This study investigated the impact of temperature on the strength development of calcium carbonate concrete (CCC) comprising calcium carbonate and concrete waste. CCC exhibited its highest compressive strength when manufactured at temperatures between 60 and 70 °C, thereby demonstrating strengths 1.5 and 2.7 times greater than those achieved at 40 and 90 °C, respectively. At this temperature range (60–70 °C), CCC showed the highest amount of precipitated aragonite with large acicular aragonite crystals, which decreased the porosity of CCC. This temperature range governed the homogeneous distribution of calcium carbonate deposition within the CCC specimen. Moreover, the carbonated cement paste particles within the CCC continuously underwent aqueous carbonation, thereby providing an additional Ca source for calcium carbonate precipitation in CCC. At high temperatures, this process promotes the precipitation of Ca ions as needle-like aragonite crystals during reprecipitation with accelerating the transformation of calcium carbonate polymorphs. The CCC strength arose from the deposition of calcium carbonate from input calcium bicarbonate solution and the reprecipitation of calcium carbonate during aqueous carbonation. The calcium carbonate precipitation from aqueous carbonation accounts for 30 % of the total calcium carbonate precipitation of CCC. Needle-like aragonite crystals functioned as interlocking bridges between the particles and frame connections, effectively strengthening the CCC composite.

Moisture transport is the key phenomenon indicating the deterioration of the durability and structural performance of concrete structures. Although various studies have attempted to evaluate moisture transport in concrete, an anomalous behavior, which does not follow the root-t law compared to other porous material, was not explicitly taken into account. To quantitatively evaluate anomalous moisture transport, this study developed a couple of numerical methods between the truss-network model (TNM) and the rigid-body-spring model (RBSM) for this purpose. The colloidal behavior of calcium-silicate-hydrate (C-S-H), which is the major phase of cement-based material, was introduced to consider the anomalous behavior and mechanical response regarding the microstructural change of cement paste as well as cracks that significantly accelerate the moisture transport in concrete. The numerical results indicated that both microstructural change of cement paste and rapid absorption through cracks cause anomalous behavior. In addition, the numerical results suggest that volumetric change of cement paste should rely on water content related to the colloidal behavior of C-S-H in order to reproduce the realistic expansion and the closure of cracks during a rewetting process that affects structural performance and durability of concrete.

One carbon neutralization measure applied in the concrete sector is the use of artificial carbonate in concrete for immobilization. This CO2 reduction technology corresponds to the CO2 emitted during concrete production. When considering the marketability of these technologies, especially for newly developed products in the carbon market, it is essential to quantify the amount of CO2 fixed as inorganic carbonate. Additionally, as a representative test specimen for concrete containing aggregate, a φ100 × 200 mm cylinder specimen is conventionally used for physical property evaluation. To evaluate the amount of CO2 fixed in one batch of concrete, a mass far from that of the conventional chemical analysis sample may need to be analyzed. Therefore, in this study, we investigated a pulverization process for concrete analytical materials. We also propose a new analytical apparatus that can be used to measure large cylinder specimens. Experimental results showed that the newly developed analyzer, equipped with a mass balance and CO2 and H2O gas analyzer for large cylinders, exhibited excellent analytical variability and measurement speed performance. It was also inferred that the homogenization process is necessary to grind the entire cylindrical concrete specimen into a fine powder and homogenize it to improve the representativeness of the concrete.

Cementitious materials generally have large carbon footprints because of the high CO2 emitted during Portland cement production. This is because limestone is used as an essential CaO resource, and its decomposition by calcination emits CO2. From this perspective, the concrete in urban buildings can be considered an urban mine of CaO resources. In this study, we propose obtaining a solidified product by crushing all the waste concrete, carbonating it, pressurizing it with a calcium bicarbonate solution, and drying it. The experimental results show that the bicarbonate solution, high-temperature conditions, and extended loading period produce a higher strength. In addition, neck growth at the contact surfaces of the carbonated concrete fines was confirmed using scanning electron microscopy. Consequently, the proposed method indicates that the hardening mechanism is the cold sintering of calcium carbonate on the surface of fine-carbonated concrete particles. This method allows the developed blocks to be used semi-permanently with relatively low energy consumption through repeated crushing and re-pressurization.