Concrete bond strength with steel re-bars depends on multiple factors including concrete-steel interface and mechanical properties of concrete. However, the hydration development of cementitious paste, and in turn the mechanical properties of concrete, are negatively affected by cold weather. This study aimed at exploring the concrete-steel bonding behavior in concrete cast and cured under freezing temperatures. Three concrete mixtures were cast and cured at -10 and -20℃. The mixtures were protected using conventional insulation blankets and a hybrid system consisting of insulation blankets and phase change materials. The mixtures comprised General Use cement, fly ash (20%), nano-silica (6%) and calcium nitrate-nitrite as a cold weather admixture system. The mixtures were tested in terms of internal temperature, compressive, tensile strengths, and modulus of elasticity. In addition, the bond strength between concrete and steel re-bars were evaluated by a pull-out test, while the quality of the interface between concrete and steel was assessed by thermal and microscopy studies. In addition, the internal heat evolution and force-slip relationship were modeled based on energy conservation and stress-strain relationships, respectively using three-dimensional (3D) finite-element software. The results showed the reliability of the proposed models to accurately predict concrete heat evolution as well as bond strength relative to experimental data. The hybrid protection system and nano-modified concrete mixtures produced good quality concrete-steel interface with adequate bond strength, without need for heating operations before casting and during curing under freezing temperatures down to -20℃.
To improve the interfacial bonding of carbon fiber-nylon 6 composite, carbon fiber(CF) were oxidized by nitric acid treatment, and two types of graft polymer(GP) of nylon 6-g-polyacrylamide (PAAm) -water dispersable GP(WDGP) and m-cresol solu ble GP(CSGP) were treated as coupling agents. Introduction of polar groups such as -COOH, -OH, etc, on the surface of the oxidized CF was confirmed by IR spectra. The stem polymer of nylon 6 in the coupling agent (GP) could be compatible with'matrix nylon 5, and the grafted branch of PAAm on GP could react to the polar groups on the oxidized CF in composite. The interfacial strength was measured by the transverse tensile test to the fiber direction for single CF embedded nylon 6 film especially prepared and by the pull-out test method. The interfacial strength of the composite reinforced with oxidized CF is greater than that reinforced with unoxidized CF. The interfacial strength of the composite was increased by treatment of coupling agents(GPs) considerably, and the increasing tendency by the WDGP is greater than that by the CSGP. The optimum conditions of coupling agent treatment are as follows: the concentration, adsorption tlme of GP, and curing temperature are 2%, 20 minutes, and $170^{\circ}$, respectively.
Journal of the Korean Institute of Educational Facilities
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v.26
no.4
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pp.19-25
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2019
Concrete wedge anchor is one of structural components to transfer load of an object attached to a primary structure. Recently, as retrofitting concrete structure is becoming a main issue, mechanical capacity of the anchor should be secured enough. In spite of the structural safety of Cast-in-place anchor, Post-installed anchor is more widely used with ease of placement or change of construction method. However, the post-installed anchors domestically produced have excessive coefficient of variation over 15% of ultimate tensile strength, which yields deteriorated quality in tensile strength. In this research, tensile strength test of anchors, which have improved sleeve and header and produced by a domestic company, was conducted for two variables, concrete strength and effective embedment depth. As a result, enough coefficients of variations were secured in all specimens. Also, in comparison to foreign products, the domestic ones have equal or higher performance.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.6
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pp.98-105
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2017
In this study, the fiber blending ratio and strain rate effect on the tensile behavior of hybrid fiber reinforced cement composite was evaluated. Hooked steel fiber and polyvinyl alcohol fiber were used for reinforcing fiber. The fiber blending ratio of HSF+PVA were 1.5+0.5, 1.0+1.0 and 0.5+1.5vol.%. As a results, the tensile strength, strain capacity and fracture toughness of the hooked steel fiber reinforced cement composites were improved by the increase of the bond strength of the fiber and the matrix according to increase of strain rate. However, the tensile stress sharply decreased after the peak stress because of the decrease in the number of straightened pull-out fibers by micro cracks in the matrix around hooked steel fiber. On the other hand, PVA fiber showed cut-off fracture at strain rate $10^{-6}/s$ with multiple cracks. However, at the strain rate $10^1/s$, the multiple cracks and strain capacity were decreased because of the pull-out fracture of PVA fiber. The HSF1.5PVA0.5 shown the highest tensile strength because the PVA fiber suppressed the micro cracks in the matrix around the hooked steel fiber and improved the pull-out resistance of hooked steel fiber. Thus, DIF of strain capacity and fracture toughness of HSF1.5PVA were greatly improved. In addition, the synergistic response of fracture toughness was positive because the tensile stress was slowly decreased after the peak stress by improvement of the pull-out resistance of hooked steel fiber at strain rate $10^1/s$.
In the present paper experimental and numerical analysis of hook-ended steel fiber reinforced concrete is carried out. The experimental tests are performed on notched beams loaded in 3-point bending using fiber volume fractions up to 1.5%. The numerical analysis of fiber reinforced concrete beams is performed at meso scale. The concrete is discretized with 3D solid finite elements and microplane model is used as a constitutive law. The fibers are modelled by randomly generated 1D truss finite elements, which are connected with concrete matrix by discrete bond-slip relationship. It is demonstrated that the presented approach, which is based on the modelling of concrete matrix using microplane model, able to realistically replicate experimental results. In all investigated cases failure is due to the pull-out of fibers. It is shown that with increase of volume content of fibers the effective bond strength and slip capacity of fibers decreases.
Kim, Goo-Ni;Chun, Yong-Chul;Oh, Sang-Taek;Park, Seung-Hyeun;Lee, Chang-Ho;Yoo, Chong-Sun;Min, Byung-Kwon
Elastomers and Composites
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v.29
no.5
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pp.444-452
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1994
Emulsion graft copolymerizations of vinyl monomers, butyl acrylate(BA), methyl methacrylate(MMA), 2-ethylhexyl acrylate (EHA), glycidyl methacrylate (GMA), 2-hydroxyethyl methacrylate(HEMA), methacrylonitrile(MAN), dimethylaminoethyl methacrylate(DAMA) or 2-vinyl pyridine(VP), onto carboxyl-terminated SBR latex were carried out under different experimental conditions. In case of synthesizing SBR-g-poly(butyl acrylate), the degree of grafting was increased with increasing the amount of emulsifier, polymerization temperature and the amount of initiator. Pull-out strength of resorcinol-formaldehyde-latex(RFL) adhesives formulated with modified latexes was very higher than that of RFL adhesive formulated with ungrafted latex. When the modified latexes with GMA, HEMA, MAN, DAMA or VP were used, the break occurred at cords. Peel strength of RFL adhesives formulated with SBR-g-poly(GMA), SBR-g-poly(HEMA) or SBR-g-poly(VP) was higher by about 1.3 times than that of RFL adhesives formulated with unmodified SBR against nylon cord and was higher by about 2.0 times against polyester cord.
Objective : To analyze the effects of the number and shape of fenestrations on the mechanical strength of pedicle screws and the effects of bone cement augmentation (BCA) on the pull-out strength (POS) of screws used in conventional BCA. Methods : For the control group, a conventional screw was defined as C1, a screw with cannulated end-holes was defined as C2, a C2 screw with six pinholes was defined as C3, and the control group type was set. Among the experimental screws, T1 was designed using symmetrically placed thru-hole type fenestrations with an elliptical shape, while T2 was designed with half-moon (HM)-shaped asymmetrical fenestrations. T3 and T4 were designed with single HM-shaped fenestrations covering three pitches and five pitches, respectively. T5 and T6 were designed with 0.6-mm and 1-mm wider fenestrations than T3. BCA was performed by injecting 3 mL of commercial bone cement in the screw, and mechanical strength and POS tests were performed according to ASTM F1717 and ASTM F543 standards. Synthetic bone (model #1522-505) made of polyurethane foam was used as a model of osteoporotic bone, and radiographic examinations were performed using computed tomography and fluoroscopy. Results : In the fatigue test, at 75% ultimate load, fractures occurred 7781 and 9189 times; at 50%, they occurred 36122 and 82067 times; and at 25%, no fractures occurred. The mean ultimate load for each screw type was 219.1±52.39 N for T1, 234.74±15.9 N for T2, 220.70±59.23 N for T3, 216.45±32.4 N for T4, 181.55±54.78 N for T5, and 216.47±29.25 N for T6. In comparison with C1, T1, T2, T3, T4, and T6 showed significantly different ultimate load values (p<0.05). However, when the values for C2 and the fenestrated screws were evaluated with an unpaired t test, the ultimate load value of C2 significantly differed only from that of T2 (p=0.025). The ultimate load value of C3 differed significantly from those of T1 and T2 (C3 vs. T1 : p=0.048; C3 vs. T2 : p<0.001). Linear correlation analysis revealed a significant correlation between the fenestration area and the volume of bone cement (Pearson's correlation coefficient r=0.288, p=0.036). The bone cement volume and ultimate load significantly correlated with each other in linear correlation analysis (r=0.403, p=0.003). Conclusion : Fenestration yielded a superior ultimate load in comparison with standard BCA using a conventional screw. In T2 screws with asymmetrical two-way fenestrations showed the maximal increase in ultimate load. The fenestrated screws can be expected to show a stable position for the formation of the cement mass.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.12
no.1
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pp.58-64
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2003
A mechanical press joining was investigated in ender for joining A1-5052 sheets for automobile body weight reduction. Static tensile and fatigue tests were conducted using tensile-shear specimens for evaluation of fatigue strength of the joint. During Tox joining process for A1-5052 plates, using the current sheet thickness and punch diameter, the optimal applied punching force was found to be 32 kN under the current joining condition. For the static tensile-shear experiment results, the fracture mode is classified into interface fracture mode, in which the neck area fractured due to influence of neck thickness, and pull-out fracture mode due to influence of plastic deformation of the joining area. And, during fatigue tests for the A1-5052 tensile shear specimens, interface failure mode occurred in the region of low cycle. The fatigue endurance limit approached to 6 percents of the maximum applied load, considering fatigue lifetime of $2.5\times10^6$ cycles.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.37
no.3
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pp.240-245
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2001
The tensile strength and failure mechanisms of glass fiber polypropylene (GF/PP) composites are investigated in the temperature range from ambient to 8$0^{\circ}C$. The tensile strength increases as fiber volume fraction ratio increase. The tensile strength shows a maximum at ambient temperature, and it tens to decrease as temperature goes up. Major failure mechanisms of GF/PP composites can be classified as fiber matrix debonding, fiber pull-out, delamination and matrix deformation.
To reduce the damage of concrete in fire, a new type of lightweight cinder aggregate concrete was developed due to the excellent fire resistance of cinder. To further enhance its fire resistance, Polypropylene (PP) Fibers which can enhance the fire resistance of concrete were also used in this type of concrete. However, the bond behavior of this new type of concrete after fire exposure is still unknown. To investigate its bond behavior, 185 specimens were heated up to 22, 200, 400, 600 or 800℃ for 2 h duration respectively, which is followed by subsequent compressive and tensile tests at room temperature. The concrete-rebar bond strength of C30 PP fiber-reinforced cinder concrete was subsequently investigated through pull-out tests after fire exposure. The microstructures of the PP fiber-reinforced cinder concrete and the status of the PP fibre at different temperature were inspected using an advanced scanning electron microscopy, aiming to understand the mechanism of the bonding deterioration under high temperature. The effects of rebar diameter and bond length on the bond strength of PP fiber-reinforced cinder concrete were investigated based on the test results. The bond-slip relation of PP fiber-reinforced cinder concrete after exposure at different temperature was derived based on the test results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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