The mechanical behaviors and chloride resistance performance of fiber reinforced cementitious composites (FRCC) with hybrid polyethylene (PE) and steel fiber (in total 2% by volume) were investigated. Based on micro-mechanics and fracture mechanics, the reason why the tensile strain capacity of FRCC changed obviously was obtained. Besides, the effects of the total surface area of fiber in FRCC on compressive strength and chloride content were clarified. It is found that the improvement of the tensile strain capacity of FRCC with hybrid fiber is attributed to the growth of strain-hardening performance index (the ratio of complementary energy to crack tip toughness). As the total surface area of fiber related with the interfacial transition zone (ITZ) between fiber and matrix increases, compressive strength decreases obviously. Since the total surface area of fiber is small, the chloride resistance performance of FRCC with hybrid PE and steel fiber is better than that of FRCC containing only PE fiber.
To make up for the performance weaknesses of recycled aggregate concrete (RAC), expand the application range of RAC, and alleviate the environmental problems caused by excessive exploitation of natural coarse aggregates (NCA), this study proposes a basalt fiber-reinforced recycled aggregate concrete (BFRRAC)-filled square steel tubular columns that combines two modification methods of steel tube and fiber, which may greatly enhance the mechanical properties of RAC. The axial compression performance for BFRRAC-filled square steel tubular columns was reported during this study. Seven specimens with different replacement ratios of recycled coarse aggregate (RCA), length-diameter ratios, along with basalt fiber (BF) contents were designed as well as fabricated for performing axial compression test. For each specimen, the whole failure process as well as mode of specimen were discovered, subsequently the load-axial displacement curve has obtained, after which the mechanical properties was explained. A finite element analysis model for specimens under axial compression was then established. Subsequently, based on this model, the factors affecting axial compression performance for BFRRAC-filled square steel tubes were extended and analyzed, after which the corresponding design suggestion was proposed. The results show that in the columns with length-diameter ratios of 5 and 8, bulging failure was presented, and the RAC was severely crushed at the bulging area of the specimen. The replacement ratio of RCA as well as BF content little affected specimen's peak load (less than 5%). As the content of BF enhanced from 0 kg/m3 to 4 kg/m3, the dissipation factor and ductility coefficients increased by 10.2% and 5.6%, respectively, with a wide range.
In order to evaluate the effect of hybrid fibers on the flexural performance of tunnel segment at room temperature, twelve reinforced self-consolidating concrete (SCC) symmetric inclination beams containing steel fiber, macro polypropylene fiber, micro polypropylene fiber, and their hybridizations were studied under combined loading of flexure and axial compression. The results indicate that the addition of mono steel fiber and hybrid fibers can enhance the ultimate bearing capacity and cracking behavior of tested beams. These improvements can be further enhanced along with increasing the content of steel fiber and macro PP fiber, but reduced with the increase of the reinforcement ratio of beams. The hybrid effect of steel fiber and macro PP fiber was the most obvious. However, the addition of micro PP fibers led to a degradation to the flexural performance of reinforced beams at room temperature. Meanwhile, the hybrid use of steel fiber and micro polypropylene fiber didn't present an obvious improvement to SCC beams. Compared to micro polypropylene fiber, the macro polypropylene fiber plays a more prominent role on affecting the structural behavior of SCC beams. A calculation method for ultimate bearing capacity of flexural SCC symmetric inclination beams at room temperature by taking appropriate effect of hybrid fibers into consideration was proposed. The prediction results using the proposed model are compared with the experimental data in this study and other literature. The results indicate that the proposed model can estimate the ultimate bearing capacity of SCC symmetric inclination beams containing hybrid fibers subjected to combined action of flexure and axial compression at room temperature.
본(本) 논문(論文)에서는 최근(最近)들어 활발히 전개되고 있는 새로운 건설재료의 개발을 위한 노력의 하나로서 기유(機維)콘크리트의 개발과 그 역학적(力學的) 특성(特性)에 관하여 연구하였다. 이를 위하여 포괄적인 실험연구를 수행하였으며 강섬유의 혼입률과 섬유길이를 주요 실험변수로 하였다. 강섬유콘크리트의 역학적특성을 규명하기 위하여 휨거동, 인장거동 및 압축거동을 조사분석하였다. 실험결과 섬유의 혼입률이 증가함에 따라 강도가 증가하며, 특히 연성(延性)이 크게 증가함을 발견하였다. 강도의 증가율은 인장하중상태에서 제일 크게 나타냈고, 그 다음이 휨하중 상태였으며, 압축상태에서는 강도증가가 제일 적게 나타났다. 이것은 섬유의 효과가 콘크리트의 연장에서 더욱 크게 나타남을 의미하고 있다. 본 연구(硏究)는 강기유(鋼機維)콘크리트의 역학적(力學的) 특성(特性) 규명과 함께 강섬유콘크리트의 이용(利用)과 설계(設計)를 위한 중요한 기초자료를 제시하고 있다.
In this study, the mechanical properties of reactive powder concrete (RPC) with a constant cement to silica fume ratio of 4 were investigated. In the experimental program, reactive powder concretes with steel fiber at different ratios were produced. Five productions using quartz sand with a maximum grain size of 0.6 mm were performed. A superplasticizer with a ratio of 3% of the cement was used for all productions. $40{\times}40{\times}160mm$ prismatic specimens were prepared and tested for flexural and compression. The specimens were exposed to two different curing conditions as autoclave and standard curing condition. Autoclave exposure was performed for 3 hours under a pressure of 2 MPa. It was observed that the compressive strength of concrete, along with the flexural strength exposed to autoclave was quite high compared to the strength of concretes subjected to standard curing. The results obtained indicated that the compressive strength, along with the flexural strength of autoclaved concrete increased as the amount of cement used increases. Approximately 15% increase in flexural strength was achieved with a 4% steel fiber addition. The maximum compressive strength that has been reached is over 210 MPa for reactive powder concrete for the same steel fiber ratio and with a cement content of $960kg/m^3$. The relationship between compressive strength and flexural strength of reactive powder concrete exposed to both curing conditions was also identified.
This paper presents the investigations towards developing a better understanding on the contribution of steel fibers on the tensile strength of high-performance fiber reinforced concrete (HPFRC). An extensive experimentation was carried out with w/cm ratios ranging from 0.25 to 0.40 and fiber content ranging from zero to 1.5 percent with an aspect ratio of 80. For 32 concrete mixes, flexural and splitting tensile strengths were determined at 28 days. The influence of fiber content in terms of fiber reinforcing index on the flexural and splitting tensile strengths of HPFRC is presented. Based on the test results, mathematical models were developed using statistical methods to predict 28-day flexural and splitting tensile strengths of HPFRC for a wide range of w/cm ratios. The expressions, being developed with strength ratios and not with absolute values of strengths and are applicable to wide range of w/cm ratio and different sizes/shapes of specimens. Relationship between flexural and splitting tensile strengths has been developed using regression analysis and absolute variation of strength values obtained was within 3.85 percent. To examine the validity of the proposed model, the experimental results of previous researchers were compared with the values predicted by the model.
이 논문에서는 하이브리드 강섬유로 보강된 콘크리트의 부재의 휨강도를 예측하기 위한 수치해석기법을 제시하였다. 이를 위해 휨을 받는 하이브리드 강섬유 보강 콘크리트 실험과 수치해석연구를 수행하였다. 부피비 1.5%의 하이브리드 강섬유 보강 초고강도 콘크리트의 휨거동 특성 실험을 수행하였다. 강섬유보강 콘크리트의 인장연화특성은 구조적 거동에 매우 중요한 역할을 하며, 하이브리드 강섬유 보강 초고강도 콘크리트의 하중-균열개구변위 실험결과를 반영하여 가상균열모델에 근거한 역해석에 의해 인장연화모델링을 수행하였다. 제안기법에 의한 콘크리트 보의 모멘트-곡률 수치해석결과를 실험결과와 비교하였으며, 수치해석결과와 실험결과는 전반적으로 잘 일치하고 있다. 따라서, 제안기법에 의해 강섬유 보강 초고강도 콘크리트 보의 휨강도를 합리적으로 예측할 수 있다고 판단된다.
In this study, an experiment in the field was performed to analyze the variations of rebound ratios of SFRS with silica fume after fabricating the panels and placing the plain concrete of simulting a base rock with thickness 7cm. And the experimental parameters which are the reinforcing methods(steel fiber, wire mesh), steel fiber contents(0.0%, 0.5%, 0.75%, 1.0%), silica fume contents(0.0%, 10.0%), and the three parts(lower, middle, upper part) were chosen. According to the results of the lower part in this test, the larger the fiber contents are in case of steel fiber reinforced shotcrete, the less the rebound ratios are within the range of 20~35%, compared to the wire-mesh reinforced shotcrete with silica fume content of 10%, and these results are true of the middle and upper part, respectively. In addition, the four-stage phenomena of the rebound of SFRS were estimated on the base of a series of the test results.
This study evaluates the properties of porous concrete for pavement according to content of silica fume and steel fiber. The results of the test indicate that in every condition, the void ratio and the coefficient of water permeability of porous concrete for pavement satisfy both the domestic standards and proposition values. Among the properties of strength, the compressive strength satisfies the standards in the specification of KNHC as for every factor of mixture but in the case of the flexural strength, more than $0.6vol.\%$ of steel fiber satisfied the JCI proposition values. The case when silica fume and steel fiber are used simultaneously presents the strongest durability and Noise Reduction Coefficient is 0.48 to prove that it possesses almost $50\%$ sound absorption.
본 연구는 강섬유를 혼입한 고강도 콘크리트의 파괴 특성을 보여준다. 실험에 사용된 강섬유는 결합제의 용적비에 대한 0.5%, 0.75%. 1%를 사용하였고, 노치길이는 0, 15, 40, 45mm로 변화를 주었다. 3점 휨시험을 통해 J-integral($J_{Ic}$), $K_{Ic}$, $G_F$ deflection strength 그리고 fracture energy를 구하였다. 그 결과 섬유의 혼입은 콘크리트의 fracture energy를 향상시키는 것을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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