Dadmand, Behrooz;Pourbaba, Masoud;Sadaghian, Hamed;Mirmiran, Amir
Advances in concrete construction
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제10권3호
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pp.195-209
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2020
This study investigates the behavior of ultra-high-performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) with hybrid macro-micro steel and macro steel-polypropylene (PP) fibers. Compression, direct and indirect tension tests were carried out on cubic and cylindrical, dogbone and prismatic specimens, respectively. Three types of macro steel fibers, i.e., round crimped (RC), crimped (C), and hooked (H) were combined with micro steel (MS) and PP fibers in overall ratios of 2% by volume. Additionally, numerical analyses were performed to validate the test results. Parameters studied included, fracture energy, tensile strength, compressive strength, flexural strength, and residual strength. Tests showed that replacing PP fibers with MS significantly improves all parameters particularly flexural strength (17.38 MPa compared to 37.71 MPa). Additionally, the adopted numerical approach successfully captured the flexural load-deflection response of experimental beams. Lastly, the proposed regression model for the flexural load-deflection curve compared very well with experimental results, as evidenced by its coefficient of correlation (R2) of over 0.90.
강섬유의 형태가 콘크리트의 휨거동에 미치는 영향을 알아 보기 위하여 5종의 강섬유를 사용한 실험을 실시하였다. 강섬유 혼입율은 1~2%로 변화를 주었고 전단 스팬비와 철근비는 고정하였다. 형태가 다른 강섬유의 보강 효과를 비교 분석하기 위한 방법으로 섬유 보강 효과 지수를 채택하였고, 인성 효과를 분석하기 위하여 유효 인성 지수를 제안하였으며, 이들 지수들은 강섬유 보강 효과를 비교 분석하는데 유용한 방법으로 평가되었다. 실험 결과에 의하면 강섬유 혼입율은 양단이 hook 형태인 강섬유의 경우에는 1% 이내가 효과적이며, dog bone 형태인 강섬유는 1~2%, 기타 강섬유는 2% 정도가 적절하였다. 강섬유의 혼입으로 인한 휨강도 및 파괴인성의 증진 효과는 무근 콘크리트보의 경우가 철근 콘크리트보의 경우보다 크게 나타났다. 또한 강섬유의 형태에 의한 휨강도와 인성의 증진 효과는 양단이 hook나 dog bone(paddled)형태의 강섬유가 섬유 혼입율이 상대적으로 낮음에도 straight나 crimped 및 wavy 형태보다 우수한 것으로 판명되었다.
Steel fiber reinforced concrete is increasingly used day by day in various structural applications. An extensive experimentation was carried out with w/cm ratio ranging from 0.25 to 0.40, and fiber content ranging from zero to1.5 percent by volume with an aspect ratio of 80 and silica fume replacement at 5%, 10% and 15%. The influence of steel fiber content in terms of fiber reinforcing index on the compressive strength of high-performance fiber reinforced concrete (HPFRC) with strength ranging from 45 85 MPa is presented. Based on the test results, equations are proposed using statistical methods to predict 28-day strength of HPFRC effecting the fiber addition in terms of fiber reinforcing index. A strength model proposed by modifying the mix design procedure, can utilize the optimum water content and efficiency factor of pozzolan. To examine the validity of the proposed strength model, the experimental results were compared with the values predicted by the model and the absolute variation obtained was within 5 percent.
A fineness range of 150 Nm-170 Nm has recently been applied to produce much finer wool products, so that processing techniques for the wool fabrics have been developed very rapidly. However, the worsted wool-like technique using polyester fiber has not been still implemented in general processing technique. Therefore, this research is to develop materials of side-by-side type with high finess, high shrinkage and stretchability. The mechanical properties of the produced fabrics were analyzed and the fundamental information were obtained for the new worsted wool-like products. The physical properties of a latent crimped yarns of side-by-side type with stretch function are analyzed. Also the mechanical properties of five kinds of fabrics are analyzed, which are produced with non-circular shape(+type) warp yarns of a twist of 1000(T/M) and with two kinds of latent weft yarns of a twist of 1000 T/M and DTY respectively.
The use of low-ductility welded wire fabric (WWF) as a main tensile reinforcement in concrete slabs compromises the ductility of concrete structures. Lower ductility in concrete structures can lead to brittle and catastrophic failure of the structures. This paper presents the experimental study carried out on eight simply supported one-way slabs to study the structural behavior of concrete slabs reinforced with low-ductility WWF and steel fibers. The different types of steel fibers used were crimped fiber, hooked-end fiber and twincone fiber. The experimental results show that the ductility behavior of the slab specimens with low-ductility reinforcement was significantly improved with the inclusion of $40kg/m^3$ of twincone fiber. Distribution of cracks was prominent in the slabs with twincone fiber, which also indicates the better distribution of internal forces in these slabs. However, the slab reinforced only with low-ductility reinforcement failed catastrophically with a single minor crack and without appreciable deflection.
An experimental work was carried out to study the effect of hybrid fiber on the tension stiffening and cracking characteristics of geopolymer concrete (GPC). A total of 24 concentrically reinforced concrete specimens were cast and tested under uniaxial tension. The grade of concrete considered was M40. The variables mainly consist of the volume fraction of crimped steel fibers (0.5 and 1.0%) and basalt fibers (0.1, 0.2 and 0.3%). The load deformation response was recorded using LVDT's. At all the stages of loading after the first cracking, crack width and crack spacing were measured. The addition of fibers in hybrid form significantly improved the tension stiffening effect. In this study, the combination of 0.5% steel fiber and 0.2% basalt fiber gave a better comparison than the other combinations.
The contribution of steel fibers on the 28-day compressive strength of high-performance steel fiber reinforced concrete was investigated, is presented. An extensive experimentation was carried out over water-cementitious materials (w/cm) ratios ranging from 0.25 to 0.40, with silica fume-cementitious materials ratios from 0.05 to 0.15, and fiber volume fractions ($V_f$= 0.0, 0.5, 1.0 and 1.5%) with the aspect ratios of 80 and 53. Based on the test results of 44 concrete mixes, mathematical model was developed using statistical methods to quantify the effect of fiber content on compressive strength of HPSFRC in terms of fiber reinforcing index. The expression, being developed with strength ratios and not with absolute values of strengths, is independent of specimen parameters and is applicable to wide range of w/cm ratios, and used in the mix design of steel fiber reinforced concrete. The estimated strengths are within ${\pm}3.2%$ of the actual values. The model was tested for the strength results of 14 mixes having fiber aspect ratio of 53. On examining the validity of the proposed model, there exists a good correlation between the predicted values and the experimental values of different researchers. Equation is also proposed for the size effect of the concrete specimens.
The complete stress-strain behavior of steel fiber reinforced concrete in compression is needed for the analysis and design of structures. An experimental investigation was carried out to generate the complete stress-strain curve of high-performance steel fiber reinforced concrete (HPSFRC) with a strength range of 52-80 MPa. The variation in concrete strength was achieved by varying the water-to-cementitious materials ratio of 0.40-0.25 and steel fiber content (Vf = 0.5, 1.0 and 1.5% with l/d = 80 and 55) in terms of fiber reinforcing parameter, at 10% silica fume replacement. The effects of these parameters on the shape of stress-strain curves are presented. Based on the test data, a simple model is proposed to generate the complete stress-strain relationship for HPSFRC. The proposed model has been found to give good correlation with the stress-strain curves generated experimentally. Inclusion of fibers into HPC improved the ductility considerably. Equations to quantify the effect of fibers on compressive strength, strain at peak stress and toughness of concrete in terms of fiber reinforcing index are also proposed, which predicted the test data quite accurately. Compressive strength prediction model was validated with the strength data of earlier researchers with an absolute variation of 2.1%.
Bhutta, M. Aamer Rafique;Tsuruta, Ken;Ohama, Yoshihiko
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제2권1호
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pp.35-39
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2008
This experimental study examines the applicability of polymer mortar permanent forms using a methyl methacrylate (MMA) solution of waste expanded polystyrene (EPS) to develop effective recycling processes for the EPS, referring to the flexural behavior of a polymer-impregnated mortar permanent form with almost the same performance as commercial products. An MMA solution of EPS is prepared by dissolving EPS in MMA, and unreinforced and steel fiber-reinforced polymer mortars are mixed using the EPS-MMA-based solution as a liquid resin or binder. Polymer mortar permanent forms (PMPFs) using the EPS-MMA-based polymer mortars without and with steel fiber and crimped wire cloth reinforcements and steel fiber-reinforced polymer-impregnated mortar permanent form (PIMPF) are prepared on trial, and tested for flexural behavior under four-point (third-point) loading. The EPS-MMAbased PMPFs are more ductile than the PIMPF, and have a high load-bearing capacity. Consequently, they can replace PIMPF in practical applications.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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