Geopolymer concrete (GC) can be competently utilized as a practical replacement for cement to prevent a high carbon footprint and to give a direction toward sustainable concrete construction. Moreover, previous studies mostly focused on the axial response of glass fiber reinforced polymer (glass-FRP) concrete compressive elements without determining the effectiveness of repairing them after their partial damage. The goal of this study is to assess the structural effectiveness of partially damaged GC columns that have been restored using carbon fiber reinforced polymer (carbon-FRP). Bars made of glass-FRP and helix made of glass-FRP are used to reinforce these columns. For comparative study, six of the twelve circular specimens-each measuring 300 mm×1200 mm-are reinforced with steel bars, while the other four are axially strengthened using glass-FRP bars (referred to as GSG columns). The broken columns are repaired and strengthened using carbon-FRP sheets after the specimens have been subjected to concentric and eccentric compression until a 30% loss in axial strength is attained in the post-peak phase. The study investigates the effects of various variables on important response metrics like axial strength, axial deflection, load-deflection response, stiffness index, strength index, ductility index, and damage response. These variables include concentric and eccentric compression, helix pitch, steel bars, carbon-FRP wrapping, and glass-FRP bars. Both before and after the quick repair process, these metrics are evaluated. The results of the investigation show that the axial strengths of the reconstructed SSG and GSG columns are, respectively, 15.3% and 20.9% higher than those of their original counterparts. In addition, compared to their SSG counterparts, the repaired GSG samples exhibit an improvement in average ductility indices of 2.92% and a drop in average stiffness indices of 3.2%.
To determine three-dimensional fiber orientation states in injection-molded short fiber composites a CLSM (Confocal Laser Scanning Microscope) is used. Since the CLSM optically sections the composites, more than two cross-sections either on or below the surface of the composite can be obtained. Three dimensional fiber orientation states can be determined with geometric parameters of fibers on two parallel cross-sections. For experiment, carbon fiber reinforced polystyrene is examined by the CLSM. Geometric parameters of fibers are measured by image analysis. In order to compactly describe fiber orientation states, orientation tensors are used. Orientation tensors are determined at different positions of the prepared specimen. Three dimensional orientation states are obtained without the difficulty in determining the out-of-plane angles by utilizing images on two parallel planes acquired by the CLSM. Orientation states are different at different positions and show the shell-core structure along the thickness of the specimen.
Kim, Minyoung;Kim, Jihong;Kim, Wonho;Kim, Booung;Hwang, Byungsun;Choi, Youngsun
Applied Chemistry for Engineering
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v.9
no.6
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pp.894-900
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1998
An interphase between carbon fiber and epoxy matrix was introduced to increase impact strength of carbon fiber reinforced composites (CFRC) without sacrificing the interlaminar shear strength. Flexible polymers, I. e., MVEMA (poly(methyl vinyl ether-co-maleic anhydride)) and EMA(poly(ethylene-co-maleic anhydride)), which have reactive functional groups were considered as interphase materials. Weight hain of MVEMA and EMA onto the surface of carbon fibers was evaluated by changing the parameters of electrodeposition process. Electrodeposition mechanism of polymers which have anhydride functional group was identified by IR spectroscopy, that is, the generation of $RCOO^-$ functional group by the attack of hydroxide anion in the basic solution was observed. The weight gain was increased by increasing concentration of polymers, current density, and electrodeposition time. However the excess generation of oxygen gas decreased the weight gain by removing the deposited polymers. Washing in the running water easily removed the deposited polymers which are on the fiber surface without bonding, as a results, only 0.5 wt% of deposited polymers are remained.
To move forward in large steps rather than in small increments, the community would benefit from a systematic and comprehensive database of multi-scale composites and measured properties, driven by comprehensive studies with a full range of types of fiber-reinforced polymers. The multi-scale hierarchy is a promising chemical approach that provides superior performance in synergistically integrated microstructured fibers and nanostructured materials in composite applications. Achieving high-efficiency thermal conductivity and mechanical properties with a simple surface treatment on single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) is important for multi-scale composites. The main purpose of the project is to introduce ozone-treated SWCNTs between an epoxy matrix and basalt fibers to improve mechanical properties and thermal conductivity by enhancing dispersion and interfacial adhesion. The obvious advantage of this approach is that it is much more effective than the conventional approach at improving the thermal conductivity and mechanical properties of materials under an equivalent load, and shows particularly significant improvement for high loads. Such an effort could accelerate the conversion of multi-scale composites into high performance materials and provide more rational guidance and fundamental understanding towards realizing the theoretical limits of thermal and mechanical properties.
This paper presents the experimental results of flexural and compression steel members strengthened with carbon fiber reinforced polymers (CFRP) sheets. In the flexural test, the five specimens were fabricated and the test parameters were the number of CFRP ply and the ratio of partial-length bonded CFRP sheets of specimen. The CFRP sheet strengthened steel beam had failure mode: CFRP sheet rupture at the mid span of steel beams. A maximum increase of 11.3% was achieved depending on the number of CFRP sheet ply and the length of CFRP sheet. In the compression test, the nine specimens were fabricated and the main parameters were: width-thickness ratio (b/t), the number of CFRP ply, and the length of the specimen. From the tests, for short columns it was observed that two sides would typically buckle outward and the other two sides would buckle inward. Also, for long columns, overall buckling was observed. A maximum increase of 57% was achieved in axial-load capacity when 3 layers of CFRP were used to wrap HSS columns of b/t = 60 transversely.
Study on the inelastic response of bare and masonry infilled Reinforced Concrete (RC) frames repaired using Carbon Fibre Reinforced Polymers (CFRP) and Glass Fiber Reinforced Polymers (GFRP) subjected to quasi- static loading is presented in the work. The hysteresis behaviour, stiffness retention, energy dissipation and damage index are the parameters employed to analyze the efficacy of FRP strengthening of bare and brick in-filled RC frames. It is observed that there is a significant improvement in load carrying capacity of brick infilled frame over bare RC frame. Also FRP strengthened brick infilled frame performs much better than FRP repaired bare frame under quasi static loading. Repair and retrofitting of brick infilled RC frame shows an improved load carrying and damage tolerance capacity than control frame.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2003.10a
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pp.111-114
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2003
Thermosets are highly cross-linked polymers with a three-dimensional molecular structure. The network structure gives rise to mechanical properties, however, one major drawback of thermosets, which also results from their network structure, is their poor resistance to impact and to crack initiation. In this study, to solve this problem, the reactive thermoplastics such as amine terminated polyetherimide (ATPEI), ATPEI-CTBN-ATPEI(ABA) triblock copolymer, CTBN-ATPEI(AB) diblock copolymer, and carboxyl group modified ATPEI was synthesized, after that blended with epoxy resin, and the carbon fiber reinforced composites were fabricated. The impact load, energy, and delamination were investigated by using drop weight impact test and C-scan test. As a results, the ABA/epoxy blend system showed good impact properties.
Kim, Myung-Sub;Lee, Sang-Eui;Lee, Won-Jun;Kim, Chun-Gon
Advanced Composite Materials
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v.18
no.3
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pp.209-219
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2009
Carbon nanotubes (CNTs) have shown great potential for the reinforcement of polymers or fiber-reinforced composites. In this study, mechanical properties of multi-walled carbon nanotube (MWNT)-filled plain-weave glass/epoxy composites intended for use in radar absorbing structures were evaluated with regard to filler loading, microstructure, and fiber volume fraction. The plain-weave composites containing MWNTs exhibited improved matrix-dominant and interlaminar fracture-related properties, that is, compressive and interlaminar shear strength. This is attributed to strengthening of the matrix rich region and the interface between glass yarns by the MWNTs. However, tensile properties were only slightly affected by the addition of MWNTs, as they are fiber-dominant properties.
While the cyclic behaviour of fiber-reinforced polymer (FRP)-confined columns is studied rather extensively, the cyclic response especially the energy dissipation of FRP-confined damaged and undamaged square RC columns is not yet fully understood. In this paper, an experimental and numerical investigation was conducted to study the cyclic behavior of two different types of Carbon FRP (CFRP)-confined square RC columns: strengthened and repaired. The main variables investigated are initial damage, confinement of CFRP, longitudinal steel reinforcement ratio. The experimental results show that lower initial damage, added confinement with CFRP and longitudinal reinforcement enhance the ductility, energy dissipation capacity and strength of the columns, decrease the stiffness and strength degradation rates of all CFRP-confined square RC columns. Two hysteretic constitutive models were developed for confined damaged and undamaged concrete and cast into the non-linear beam-column fiber-based models in the software Open System for Earthquake Engineering Simulation (OpenSees) to analyze the cyclic behavior of CFRP-confined damaged and undamaged columns. The results of the numerical models are in good agreement with the experiments.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.24
no.5
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pp.577-585
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2024
Reinforced concrete structures are vulnerable to the corrosion of reinforcing steel, which is typically caused by the neutralization of concrete and the presence of surrounding chlorides in various environmental conditions. This corrosion leads to cracking in the concrete, thereby reducing durability of the structure and shortening its lifespan. To address this issue, there has been an increasing interest in research on Fiber Reinforced Polymers(FRP), particularly Carbon Fiber Reinforced Polymer(CFRP). CFRP, composed of carbon fibers, is noted for its lightweight properties, outstanding tensile strength, and high elastic modulus. It also offers excellent corrosion resistance and durability against weathering. Despite the potential benefits, the data on CFRP's performance and integration into reinforced concrete structures remain limited. This study contributes fundamental data regarding the application of CFRP, highlighting its advantages and exploring its practical implications. A significant finding from this research is that concrete specimens cured underwater exhibited superior bond strength compared to those cured under dry conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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