provided the best durability performances at the marine site, with lower compressive strength loss and higher chloride and steel corrosion resistances than ordinary Portland cement concrete. This indicates that GPOFA in a replacement levels of 15–35% by weight of binder, with a maximum W/B ratio of 0.45, can be used efficiently in concrete to enhance the service life of marine concrete structures

Evaluation of Heat Evolution of Pastes Containing High Volume of Ground River Sand and Ground Granulated Blast Furnace Slag

This paper investigated the heat evolution of pastes containing inert and active materials with different particle sizes. Ground river sand was used as an inert material while ground granulated blast furnace (GGBF) slag was used as an active material. Ground river sand (GRS) and GGBF slag were ground to have the same particle size and were used separately as a replacement of Portland cement type I at rates of 50 – 70 % by weight of the binder. Heat evolution of pastes containing GRS and GGBF slag was measured using an isothermal conduction calorimeter up to 72 h. The results showed that GRS with different particle sizes had a slight effect on the heat evolution of pastes. GGBF slag with median particle size d50 of 4.4 μm and d50 of 17.8 μm had a small effect on the heat evolution of pastes during the first 24 h, and the pastes also had very low heat evolution for up to 72 h. At the same replacement rate of Portland cement, however, the heat evolution due to the slag reaction was slightly increased when the particle size of the GGBF slag was decreased. Finally, the higher is the cement replacement by GGBF slag, the higher is the slag reaction

การประยุกต์ใช้จีโอพอลิเมอร์จากเถ้าแกลบในคอนกรีตบล็อกชนิดรับน้ำหนักUtilization of Rice Husk Ash-based Geopolymer in Hollow Load-bearing Concrete Masonry Block

งานวิจัยนี้ศึกษาผลของปริมาณมวลรวมความเข้มข้นของสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) และอุณหภูมิบ่มต่อกำลังอัด และการดูดซึมน้ำในคอนกรีตบล็อกชนิดรับน้ำหนักจากจีโอพอลิเมอร์จากเถ้าแกลบจากโรงงานโดยตรง เตรียมจีโอพอลิเมอร์คอนกรีตบล็อกจากจากเถ้าแกลบที่ไม่ผ่านการบดและเถ้าถ่านหิน (เถ้าแกลบ : เถ้าถ่านหิน เท่ากับ 50 : 50 โดยน้ำหนัก) สารละลายโซเดียมซิลิเกต (Na2SiO3) และสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) โดยใช้ความเข้มข้นของสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ เท่ากับ 12, 14, 16 และ 18 โมลาร์ และใช้ปริมาณหินฝุ่นเป็นมวลรวมแทนที่ในอัตราส่วน (เถ้าแกลบผสมเถ้าถ่านหิน) : หินฝุ่น เท่ากับ 1 : 4, 1 : 6 และ 1 : 8 โดยน้ำหนัก หลังจากนั้นทำการอัดจีโอพอลิเมอร์คอนกรีตบล็อกในเครื่องอัดคอนกรีตบล็อก โดยบ่มจีโอพอลิเมอร์คอนกรีตบล็อกในอากาศที่อุณหภูมห้อง (25°C) และบ่มในตู้อบที่อุณหภูมิ 65°C เป็นเวลา 24 ชั่วโมง จากนั้นบ่มในอากาศที่อุณหภูมิห้องจนถึงอายุทดสอบ โดยทดสอบกำลังอัดที่อายุ 7, 14, และ 28 วัน ตลอดจนทดสอบการดูดซึมน้ำที่อายุ 28 วัน ผลการศึกษาพบว่า การใช้ความเข้มข้นของสารละลาย NaOH ที่สูงขึ้น ส่งผลให้จีโอพอลิเมอร์คอนกรีตบล็อกมีกำลังอัดสูงขึ้นและการดูดซึมน้ำมีค่าลดลง โดยเห็นผลชัดเจนในจีโอพอลิเมอร์คอนกรีตบล็อกที่ใช้มวลรวมปริมาณต่ำมากกว่าปริมาณสูง การใช้มวลรวมผสมในจีโอพอลิเมอร์คอนกรีตบล็อกในปริมาณที่มากขึ้น ส่งผลให้กำลังอัดของจีโอพอลิเมอร์คอนกรีตบล็อกลดลง ตลอดจนการใช้อุณหภูมิในการบ่ม 65°C เป็นเวลา 24 ชั่วโมงส่งผลให้กำลังอัดของจีโอพอลิเมอร์คอนกรีตบล็อก สูงกว่ากลุ่มที่บ่มในอุณหภูมิห้อง 25°C อย่างชัดเจน โดยอุณหภูมิบ่มที่สูงขึ้นมีประสิทธิภาพต่อการเพิ่มกำลังอัดในกลุ่มที่ใช้ความเข้มข้นของสารละลาย NaOH ต่ำมากกว่าความเข้มข้นของสารละลาย NaOH สูงThis research aims to study the effects of aggregate content, sodium hydroxide (NaOH) concentration and curing temperature on compressive strength and water absorption of load-bearing geopolymer concrete block. Original coarse rice husk ash blended with fly ash at the percentage by weight of 50 : 50 was used as a binder. Sodium silicate (Na2SiO3) and sodium hydroxide (NaOH) solutions were also mixed with the binder to produce geopolymer concrete block. NaOH solution concentrations were varied at 12, 14, 16, and 18 molars. Dust limestone was also used as an aggregate in the mixture at various weight ratios between the binder (rice husk ash blended with fly ash) to aggregate of 1 : 4, 1 : 6 and 1 : 8. The geopolymer concrete blocks were produced by using the Cinva-Ram machine. The specimens were then arranged into two groups at the temperatures of 25°C (room temperature) and 65°C for the first 24-hour curing and then all the specimens were cured in room temperature until the testing ages. The geopolymer concrete block specimens were tested for compressive strength at 7, 14, and 28 days and its water absorption was tested at 28 days. The results showed that higher NaOH solution concentration led to higher compressive strength and lower water absorption of geopolymer concrete block. These effects were evidently found in geopolymer concrete blocks with low aggregate content than in those with high aggregate content. Increase of aggregate content in the mixture also decrease compressive strength of geopolymer concrete block. In addition, geopolymer concrete blocks, which were cured at 65°C for 24 hours apparently yielded higher compressive strength than those cured at 25°C (room temperature). Besides, high curing temperature has a greatter effect to increase compressive strength of geopolymer concrete block with lower NaOH concentration than that with higher NaOH concentration

Solidification of heavy metal sludge using cement, fly ash and silica fume

405-414In this paper, the properties of solidified waste using ordinary Portland cement (OPC) containing silica fume (SF) and fly ash (FA) as a binder are reported. Silica fume and fly ash are used to partially replace ordinary Portland cement by 10% and 30% by weight, respectively. Plating sludge is used of 40, 50 and 60% by weight of the binder. A water to binder (w/b) ratio of 0.40 is used for all of the mixtures. The compressive strength of the solidified wastes is investigated. The leachability of heavy metals is determined by TCLP and XRD, and XRF is used to study the chemical properties, while the fractured surfaces are studied by SEM, and the pore size distribution is studied by MIP. The test results show that the setting time of the blended cement increased as the amount of plating sludge in the mix increased. In addition, the compressive strength of the blended cement increased with increasing curing duration time but at a decreasing rate. The compressive strengths at 28 days of the SF solidified waste mixes are 12.4, 2.7, 1.34 MPa and those of FA solidified waste mixes are 1.1, 1.0, 0.5 MPa at the plating sludge of 40, 50 and 60% by weight of the binder, respectively. The quality of the solidified waste containing SF and FA is better than that with OPC alone in terms of the effectiveness in reducing the leachability. The concentrations of heavy metals in the leachates are within the limits specified by the US EPA. </span

Evaluation of Strengths from Cement Hydration and Slag Reaction of Mortars Containing High Volume of Ground River Sand and GGBF Slag

This paper investigates the cement hydration, and the slag reaction contributes to the compressive strengths of mortars mixed with ground river sand (GRS) and ground-granulated blast furnace (GGBF) slag with different particle sizes. GRS (inert material) and GGBF slag (reactive material) were ground separately until the median particle sizes of 32 ± 1, 18 ± 1, and 5 ± 1 micron and used to replace Portland cement (PC) in large amount (40–60%) by weight of the binder. The results showed that, at the early age, the compressive strength obtained from the cement hydration was higher than that obtained from the slag reaction. The results of compressive strength also indicated that the GGBF slag content and particle size play important roles in the slag reaction at the later ages, whereas cement hydration is more prominent at the early ages. Although the results could be expected from the use of GGBF slag to replace PC in mortar or concrete, this study had presented the values of the compressive strength along with ages and the finenesses of GGBF slag that contributed from cement hydration and from GGBF slag reaction

Development of Concrete Paving Blocks Prepared from Waste Materials without Portland Cement

This experiment used three types of waste materials: calcium carbide residue, fly ash, and recycled concrete aggregate to develop concrete paving blocks. The blocks had calcium carbide residue and fly ash as a binder without ordinary Portland cement (OPC) and combined with 100 % of recycled concrete aggregate. The concrete paving blocks were 10 × 10 × 20 cm and were formed using a pressure of 6 or 8 MPa. The binder-to-aggregate ratio was held constant at 1:3 by weight, while the water-to-binder ratios were 0.30, 0.35, and 0.40. The effects of the water-to-binder ratios and fineness of the binder on the compressive strength, flexural strength, abrasion resistance, and water absorption of the concrete paving blocks were determined and compared with those of TIS 827 and ASTM C1319 standards. The results revealed that by applying this procedure, we were able to produce an excellence concrete paving block without using OPC. The compressive strength of the concrete paving blocks made from these waste materials was 41.4 MPa at 28 days and increased to 45.3 MPa at 60 days. Therefore, these waste materials can be used as raw materials to manufacture concrete paving blocks without OPC that meet the requirements of 40 MPa and 35 MPa specified by the TIS 827 and ASTM C1319 standards, respectively.DOI: http://dx.doi.org/10.5755/j01.ms.24.1.17566</p