• 한국도로학회논문집
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• 제14권5호
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• pp.21-29
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• 2012

PURPOSES: This study is to investigate the mechanical performance of the fiber reinforced lean concrete with respect to different types of fibers. METHODS: Increased vehicle weight and other causes from the exposed conditions have accelerated the deteriorations of road pavement. A new multi-functional composite pavement system is being developed recently in order to extend service life and upgrade the pavement. A variety of tests were conducted before and after hardening of the concrete. RESULTS: From the test results, it was found that the use of different types of fibers did not affect the compressive strength development. This might be due to the inherent property of the lean concrete. When steel fibers were used relatively greater flexural strength and flexural fracture toughness were developed. Also addition of fly ash by replacing a part of Portland cement the fracture toughness was slightly increased. CONCLUSIONS: It has been known that the addition of fibers and use of mineral admixture can be positively considered in the development of multi-functional composite pavement system as its required mechanical performance is obtained.

• Advances in concrete construction
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• 제14권5호
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• pp.299-307
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• 2022

Cement-based matrixes have low tensile strength and negligible ductility. Adding fibres to these matrixes will improve their mechanical properties and make these composites suitable for structural applications. Post-cracking tensile strength of steel fibers-reinforced cementitious composite materials is directly related to the number of transverse fibers passing through the crack width and the pulling-out behavior of each of the fibers. Therefore, the exact recognition of the pullout behavior of single fibers is necessary to understand the uniaxial tensile and bending behavior of steel fiber-reinforced concrete. In this paper, an experimental study has been carried out on the pullout behavior of 3D (steel fibers with totally two hooks at both ends), 4D (steel fibers with a total of four hooks at both ends), and 5D (steel fibers with totally six hooks at both ends) in which the fibers have been located either perpendicular to the crack width or in an inclined manner. The pullout behavior of the mentioned steel fibers at an inclination angle of 0, 15, 30, 45, and 60 degrees and with embedded lengths of 10, 15, 20, 25, and 30 millimetres is studied in order to explore the simultaneous effect of the inclination angle of the fibers relative to the alongside loading and the embedded length of fibers on the pullout response in each case, including the maximal pullout force, the slip of the maximum point of pullout force, pullout energy, fiber rupture, and concrete matrix spalling. The results showed that the maximum pullout energy in 3D, 4D, and 5D steel fibers with different embedded lengths occurs at 0 to 30° inclination angles. In 5D fibers, maximum pullout energy occurs at a 30° angle with a 25 mm embedded length.

• Steel and Composite Structures
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• 제23권5호
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• pp.543-555
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• 2017

The mechanical properties of steel fiber reinforced high strength concrete (SFRHSC) made with binary and ternary blends of metakaolin (MK) and ground pumice (GP) are investigated in this study. The investigated properties are ultrasonic pulse velocity ($U_{pv}$), compressive strength ($f_c$), flexural strength ($f_f$) and splitting tensile strength ($f_{st}$) of SFRHSC. A total of 16 steel fiber reinforced concrete mixtures were produced by a total binder content of $500kg/m^3$ for determining the effects of MK and GP on the mechanical properties. The design $f_c$ was acquired from 70 to 100 MPa by using a low water-binder ratio of 0.2. The test results exhibit that high strength concrete can be obtained by replacing the cement with MK and GP. Besides, correlations between these results are executed for comprehending the relationship between mechanical properties of SFRHSC and the strong correlations are observed between these properties. Moreover, two models in the gene expression programming (GEP) for predicting the $f_c$ of SFRHSC made with binary and ternary blends of MK and GP have been developed. The results obtained from these models are compared with the experimental results. These comparisons proved that the results of equations obtained from these models seem to agree with the experimental results.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권1호
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• pp.941-944
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• 2008

PVA 섬유, 강섬유를 다량으로 혼입한 고인성 시멘트 복합체가 개발되고 이를 구조물에 활용하고자 하는 연구가 전 세계적으로 수행되고 있다. DFRCC는 경제적 효율성을 고려한다면 현재까지 구조물 전체 부분에 적용하기보다는 특별한 요소나 보수재료서 적용하는 것이 경쟁력이 있을 것으로 사료된다. 저자들은 DFRCC를 FRP-콘크리트 합성 바닥판과 습식 스프레이 보수공법에 적용하는 기술을 개발하고 있다. FRP-콘크리트 합성 바닥판에 적용할 경우에는 현장 적용하여 3개월 경과하더라도 구조성능 또는 내구성능이 저하되는 문제가 발생하지 않았고 매우 양호한 상태를 유지하였다. 그리고 국산 PVA 섬유 사용 DFRCC 보수 모르타르를 20년이 경과된 하수박스암거에 적용한 경우에는 한 결과, 일본산 PVA 섬유를 사용한 경우와 차이가 거의 없었다. 관련 규격인 KS F 4042의 압축 및 휨 강도기준을 모두 만족하는 것으로 나타났다. 이상과 같이 DFRCC를 구조물에 적용할 경우에는 구조물 종류에 따라서 경제적으로 성능 향상에 크게 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

• Advances in concrete construction
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• 제14권2호
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• pp.139-151
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• 2022

Filling materials poured into precast member joint are subjected to restraint stress by the precast member and joint reinforcement. The induced stress will likely cause cracks at early ages and performance degradation of the entire structure. To prevent these issues and design reasonable joints, it is very important to analyze and evaluate the restrained shrinkage cracks of filling materials at various restraint conditions. In this study, a new time zero-that defines the shrinkage development time of a filling material-is proposed to calculate the accurate amount of shrinkage. The tensile stresses and strengths at different ages were compared through the ring test (AASHTO PP34) to evaluate the crack potential of the restrained filling materials at various restraint conditions. The mixture which contained an expansive additive and a shrinkage reducing agent exhibited high resistance to shrinkage cracking owing to the high-drying shrinkage compensation effect. The high-performance, fiber-reinforced cement composite, and ultra-high-performance, fiber-reinforced cement composite yielded very high resistance to shrinkage and cracking owing to the pull-out property of steel fibers. To this end, multiple nonlinear regression analyses were conducted based on the test results. Accordingly, a modified tensile stress equation that considered both the geometric shape of the specimen and the intrinsic properties of the material is proposed.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제19권1호
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• pp.100-108
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• 2015

본 연구의 목적은 아라미드섬유의 표면개질에 의한 시멘트 복합재료의 강도특성 및 내충격성능의 향상효과를 평가하는 것이다. 단섬유 형태의 아라미드섬유를 섬유길이와 섬유의 표면유제처리율을 달리하여 시멘트 복합재료에 혼입하였다. 아라미드섬유보강 시멘트 복합재료의 강도특성은 섬유의 혼입율, 섬유의 표면유제처리율, 섬유의 길이에 따라 다르게 나타났으며, 특히, 동일한 섬유혼입율 및 섬유길이에 대한 인장강도 및 휨강도는 섬유의 표면유제처리율을 증가시킨 시험체가 향상되는 경향을 확인하였다. 이러한 정적 강도특성 결과는 고속비상체의 충돌에 의한 내충격성능에도 영향을 미쳤으며, 아라미드섬유의 표면유제처리율이 증가함에 따라 배면박리가 억제되는 것을 알 수 있었다. 하지만, 아라미드섬유를 섬유보강 시멘트 복합재료용 보강재로 활용하기 위해서는 섬유와 시멘트 복합재료간의 분산능력 및 부착효율을 향상시켜야 할 것으로 판단된다. 이는 아라미드섬유의 표면특성을 소수성으로 개질하는 것에 의해 가능할 것으로 사료되며, 1.2 %이상의 표면유제처리율 및 성능개선에 대해서는 추가적인 검토가 필요할 것으로 판단된다. 또한, 아라미드섬유와 후크형 강섬유를 하이브리드 한 시험체의 경우, 강도특성 및 내충격성능의 향상효과는 강섬유의 기여도가 높은 것으로 나타났다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제21권6호
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• pp.98-105
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• 2017

본 연구에서는 후크형 강섬유와 PVA 섬유의 혼합비에 따른 하이브리드 섬유보강 시멘트 복합체의 인장거동에 미치는 변형속도의 효과에 대하여 평가하기 위하여, 후크형 강섬유와 PVA 섬유를 각각 1.5+0.5, 1.0+1.0, 0.5+1.0vol.%의 혼합비로 보강한 하이브리드 섬유보강 시멘트 복합체를 제작하였다. 그 결과, 후크형 강섬유보강 시멘트 복합체는 변형속도가 증가함에 따라 섬유와 매트릭스의 부착력이 향상되어 인장강도, 변형능력 및 파괴인성이 크게 향상되었으며, 후크형 강섬유 주변의 매트릭스에 발생하는 마이크로 균열에 의해 직선형으로 인발되는 섬유의 수가 감소하고, 인장강도 점 이후의 응력 저하가 급격하게 발생하였다. 한편, PVA 섬유는 변형속도 $10^{-6}/s$에서는 끊어지는 파괴거동이 나타났으나, 변형속도 $10^1/s$에서는 변형속도가 증가함에 따라 섬유가 인발되는 파괴거동에 의해 다중균열 개수 및 변형능력이 감소하였다. 후크형 강섬유 1.5vol.%, PVA 섬유 0.5vol.%를 혼입한 시험체(HSF1.5PVA0.5)는 PVA가 후크형 강섬유의 주변 매트릭스에 발생하는 마이크로 균열을 억제하여 후크형 강섬유의 인발저항성능을 향상시키기 때문에 가장 높은 인장강도를 나타내었으며, 변형능력 및 파괴인성의 DIF가 크게 향상되었다. 또한, 변형속도 $10^1/s$에서는 후크형 강섬유의 인발저항성능의 증가로 인하여 직선형으로 인발되는 섬유의 수가 증가하기 때문에 인장강도 점 이후의 응력 저하가 감소하여 파괴인성의 시너지는 양의 값을 나타내었다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제28권6호
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• pp.599-611
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• 2022

Tendon reinforced cemented soil is applied extensively in foundation stabilisation and improvement, especially in areas with soft clay. To solve the deterioration problem led by steel corrosion, the glass fiber-reinforced polymer (GFRP) tendon is introduced to substitute the traditional steel tendon. The interface bond strength between the cemented soil matrix and GFRP tendon demonstrates the outstanding mechanical property of this composite. However, the lack of research between the influence factors and bond strength hinders the application. To evaluate these factors, back propagation neural network (BPNN) is applied to predict the relationship between them and bond strength. Since adjusting BPNN parameters is time-consuming and laborious, the particle swarm optimisation (PSO) algorithm is proposed. This study evaluated the influence of water content, cement content, curing time, and slip distance on the bond performance of GFRP tendon-reinforced cemented soils (GTRCS). The results showed that the ultimate and residual bond strengths were both in positive proportion to cement content and negative to water content. The sample cured for 28 days with 30% water content and 50% cement content had the largest ultimate strength (3879.40 kPa). The PSO-BPNN model was tuned with 3 neurons in the input layer, 10 in the hidden layer, and 1 in the output layer. It showed outstanding performance on a large database comprising 405 testing results. Its higher correlation coefficient (0.908) and lower root-mean-square error (239.11 kPa) were obtained compared to multiple linear regression (MLR) and logistic regression (LR). In addition, a sensitivity analysis was applied to acquire the ranking of the input variables. The results illustrated that the cement content performed the strongest influence on bond strength, followed by the water content and slip displacement.

• 한국건축시공학회지
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• 제16권3호
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• pp.279-288
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• 2016

The fundamental performance of any construction material should cover at least two phases: safety and serviceability. Safety commonly represents adequate strength, while serviceability encompasses the control of cracking and deflections at service loads. With respect to rapid hydraulic binders as a construction material, the above two phases should also be considered. Recent research on rapid cooling ladle furnace slag (RC-LFS) has drawn much attention, particularly given that it shows remarkable rapid hydraulic ability to pulverize to a fineness of $6,300cm^2/g$. This industrial byproduct could contribute to developing the sustainability of the rapidly hardening cementitious material system. This paper aims to expand upon the applicability of an RC-LFS-based binder that is composed of two parts. It also seeks to illustrate the engineering performance of an RC-LFS-based hybrid fiber-reinforced composite and to increase the strength of the RC-LFS-based composite. Each step of this experiment followed ASTM standards. The engineering performance, in both fresh state and hardening state, was tested and discussed in this paper. According to the experimental results for fresh concrete, the air content increased following the addition of polypropylene fiber. For hardened concrete, the toughness and strength improved following the addition of a hybrid fiber. The hybrid fiber mixture, which contains 0.75% of steel fiber and 0.25% of polypropylene fiber, shows even better engineering performance than other mixtures.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제25권3호
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• pp.31-39
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• 2021

본 연구에서는 후크형 강섬유(HSF)와 스무스형 섬유(SSF)의 혼합 비율과 변형속도가 하이브리드 섬유보강 시멘트복합체의 인장 특성 시너지 효과에 미치는 영향을 평가하기 위하여, HSF와 SSF를 각각 1.5+0.5, 1.0+1.0, 0.5+1.0vol.%의 혼합 비율로 혼입한 하이브리드 섬유보강 시멘트복합체를 제작하였다. 실험 결과, HSF를 보강한 시멘트복합체(HSF2.0)은 변형속도가 증가함에 따라 섬유 주변 매트릭스에 발생하는 마이크로 균열의 증가에 의해 직선형으로 인발되는 섬유의 수가 감소하고, 인장강도 점 이후 응력 저하가 급격하게 발생하였다. SSF가 0.5vol.% 혼입되는 경우, 준정적에서 마이크로 균열을 효과적으로 제어하지만, 고속에서는 마이크로 균열 제어 및 후크형 강섬유의 인발저항성능 향상에 효과적이지 않은 것으로 확인되었다. 반면, HSF 1.0vol.%와 SSF 1.0vol.%를 혼입한 시험체(HSF1.0SSF1.0)은 마이크로 및 매크로 균열에 대해 각각의 섬유가 효과적으로 제어하고, SSF가 HSF의 인발저항성능을 향상시킴으로써 고속에서 변형능력 및 에너지 흡수 능력에 대한 섬유 혼합 효과가 크게 증가하였으며, 인장강도, 변형능력 및 피크인성의 변형속도 민감도가 가장 높은 것으로 나타났다. 반면, SSF 1.5vol.%의 혼입은 매트릭스 내의 섬유 혼입 개체 수를 증가시키고, HSF의 인발저항성능을 향상시켜 가장 높은 인장강도 및 연화인성 시너지 효과를 나타내었지만, 매크로 균열을 제어하는 HSF의 혼입률이 0.5vol.%로 낮아 변형능력 및 피크인성 시너지에는 효과적이지 않은 것으로 확인되었다.