The main aim of this study is to investigate the possible effects of metakaolin on strength and durability properties of concrete. For this purpose, concrete mixtures are produced by substituting cement with metakaolin 0, 5, 10 and 20% by weight. The amount of binder for the concrete mixtures are 300 and $400kg/m^3$ with a constant water to cement ratio of 0.6. Compressive and bending strengths, freeze-thaw and high-temperature resistances, capillary coefficients and rapid chloride permeability properties were determined and compared each other. Because of all the experiments conducted, it has been found that the use of metakaolin as a pozzolanic additive in concrete have positive effects especially on compressive and bending strengths, capillary, rapid chloride permeability, freeze-thaw resistance, and high temperatures, up to $800^{\circ}C$. The results indicated that the performance of concrete can be enhanced by metakaolin. Particularly, compressive strength and durability properties have found to be improved with increasing metakaolin content which is attributed to pozzolanic activity and filler effect. Furthermore, metakaolin has relatively positive impacts under elevated temperatures and freeze-thaw effects. However, almost all the strengths of entire concrete specimens are lost at $800^{\circ}C$. Consequently, the optimum metakaolin substitution ratio can be suggested to be 20% as per this study.
This study investigated the effect of Pd on the microstructure, tensile and creep properties of Mg-4Al-2Sn (AT42) alloy at a high temperature for transportation-related industrial applications. AT42-xPd (x = 0, 1 and 2 wt. %) alloys were prepared using a permanent mould casting method. The microstructures of the as-cast alloys were characterized by the presence of the intermetallic phases $Mg_{17}Al_{12}$, $Mg_2Sn$ and $Al_4Pd$. The addition of Pd was found to improve the tensile properties of AT42 at room and at elevated temperatures, and to increase the creep resistance at elevated temperatures. A small amount of Pd could markedly improve the tensile properties of AT42 by means of grain-refinement and the dispersion of secondary phase strengthening. Moreover, the thermally stable phase $Al_4Pd$ effectively improves the creep resistance of AT42 due to the strengthened grain boundaries and the suppressed formation of $Mg_{17}Al_{12}$.
This is the fourth of a series of companion papers dealing with the mechanical property reductions of various marine structural steels. Even though a reduction of the elastic modulus according to temperature increases has not been obtained from experiments, high temperature experiments from room temperature to $900^{\circ}C$ revealed that initial the yield strength and tensile strength are both seriously degraded. The mechanical properties obtained from high temperature experiments are compared with those from EC3 (Eurocode 3). It is found that the high temperature test results generally comply with the prediction values by EC3. Based on the prediction of EC3, time domain nonlinear finite element analyses were carried out for a blast wall installed on a real FPSO. After applying the reduced mechanical properties, corresponding to $600^{\circ}C$ to the FE model of the blast wall, more than three times the deflections were observed and it was observed that most structural parts experience plastic deformations exceeding the reduced yield strength at the high temperature. It is noted that a protection facility such as PFP (passive fire protection) should be required for structures likely to be directly exposed to fire and explosion accident.
Yiran Wu;Xianglin Yu;Yongjiu Shi;Yonglei Xu;Huiyong Ban
Steel and Composite Structures
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v.47
no.2
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pp.269-287
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2023
The WGJ420 fire-resistant weathering (FRW) steel is developed and manufactured with standard yield strength of 420 MPa at room temperature, which is expected to significantly enhance the performance of steel structures with excellent fire and corrosion resistances, strong seismic capacity, high strength and ductility, good resilience and robustness. In this paper, the mechanical properties of FRW steel plates and buckling behavior of columns are investigated through tests at elevated temperatures. The stress-strain curves, mechanical properties of FRW steel such as modulus of elasticity, proof strength, tensile strength, as well as corresponding reduction factors are obtained and discussed. The recommended constitutive model based on the Ramberg-Osgood relationship, as well as the relevant formulas for mechanical properties are proposed, which provide fundamental mechanical parameters and references. A total of 12 FRW steel welded I-section columns with different slenderness ratios and buckling load ratios are tested under standard fire to understand the global buckling behavior in-depth. The influences of boundary conditions on the buckling failure modes as well as the critical temperatures are also investigated. In addition, the temperature distributions at different sections/locations of the columns are obtained. It is found that the buckling deformation curve can be divided into four stages: initial expansion stage, stable stage, compression stage and failure stage. The fire test results concluded that the residual buckling capacities of FRW steel columns are substantially higher than the conventional steel columns at elevated temperatures. Furthermore, the numerical results show good agreement with the fire test results in terms of the critical temperature and maximum axial elongation. Finally, the critical temperatures between the numerical results and various code/standard curves (GB 51249, Eurocode 3, AS 4100, BS 5950 and AISC) are compared and verified both in the buckling resistance domain and in the temperature domain. It is demonstrated that the FRW steel columns have sufficient safety redundancy for fire resistance when they are designed according to current codes or standards.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2004.05a
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pp.53-56
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2004
The mechanical properties and optical micrographs are studied for rolled magnesium alloy sheet with hexagonal close packed structure(HCP) at room and elevated temperatures. Tensile properties such as tensile strength, elongation, R-value and n-value are also measured for AZ31 magnesium alloy. Magnesium with strong texture of basal plane parallel to the rolling direction usually has high R-value and plastic anisotropy at room temperature. As temperature increases, the R-value for AZ31 magnesium sheet decreases. In addition, the AZ31 sheet becomes isotropy and recrystallization above $200^{\circ}C$. Formability of magnesium alloy sheets remarkably poor at room temperature is improved by increasing temperature. Sheet forming of magnesium alloy is practically possible only at high temperature range where plastic anisotropy disappears.
Ramezanianpour, A.A.;Kamel, M.E.;Kazemian, A.;Ghiasvand, E.;Shokrani, H.;Bakhshi, N.
Computers and Concrete
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v.10
no.6
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pp.649-662
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2012
This paper presents the results of an investigation on the compressive strength and weight loss of mortars containing three types of fillers as cement replacements; Limestone Filler (LF), Silica Fume (SF) and Trass (TR), subjected to elevated temperatures including $400^{\circ}C$, $600^{\circ}C$, $800^{\circ}C$ and $1000^{\circ}C$. Results indicate that addition of TR to blended cements, compared to SF addition, leads to higher compressive strength and lower weight loss at elevated temperatures. In order to model the influence of the different parameters on the compressive strength and the weight loss of specimens, artificial neural networks (ANNs) were adopted. Different diagrams were plotted based on the predictions of the most accurate networks to study the effects of temperature, different fillers and cement content on the target properties. In addition to the impressive RMSE and $R^2$ values of the best networks, the data used as the input for the prediction plots were chosen within the range of the data introduced to the networks in the training phase. Therefore, the prediction plots could be considered reliable to perform the parametric study.
Reinforced concrete structures are vulnerable to high temperature conditions such as those during a fire. At elevated temperatures, the mechanical properties of concrete and reinforcing steel as well as the bond between steel rebar and concrete may significantly deteriorate. The changes in the bonding behavior may influence the flexibility or the moment capacity of the reinforced concrete structures. The bond strength degradation is required for structural design of fire safety and structural repair after fire. However, the investigation of bonding between rebar and concrete at elevated temperatures is quite difficult in practice. In this study, bond constitutive relationships are developed for normal and high-strength concrete (NSC and HSC) subjected to fire, with the intention of providing efficient modeling and to specify the fire-performance criteria for concrete structures exposed to fire. They are developed for the following purposes at high temperatures: normal and high compressive strength with different type of aggregates, bond strength with different types of embedment length and cooling regimes, bond strength versus to compressive strength with different types of embedment length, and bond stress-slip curve. The proposed relationships at elevated temperature are compared with experimental results.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.12
no.5
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pp.35-42
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2008
This study describes the tensile test results of AISI type 304 under room and elevated temperatures. The tensile tests for AISI type 304, which is widely used for airframe structural applications, are performed according to ASTM standard. Normal probability plot was used to evaluate A and B Basis value for tensile strengths. Ramberg-Osgood parameter assuming an exponential relationship between stress and small plastic strain was obtained by least square estimate for test data. After room and elevated temperature tensile tests the surface of fractured specimens was observed by SEM images and EDX.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2005.05a
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pp.138-143
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2005
Finite Element analysis is widely applied to elevated temperature forging processes and shows a lot of information of plastic deformation such as strain, stress, defects, damages and temperature distributions. In highly elevated temperature deformation processes, temperature of material and tool have significant influence on tool life, deformation conditions and productivities. To predict temperature related properties accurately, adequate coefficients of not only contact heat transfer between material and dies but also convection heat transfer due to coolants are required. In most F.E analysis, too higher value of contact heat transfer coefficient is usually applied to get acceptable temperature distribution of tool. For contact heat transfer coefficients between die and workpiece, accurate values were evaluated with different pressure and lubricants conditions. But convection heat transfer coefficients have not been investigated for forging lubricants. In this research, convection heat transfer coefficients for cooling by emulsion lubricants are suggested by experiment and Inverse method. To verify acquired convection and contact heat transfer coefficients, tool temperature was measured for the comparison between measured tool temperature and analysis results. To increase analysis accuracy, repeated analysis scheme was applied till temperature of the tool got to be in the steady-state conditions. Verification of heat transfer coefficients both contact and convection heat transfer coefficients was proven with good accordance between measurement and analysis.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2003.10a
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pp.172-175
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2003
Thermomechanical behavior of Al-Mg-Si alloys have been studied to investigate the effect of microstructural features such as pre-existing substructure and distribution of particles on the deformation characteristics. The controlled compression tests have been carried out to get the basic information on how the alloy responds to temperature, strain amount and strain rate. Then hot forging of Al-Mg-Si alloys has been carried out and analyzed by the comparison with the compression tests. Microstructural features after forging have been discussed in terms of the thermomechanical response of Al-Mg-Si alloys. As already well mentioned, we have found that the deformation of Al-Mg-Si at the elevated temperature brought the recovered structure on most conditions. In a certain time, however, abnormally large grains have been found as a result of deformation assisted grain growth, which means that hot forging of Al-Mg-Si alloys could lead to a undesirable microstructural variation and the consequent mechanical properties such as fatigue strength.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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