Internal curing, a widely used method for mitigating early-age shrinkage in concrete, also offers notable advantages for concrete durability. This paper explores the potential of internal curing by partial replacement of sand with fine lightweight aggregate for enhancing the behavior of high-performance concrete at elevated temperatures. Such a technique may prove economical and safe for the construction of skyscrapers, where explosive spalling of high-performance concrete in fire is a potential hazard. To reach this aim, the physico-mechanical features of internally cured high-strength concrete specimens, including mass loss, compressive strength, strain at peak stress, modulus of elasticity, stress-strain curve, toughness, and flexural strength, were investigated under different temperature exposures; and to predict some of these mechanical properties, a number of equations were proposed. Based on the experimental results, an advanced stress-strain model was proposed for internally cured high-performance concrete at different temperature levels, the results of which agreed well with the test data. It was observed that the replacement of 10% of sand with pre-wetted fine lightweight expanded clay aggregate (LECA) not only did not reduce the compressive strength at ambient temperature, but also prevented explosive spalling and could retain 20% of its ambient compressive strength after heating up to 800℃. It was then concluded that internal curing is an excellent method to enhance the performance of high-strength concrete at elevated temperatures.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.22
no.1
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pp.67-73
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2009
The stress-strain behavior and its effects on the crack initiation and growth of ITO film on PET substrate with a sheet resistance of 45 ohms/sq were investigated. Electrical resistance increased gradually at the strain of 0.7% in the elastic to plastic transition region of the stress strain curves. Numerous cracks were observed after 1% strain and the increase of the resistance can be linked to the cracking of ITO thin films. The onset strain for the increase of resistance increased with increasing strain rate, suggesting the crack initiation is dependent on the strain rate. Upon loading, the initial cracks perpendicular to the tensile axis were observed and propagated the whole sample width with increasing strain. The spacing between horizontal cracks is thought to be determined by the fracture strength and the interfacial strength between ITO and PET. The crack density increased with increasing strain. The spacing between horizontal cracks (perpendicular to the stress axis) increased with decreasing strain rate, The increase of crack density with decreasing strain rate can be attributed to the higher fraction of the plastic strain to the total strain at a given total strain. As the strain increased over 5% strain, cracks parallel to the stress axis were developed and increased in number with strain, accompanied by drastic increases of resistance.
Based on the orthotropic hypoelasticity formulation, a constitutive material model of concrete taking account of triaxial stress state is presented. In this model, the ultimate strength surface of concrete in triaxial stress space is described by the Hsieh's four-parameter surface. On the other hand, the different ultimate strength surface of concrete in strain space is proposed in order to account for increasing ductility in high confinement pressure. Compressive ascending and descending behavior of concrete is considered. Concrete cracking behavior is considered as a smeared crack model, and after cracking, the tensile strain-softening behavior and the shear mechanism of cracked concrete are considered. The proposed constitutive model of concrete is compared with some results obtained from tests under the states of uniaxial, biaxial, and triaxial stresses. In triaxial compressive tests, the peak compressive stress from the predicted results agrees well with the experimental results, and ductility response under high confining pressure matches well the experimental result. The reinforcing bars embedded in concrete are considered as an isoparametric line element which could be easily incorporated into the isoparametric solid element of concrete, and the average stress - average strain relationship of the bar embedded in concrete is considered. From numerical examples for a reinforced concrete simple beam and a structural beam type member, the stress state of concrete in the vicinity of talc critical region is investigated.
In this study, the effects of initial damage of concrete columns on the post-repair performance of reinforced concrete (RC) columns strengthened with carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) composite are investigated experimentally. Four kinds of compression-damaged RC cylinders were reinforced using external CFRP composite wraps, and the stress-strain behavior of the composite/concrete system was investigated. These concrete cylinders were compressed to four pre-damaged states including low -level, medium -level, high -level and total damage states. The percentages of the stress levels of pre-damage were, respectively, 40, 60, 80, and 100% of that of the control RC cylinder. These damaged concrete cylinders simulate bridge piers or building columns subjected to different magnitudes of stress, or at various stages in long-term behavior. Experimental data, as well as a stress-strain model proposed for the behavior of damaged and undamaged concrete strengthened by external CFRP composite sheets are presented. The experimental data shows that external confinement of concrete by CFRP composite wrap significantly improves both compressive strength and ductility of concrete, though the improvement is inversely proportional to the initial degree of damage to the concrete. The failure modes of the composite/damaged concrete systems were examined to evaluate the benefit of this reinforcing methodology. Results predicted by the model showed very good agreement with those of the current experimental program.
Ren, Rui;Liang, Jiong-Feng;Liu, Da-wei;Gao, Jin-he;Chen, Lin
Advances in concrete construction
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v.9
no.3
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pp.249-256
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2020
This paper aims at investigating the effect of crumb rubber size and content on compressive behaviors of concrete under axial compression. Concrete specimens are designed and produced by replacing natural aggregate with crumb rubber content of 0%, 5%, 10%, 15% and three different sized crumb rubbers (No. 20, No. 40, No. 80 crumb rubber). And the failure mode, compressive strength, elastic modulus, stress-strain curves, peak strain and ultimate strain are experimentally studied. Based on the test results, formulas have been presented to determine the compressive strength, elastic modulus, the relationship between prism compressive strength and cube compressive strength, stress-strain curves and peak strain of crumb rubber concrete (CRC). It is found that the proposed formulas agree well with the test result on the whole, which may be used to practical applications.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.46
no.1
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pp.41-51
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2004
FRP re-bar in concrete structures could be used as a substitute of steel re-bars for that cases in which aggressive environment produce high steel corrosion, or lightweight is an important design factor, or transportation cost increase significantly with the weight of the materials. But FRP fibers have only linearly elastic stress-strain behavior; whereas, steel re-bar has linear elastic behavior up to the yield point followed by large plastic deformation and strain hardening. Thus, the current FRP re-bars are not suitable concrete reinforcement where a large amount of plastic deformation prior to collapse is required. The main objectives of this study in to evaluate the tensile behavior and the fracture mode of hybrid FRP re-bar. Fracture mode of hybrid FRP re-bar is unique. The only feature common to the failure of the hybrid FRP re-bars and the composite is the random fiber fracture and multilevel fracture of sleeve fibers, and the resin laceration behavior in both the sleeve and the core areas. Also, the result of the tensile and interlaminar shear stress test results of hybrid FRP re-bar can provide its excellent tensile strength-strain and interlaminar stress-strain behavior.
A numerical model that can simulate the nonlinear behavior of ultra high strength fiber-reinforced concrete (UHSFRC) structures subject to monotonic loadings is introduced. Since engineering material properties of UHSFRC are remarkably different from those of normal strength concrete and engineered cementitious composite, classification of the mechanical characteristics related to the biaxial behavior of UHSFRC, from the designation of the basic material properties such as the uniaxial stress-strain relationship of UHSFRC to consideration of the bond stress-slip between the reinforcement and surrounding concrete with fiber, is conducted in this paper in order to make possible accurate simulation of the cracking behavior in UHSFRC structures. Based on the concept of the equivalent uniaxial strain, constitutive relationships of UHSFRC are presented in the axes of orthotropy which coincide with the principal axes of the total strain and rotate according to the loading history. This paper introduces a criterion to simulate the tension-stiffening effect on the basis of the force equilibriums, compatibility conditions, and bond stress-slip relationship in an idealized axial member and its efficiency is validated by comparison with available experimental data. Finally, the applicability of the proposed numerical model is established through correlation studies between analytical and experimental results for idealized UHSFRC beams.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1999.10a
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pp.509-512
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1999
Recently, the Carbon Fiber Sheet(CFS) is widely used to structure. But the behavior of the concrete column which is strengthened with the CFS is not clearly defined yet. This study presents the result of experimental studies on the stress-strain behavior and the strengthening effect of laterally confined concrete by Carbon Fiber Sheets(CFS) subject to compression. In this experimental study, included three-parameters, which are the number of the sheets, the laminated angle of sheets, and concrete strength.
Kim, Kukjoo;Chun, Sanghyun;Park, Bongsuk;Tia, Mang
International Journal of Highway Engineering
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v.19
no.1
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pp.37-44
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2017
PURPOSES : This study is primarily focused on evaluating the effects of the non-linear stress-strain behavior of RAP concrete on structural response characteristics as is applicable to concrete pavement. METHODS : A 3D FE model was developed by incorporating the actual stress-strain behavior of RAP concrete obtained via flexural strength testing as a material property model to evaluate the effects of the non-linear stress-strain behavior to failure on the maximum stresses in the concrete slab and potential performance prediction results. In addition, a typical linear elastic model was employed to analyze the structural responses for comparison purposes. The analytical results from the FE model incorporating the actual stress-strain behavior of RAP concrete were compared to the corresponding results from the linear elastic FE model. RESULTS : The results indicate that the linear elastic model tends to yield higher predicted maximum stresses in the concrete as compared to those obtained via the actual stress-strain model. Consequently, these higher predicted stresses lead to a difference in potential performance of the concrete pavement containing RAP. CONCLUSIONS : Analysis of the concrete pavement containing RAP demonstrated that an appropriate analytical model using the actual stress-strain characteristics should be employed to calculate the structural responses of RAP concrete pavement instead of simply assuming the concrete to be a linear elastic material.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.14
no.2
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pp.170-176
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2014
This study examined the effect of chemical attack on the stress-strain relationship of alkali-activated Hwangtoh concrete. Water-to-binder ratio and air content were selected as mixture parameters. The stress-strain relationship of concrete was measured at chemical immersion times of 0, 7, 28, 56, and 91 days from an age of 28 days. Based on the test results, the reduction in compressive strength of alkali-activated hwangtoh concrete owing to chemical attack was formulated. In sddition the present study demonstrated that the stress-strain behavior of concrete under chemical attack is significantly dependent on the air content and chemical immersion time, indicating the rate of decrease of modulus of elasticity was greater than that of compressive strength at the same immersion time. As a result, the stress-strain behavior of concrete under chemical attack was significantly inconsistent with the conventional models specified in the CEB-FIP provision.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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