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.
In order to enhance the greenness in the strain-hardening composites and to reduce the high cost of typical polyvinyl alcohol fiber reinforced engineered cementitious composite (PVA-ECC), an affordable strain-hardening composite with green binder content has been proposed. For optimizing the strain-hardening behavior of cementitious composites, this paper investigates the effects of polypropylene fibers on the first cracking strength, fracture properties, and micromechanical parameters of cementitious composites. For this purpose, digital image correlation (DIC) technique was utilized to monitor crack propagation. In addition, to have an in-depth understanding of fiber/matrix interaction, scanning electron microscope (SEM) analysis was used. To understand the effect of fibers on the strain hardening behavior of cementitious composites, ten mixes were designed with the variables of fiber length and volume. To investigate the micromechanical parameters from fracture tests on notched beam specimens, a novel technique has been suggested. In this regard, mechanical and fracture tests were carried out, and the results have been discussed utilizing both fracture and micromechanical concepts. This study shows that the fiber length and volume have optimal values; therefore, using fibers without considering the optimal values has negative effects on the strain-hardening behavior of cementitious composites.
Polyester composites play a vital role in civil engineering applications, especially in bridge and car park structures. Therefore, the addition of waste silica-based fillers will both improve the mechanical and durability performance of composites and produce an environmentally friendly material. In this study, the mechanical performance of polyester composites was investigated experimentally and numerically by adding micro and nano-sized silica-based fillers, marble powder, silica fume and nano-silica. 24 cubes for the compression test and 18 prisms for the flexural test were produced in six different groups containing 30% marble powder, 5% silica fume and 1% nano-silica by weight. SEM/EDS testing was used to investigate the distribution of filler particles in the matrix. Experimentally collected results were used to validate tests in the Abaqus software. Additionally, the Extended Finite Element Method (XFEM) was used to estimate the fracture process for the flexural test. The results show that the added silica fume, marble powder and nano silica improves the compressive strength of polyester composites by 32-38% and the flexural tensile strength by 10-60% compared to pure polyester composite. The numerically obtained results matched well with the experimental data, demonstrating the accuracy and feasibility of the calibrated finite element model.
Park, Joung-Man;Kwon, Dong-Jun;Shin, Pyeong-Su;Kim, Jong-Hyun;Baek, Yeong-Min;Park, Ha-Seung
Composites Research
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v.30
no.2
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pp.138-144
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2017
Damage sensing of polymer composite films consisting of poly(dicyclopentadiene) p-DCPD and carbon nanotube (CNT) was studied experimentally. Only up to 1st ring-opening polymerization occurred with the addition of CNT, which made the modified film electrically conductive, while interfering with polymerization. The interfacial adhesion of composite films with varying CNT concentration was evaluated by measuring the wettability using the static contact angle method. 0.5 wt% CNT/p-DCPD was determined to be the optimal condition via electrical dispersion method and tensile test. Dynamic fatigue test was conducted to evaluate the durability of the films by measuring the change in electrical resistance. For the initial three cycles, the change in electrical resistance pattern was similar to the tensile stress-strain curve. The CNT/p-DCPD film was attached to an epoxy matrix to demonstrate its utilization as a sensor for fracture behavior. At the onset of epoxy fracture, electrical resistance showed a drastic increase, which indicated adhesive fracture between sensor and matrix. It leads to prediction of crack and fracture of matrix.
In this work, the effects of ozone treatments on mechanical interfacial properties of carbon fibers-reinforced nylon-6 matrix composites were investigated. The surface properties of ozone treated carbon fibers were studied by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Mechanical interfacial properties of the composites were investigated using critical stress intensity factor ($K_{IC}$). The cross-section morphologies of ozone-treated carbon fiber/nylon-6 composites were observed by scanning electron microscope (SEM). As a result, $K_{IC}$ of the ozone-treated carbon fibers-reinforced composites showed higher values than those of as-received carbon fibers-reinforced composites due the enhanced $O_{1s}/C_{1s}$ ratio of the carbon fiber by the ozone treatments. This result concludes that the mechanical interfacial properties of nylon-6 matrix composites can be controlled by suitable ozone treatments on the carbon fibers.
Presently, the reuse of waste FCC catalysts, which generated from the refining process of crack oil, after the removal of con-taminated metallic impurities have not been attempted domestically yet because the separation technology f3r the impurities from waste catalysts has not been established. As a basic study far the reusable portion from the waste FCC catalysts and treatment of metallic impurities are assured, there will be invoked an significant contribution not only in the recycling of abandoned wastes up to date but also in the treatment efficiency of wastes and extraction of economical benefits from them. The magnetic separation of impurities such as Fe, Ni, and V, from waste FCC catalyst has been attempted with or without its pre-oxidation at high temperature for the purpose of its reuse. The results showed that the separability of impurities by magnetic force was high far non-preoxidized catalysts compared with preoxidized ones, and employment of screen-type matrix showed a higher separation efficiency than ball-type matrix. The separability increased with the strength of magnetic field, and the method of ball matrix has separation efficiency of maximum 51.10%. The amount of metallic impurities was in the decreasing order of V, Ni, and Fe depending upon ICP analysis.
Two-phase Al-21Ti-23Cr alloy containing 20 vol.% $\textrm{Cr}_{2}\textrm{Al}$ as a second phase in the $Ll_2$ matrix is located in the two- phase region of the Al- Ti- Cr phase diagram at $1150^{\circ}C$, while in the three-phase region at $1000^{\circ}C$. Based on this result, the mechanical properties of the A1-21Ti-23Cr alloy were enhanced through the refined precipitation of the third phase in the $Ll_2$ matrix by aging the alloy below $1000^{\circ}C$. It was observed that a several ,m of the third phase precipitated in the $Ll_2$ matrix through aging at $800^{\circ}C$ and $1000^{\circ}C$, but the precipitation was not observed below $600^{\circ}C$. Furthermore, the third phase was more finely precipitated at $800^{\circ}C$ than at $1000^{\circ}C$. Although the third phase precipitated at $800^{\circ}C$ and at $1000^{\circ}C$, the compressive yield strength increased rapidly at $800^{\circ}C$ only. This is probably attributable to the refined precipitation of the third phase in the $Ll_2$ matrix. It is expected that the precipitation of the third phase. which was confirmed to be the TiAlCr phase, improves the mechanical properties by preventing crack propagation in the $Ll_2$ matrix.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.15
no.4
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pp.359-365
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2015
Floor mortar experiences dry shrinkage by temperature and humidity difference of internal matrix with material type. Also, since floor mortar is influenced by environmental conditions during placing and curing period, cracks are likely to be occurred. In this study, it was evaluated the hardening and dry shrinkage properties of non-sintered binder based floor mortar utilizing alpha-hemihydrate gypsum which has expansibility in order to prevent crack of the floor mortar. It was applied to the construction site, and examined the effects of external environmental conditions on shrinkage deformation and cracking. Different types of slag accelerated initial and final setting in comparison with cement mortar and its compressive strength was satisfied standard compressive strength for floor mortar. Also shrinkage deformation behavior after the initial expansion exhibited a similar tendency with the cement mortar. From the field application result, no crack was found from slag mortar, and it is determined that the slag mortar has better dimensional stability than cement mortar caused by external environment conditions.
SiCp/pure Al and SiCp/2024Al MMCs were fabricated by in-situ VHP process designed specially just in this study which is composed of the vacuum hot press at range from R.T. to $500^{\circ}C$ and the continuous extrusion without canning process at $520^{\circ}C$. It was investigated the effect of SiC particle size, volume fraction and extrusion ratio on the tensile properties and micro structure in auf composites. In case of the 10:1 extrusion ratio, but SiCp/pure Al and SiCp/2024Al composites were shown a sound appearance and a good micro structure without crack of SiCp as well as uniform distribution of SiCp. However, in case of the 16:1 extrusion ratio, the number of cracked SiC particles more than increased in a higher volume fraction composite and 2024Al matrix composite compared with pure Al matrix one. The tensile strength of the composites reinforced smaller SiCp was higher than that of the bigger SiCp reinforced in same volume fraction and extrusion ratio.
High Performance Fiber-reinforced Cement Composite (HPFRCC) shows the multiple crack and damage tolerance capacity due to the interfacial bonding of the fibers to the cement matrix. For practical application, it is needed to investigate the fractural behavior of HPFRCC and understand the micro-mechanism of cement matrix with reinforcing fiber. This study is devoted to the investigation of the AE signals in HPFRCC under monotonic and cyclic uniaxial compressive loading, and total four series were tested. The major experimental parameters include the type and volume fraction of fiber (PE, PVA, SC), the hybrid type and loading pattern. The test results showed that the damage progress by compressive behavior of the HPFRCC is a characteristic for the hybrid fiber type and volume fraction. It is found from acoustic emission (AE) parameter value, that the second and third compressive load cycles resulted in successive decrease of the amplitude as compared with the first compressive load cycle. Also, the AE Kaiser effect existed in HPFRCC specimens up to 80% of its ultimate strength. These observations suggested that the AE Kaiser effect has good potential to be used as a new tool to monitor the loading history of HPFRCC.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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