Existing numerical models for strain-hardening cement-based composites (SHCC) are short of providing sufficiently accurate solutions to the failure patterns of coupling beams of different designs. The objective of this study is to develop an effective model that is capable of simulating the nonlinear behavior of SHCC coupling beams subjected to cyclic loading. The beam model proposed in this study is a macro-scale plane stress model. The effects of cracks on the macro-scale behavior of SHCC coupling beams are smeared in an anisotropic model. In particular, the influence of the defined crack orientations on the simulation accuracy is explored. Extensive experimental data from coupling beams with different failure patterns are employed to evaluate the validity of the proposed SHCC coupling beam models. The results show that the use of the suggested shear stiffness retention factor for damaged SHCC coupling beams is able to effectively enhance the simulation accuracy, especially for shear-critical SHCC coupling beams. In addition, the definition of crack orientation for damaged coupling beams is found to be a critical factor influencing the simulation accuracy.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2009.05b
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pp.93-96
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2009
This study is to examine a change of quality and a material performance of fiber reinforced cement composite for mass production. It is necessary to make Strain-hardening cementitious composite(SHCC) by batcher plant for ready-mixed concrete and use the performance of SHCC which made based on laboratory level. This study makes a comparative performance of press and mechanics that is the property of Strain-hardening by direct tension. In case of making by batcher plant. This experiment has demonstrated that even if it takes long after being mixed small and compared with the one which made based on laboratory, it has a tendency to be dissatisfied with fiver's dispersion and lower its performance of Strain-hardening. The reason why the material performance of SHCC for mass production went down is through SHCC that mixed sometimes matrix's viscosity and fiber's dispersion.
Kim, June-Su;Lee, Young-Oh;Shim, Young-Yong;Yun, Hyun-Do
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.24
no.4
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pp.361-368
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2012
Required performance for repair materials are strength, ductility, durability and bonding with the substrate concrete. Various kinds of fiber-reinforced cement composites (FRCCs) have been developed and used as repair materials. Strain-hardening cement based composites (SHCC) is one of the effective repair materials that can be used to improve crack-damage tolerance of reinforced concrete (RC) structures. SHCC is a superior FRCC that has multiple cracking characteristic and pseudo strain-hardening behavior. The expansive admixture, which can be used to reduce shrinkage in SHCC materials with less workability by controlling interfacial bonding performance between SHCC and substrate concrete. For the application of SHCC as a repair material to RC structures, this study investigates the flexural performance of expansive SHCC-layered concrete beam. Test variables include the replacement levels of expansive admixture (0 and 10%), repair thickness (30 and 40 mm), and compressive strength of SHCC (30, 70 and 100 MPa). Four point bending tests on concrete beams strengthened with SHCCs were carried out to evaluate the contribution of SHCC on the flexural capacity. The result suggested that expansive SHCC materials can be used for repairing and strengthening of concrete infrastructures.
Song, Young Jae;Yun, Hyun Do;Min, Byung Sung;Rokugo, Keitetsu
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.16
no.2
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pp.95-103
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2012
In order to improve the dimensional stability and mechanical performance of cement-based composites, the effect of an expansive admixture based on calcium sulphoaluminate (CSA) on the shrinkage and mechanical properties of strain-hardening cement-based composite (SHCC), which exhibits multiple cracks and pseudo strain-hardening behavior in the direct tension, is investigated. Polyethylene fibers reinforced SHCC mixtures with three levels (30, 70, and 100MPa) of compressive strength were compared through free shrinkage, compressive strength, flexural strength, and direct tensile strength measurements. The SHCC mixtures were cast with and without replacing 10% of Portland cement content with CSA admixture. According to test results, CSA admixture is effective in reducing shrinkage of SHCC material. SHCC mixture with CSA admixture exhibited a little higher strength than companion mixture without CSA admixture.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2010.05a
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pp.27-28
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2010
This paper discusses behavior of Joint with strain hardening cement composites(SHCC). The main variables considered include the type of cement composites(mortar, SHCC with hybrid fiber) and shape and space of reinforcement. As the result of the tests, for the same reinforcement detail, SHCC specimen showed better overall behavior(stress, ductile, multiple cracking) than mortar specimen.
This paper is a report about lap splice performance of rebar embedded in the strain-hardening cement-based composites (SHCCs) under monotonic and repeated tension loading. Ten mix proportions of cement-based composites such as SHCCs and normal concrete were investigated. The study parameters are comprised of (1) types of reinforcing fibers (polyethylene and steel fiber), (2) replacement levels of expansive admixture (EXA, 0% and 10%), and (3) compressive strength (30 and 100 MPa) of cement-based composites. Lap splice lengths (ld) of rebars in SHCC materials and normal concrete were 60% and 100% of splice length calculated by code requirements for structural concrete, respectively. Test results indicated that SHCCs materials can lead to enhancements in the lap splice performance of embedded rebar. All of the fiber reinforcement conditions (PE-SHCC and PESF-SHCC) considered in this study produced considerable improvements in the tensile strength, cracking behavior, and bond strength of lap-spliced rebar. Furthermore, adding EXA to SHCC matrix improved the tensile lap splice performance of rebar in SHCC materials. However, for controlling crack behavior, the performance of PE-SHCC was better than that of PESF-SHCC due to its mechanical properties. This study demonstrated an effective approach for reducing required development length of lap spliced rebar by using SHCC materials.
Strain-hardening cement-based composites (SHCC) under cracked condition exhibits remarkable capillary absorption due to water ingress from multiple cracks. Surface treatment using water repellent agents is an effective way for improving water resistance of SHCC, but the water resistance may remarkably decrease when cracks penetrate impregnation depth. Another way is to add water repellent agents directly into the mixture, offering SHCC integral water repellency even if cracks form later. However, although integral water repellent treatment has been proved feasible by previous studies, there is still lack of simulation work on the treated SHCC for evaluating its durability. This study presents a simulation method for capillary absorption of cracked SHCC with integral treatment based on a multi-scale approach proposed in the authors' previous work. The approach deals with water flows in bulk matrix and multiple cracks using two individual transport equations, respectively, whereas water absorbed from a crack to its adjacent matrix is treated as the mass exchange of the two equations. In this study, the approach is enhanced for the treated SHCC by integrating the influencing of water repellency into the two transport equations as well as the mass exchange term. Using the enhanced approach, capillary absorption of water repellent SHCC under cracked condition is simulated, showing much more reduced water ingress than the untreated concrete, which is consistent with total absorption data from previous tests. This approach is also capable of simulating water spatial distribution with time in treated SHCC reasonably.
Kim, Sun-Woo;Lee, Min-Jung;Jang, Yong-Heon;Jang, Gwang-Soo;Song, Seon-Hwa;Yun, Hyun-Do
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.925-928
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2008
Fiber is an important ingredient in strain-hardening cementitious composite (SHCC), which can control fracture of cementitious composite by bridging action. The properties of reinforcing fiber, as tensile strength, aspect ratio and elastic modulus, have great effect on the fracture behavior of SHCC. To apply SHCC to structural member, SHCC must have economical efficiency and workability as well as own excellent tensile performance. For these purposes, four-point bending and direct tensile tests on SHCC with only hybrid synthetic fibers, total fiber volume fraction, $V_f$, is 1.5%, are carried out. The research emphasis is on the mechanical properties of SHCC made in Polyvinyl alcohol (PVA) and Polyethylene (PE) fibers, and how this affects the composite property, and ultimately its strain-hardening performance. Also, effect of hybrid type and water-cement ratio on the behavior of SHCC was evaluated in this paper.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.269-272
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2008
This paper reports on the cracking mitigation and flexural behavior experimentally observed in concrete prisms layered with strain-hardening cement composites (SHCCs) which is micro-mechanically designed cement composite and exhibits pseudo tensile strain-hardening behavior accompanied by multiple cracking while using a moderate amount of fiber, typically less than 2 percent in term of fiber volume fraction. In this study, SHCC is reinforced with 1.3 percent polyvinyl alcohol (PVA) and 0.20 percent polyethylene (PE) in volume fraction. Tests were conducted using $100{\times}100{\times}400mm$ long prisms supported over a simply supported span of 350mm. The four point load was applied using MTS servo control machine. The thickness patched with SHCC is the main variable for this study. Experimental study shows that when subject to monotonic flexural loading, the SHCC layered repair system showed 2.7 - 4.2 times increased load carrying capacity, and mitigated cracking damage of concrete beams layered with SHCC compared with plain concrete beams.
Kim, Sung-Ho;Youn, Gil-Ho;Kim, Yong-Cheol;Kim, Jae-Hwan;Yun, Hyun-Do
Journal of the Korean Institute of Educational Facilities
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v.19
no.5
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pp.29-36
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2012
The goals of this study are to develop a sprayable strain-hardening cement composite (SHCC) and to investigate the potential of the sprayable SHCC for packing the joint between existing R/C building and seismic retrofit elements. This paper provides the procedure for the development of a sprayable SHCC, test results of fresh properties required to a sprayable SHCC, and mock-up test results of developed sprayable SHCC. Control mixture of polyvinyl alcohol (PVA) fiber-reinforced SHCC (PVA-SHCC) was predetermined based on available research results. The pumpability and sprayability of the SHCC mixture were depended on the fluid property of fresh SHCC mixture. In this study, the effects of admixtures such as AE agent and fly ash on the rheological and rebound properties of control SHCC mixture were investigated to determine a sprayable SHCC mixture. Flow values and air content during shotcreting procedure of sprayable SHCC were also evaluated. The results show that flow or flowability and amount of air of three SHCC mixtures decreased almost linearly according to shotcreting procedure from mixer to nozzle. And the pumpability and sprayability of mixture with AE agent and low amounts of fly ash were superior to the those of SHCC. Mock-up test result show that developed sprayable SHCC indicates much improved workability and shotcrete construction period than conventional method(nonshrinkage mortar).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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