The elastic modulus is an important parameter to characterize the property of rock. It is common knowledge that the strengths of rocks are significantly different under tension and compression. However, little attention has been paid to the bi-modularity of rock. To validate whether the rock elastic moduli in tension and compression are the same, Brazilian disc, direct tension and compression tests were conducted. A horizontal laser displacement meter and a pair of vertical and transverse strain gauges were applied. Four types of materials were tested, including three types of rock materials and one type of steel material. A comprehensive comparison of the elastic moduli based on different experimental results was presented, and a tension-compression anisotropy model was proposed to explain the experimental results. The results from this study indicate that the rock elastic modulus is different under tension and compression. The ratio of the rock elastic moduli under compression and tension ranges from 2 to 4. The rock tensile moduli from the strain data and displacement data are approximate. The elastic moduli from the Brazilian disc test are consistent with those from the uniaxial tension and compression tests. The Brazilian disc test is a convenient method for estimating the tensile and compressive moduli of rock materials.
Discarded cigarette butts in the environment have caused significant pollution. Therefore, providing solutions to address these environmental issues is of great importance. Concrete is known as one of the most widely used materials around the world. Hence, this study investigates the feasibility of using cigarette butts to product concrete. For this purpose, cellulose acetate fibers obtained from cigarette butt filters were added to silica fume concrete in 10 different volume ratios. Then, the mechanical properties of the concrete samples, including compressive strength, Brazilian tensile strength, and flexural tensile strength, were examined. Based on the results, adding fibers to silica fume concrete improved the mechanical properties of the concrete. Among the 10 mixing designs, adding 0.2% by volume of fibers to silica fume concrete yielded the highest compressive and tensile strengths. In other words, adding 0.2% by volume of fibers resulted in a 16% and 34% increase in compressive strength and a 70% and 38% increase in Brazilian tensile strength at 7 and 28 days, respectively, compared to the state without cellulose acetate fibers. Additionally, the flexural tensile stress capacity increased by 56%. Furthermore, the vertical deformation tolerance in beam specimens increased by 287%, and the energy absorption capacity of the concrete beam also significantly increased. Consequently, along with the significant improvement in the mechanical properties of concrete, this study proposes a new and practicalstrategy to addressthe environmental issues caused by waste cigarette butts.
The experimental investigations into hooked-end round steel fibers (HSF) effect on the age-dependent strengths of high volume fly ash (HVFA) concrete is studied. The concrete was prepared with class F fly ash used as partial cement replacement varied from 0% to 70% on an equal weight basis. Two percentages of HSF (i.e., 0.5% and 1.5% by volume fraction) of 50 mm length were added in plain, and 50% fly ash concrete mixes. The compressive and flexural tensile strength was determined at 7, 28, 56, and 90 days. The strength results of fly ash concrete mixes with and without steel fibers were compared with the plain concrete strength. The test results indicated that the strength of fly ash concrete is comparable with the plain concrete strength and further increases with an increase in the percentage of steel fibers. The maximum flexure strength of HVFA concrete is found with 0.5% steel fibers. It is concluded that the HVFA concrete with steel fibers of 50 mm length can effectively be used in concrete construction. The analytical models are proposed to predict the age-dependent compressive and flexural tensile strength of HVFA concrete with and without HSF. The compressive and tensile strength of HVFA concrete with HSF can be predicted using these models when the 28-day compressive strength of plain concrete is known. The present study will be helpful in the design and construction of reinforced and pre-stressed concrete structures made with HVFA and HSF.
본 논문에서는 비틀림을 받는 프리스트레스트 콘크리트 부재의 거동에 대한 합리적인 해석법을 연구 하였다. 이를 위하여 콘크리트 균열 이전 이후의 인장강성을 합리적으로 고려한 이론을 제시하였다. 또한 이축응력상태하의 콘크리트의 압축강도와 인장강도에 대한 영향효과를 실제적으로 고려하였다. 연구결과 균열비틀림강도와 극한비틀림강도는 실험치와 잘 일치하였으며 따라서 본 논문에서 제시한 이론은 합리적인 것으로 나타났다. 그리고 사용하중상태 뿐만 아니라 극한하중상태까지 전하중이력에 대한 거동을 해석함으로써 비틀림을 받는 프리스트레스트 콘크리트 부재의 좀 더 실제적인 해석을 가능하게 하였다.
Polypropylene (PP) fibers for making fabric which is used for packing cement have a high strength and high tear resistance. Due to these excellent properties the present study investigates the effect of PP fibers on the mechanical strength of concrete. Mechanical strength parameters such as compressive strength, splitting tensile strength and flexural strength are evaluated. Structural integrity of concrete using Ultrasonic Pulse Velocity (UPV) was also studied. Concrete containing PP fibers in percentage of 0%, 0.15%, 0.25%, 0.5% and 0.75% was developed with a characteristic compressive strength of 25 MPa. Concrete cubes, cylinder and prismatic specimens were cast and tested. It was found that the UPV values recorded for all specimens were of the similar order. Test results indicated the used of PP fibers can significantly improve the flexural and splitting tensile strengths of concrete materials whereas it resulted a decreased in compressive strength. The relative increase in split tensile and flexural strength was optimum at a fiber dosage of 0.5% and a mild decreased were observed in 28 days compressive strength. The findings in this paper suggested that PP fibers deriving from these waste cement bags are a feasible fiber option for fiber-reinforced concrete productions.
This study intends to produce an ultra-high performance fibre reinforced concrete (UHPFRC) made with hybrid fibres (i.e., steel and polypropylene). Compressive and tensile strength characteristics of the hybrid fibres UHPFRC are considered. A total of 14 fibre-reinforced composites (FRCs) with different fibre contents or types of fibres were prepared and tested in order to determine a suitable hybrid fibre combination. The compressive and tensile strengths of each concrete at 7 days were determined. The results showed that a hybrid mix of micro-polypropylene and steel fibres exhibited good compromising performances and is the ideal reinforcement mixture in a strong, cost-effective UHPFRC. In addition, maximum compressive strength of 167 MPa was achieved for UHPFRC using 1.5% steel fibres blended with 0.5% macro-polypropylene fibres.
Synthetic lightweight aggregates are manufactured with recycled plastic and fly ash with 12 percent carbon. Nominal maximum-size aggregates of 9.5mm were produced with fly ash contents of 0 percent, 35 percent, and 80 percent by total mass of the aggregate. An expanded day lightweight aggregate and a normal-weight aggregate were used as comparison. Mechanical properties of the concrete determined included density, compressive strength, elastic modulus, and splitting tensile strength. Compressive and tensile strengths were lower for the synthetic aggregates; however, comparable fracture properties were obtained. Relatively low compressive modulus of elasticity was found for concretes with the synthetic lightweight aggregate, although high ductility was also obtained. As fly ash content of the synthetic lightweight aggregate increased, all properties of the concrete were improved.
Structural properties of reinforced concrete, such as bond and shear strength, that depend on the tensile properties of concrete are much lower for high-strength concrete than would be expected based on relationships developed for normal-strength concretes. To determine the reason for this behavior, studies at the University of Kansas have addressed the effects of aggregate type, water-cementitious material ratio, and age on the mechanical and fracture properties of normal and high-strength concretes. The relationships between compressive strength, flexural strength, and fracture properties were studied. At the time of test, concrete ranged in age from 5 to 180 days. Water-cementitious material ratios ranged from 0.24 to 0.50, producing compressive strengths between 20 MPa(2, 920 psi) and 99 MPa(14, 320psi). Mixes contained either basalt or crushed limestone aggregate, with maximum sizes of 12mm(1/2in). or 19mm(3/4in). The tests demonstrate that the higher quality basalt coarse aggregate provides higher strengths in compression than limestone only for the high-strength concrete, but measurably higher strengths in flexure, and significantly higher fracture energies than the limestone coarse aggregate at all water-cementitious material ratios and ages. Compressive strength, water-cementitious material ratio, and age have no apparent relationship with fracture energy, which is principally governed by coarse aggregate properties. The peak bending stress in the fracture test is linearly related to flexural strength. Overall, as concrete strength increases, the amount of energy stored in the material at the peak tensile load increases, but the ability of the material to dissipate energy remains nearly constant. This suggests that, as higher strength cementitious materials are placed in service, the probability of nonductile failures will measurably increase. Both research and educational effort will be needed to develop strategies to limit the probability of brittle failures and inform the design community of the nature of the problems associated with high-strength concrete.
This study will not only prove experimental dynamic properties which are classified to slump, compressive strength, tensile strength, flexure strength and toughness granite soil concrete with a fine aggregate of granite soil and blast-furnace cement and polypropylene fiber over 45 mm, but also establish a basic data in order to use environment-friendly pavement through prove useful pavement mixed with granite and polypropylene (PP) fiber which is a kind of material to prevent a dry shrinkage clack, a partial destruction and useful and light. The value of slump test was gradually increased by PP fiber volume 3 $kgf/m^3$, but compressive strength took a sudden turn for the worse from 5 $kgf/m^3$. The compressive strength indicated a range of 13.72~18.35 MPa. On the contrary to compressive strength, the tensile strength showed to decrease with rising PP fiber volume, and the tensile strength indicated a range of 1.43~1.64 MPa. The tensile strength was stronger about 2~15 % in case of mixing with PP fiber volume than normal concrete. The flexural strength indicated a range of 2.76~3.41 MPa. The flexural strength was stronger about 20 % in case of PP fiber volume 0 $kg/m^3$ than PP fiber volume 9 $kg/m^3$. The toughness indicated a range of 0~25.46 $N{\cdot}mm$ and increased proportionally with PP fiber volume. The toughness was stronger about 8.3 times in case of PP fiber volume 9 $kg/m^3$ than PP fiber volume 1 $kg/m^3$. The pavement with PP fiber volume over such a fixed quantity in the park roads and walkways can have a effect to prevent not only resistance against clack but also rip off failures.
This study systematically examines the changes in the compressive and tensile strength of soil cement reinforced by natural hair fiber, which is regularly produced from human. Extensive experimental tests of various test specimens have been carried out in a laboratory. Several factors are considered, including the soil type, amount of cement, amount of fiber, fiber length, loading type, and curing age. The test results indicate that both the compressive and tensile strengths are significantly affected by the fiber, either increasing or decreasing depending on the conditions. The increase in tensile strength is significant in the sand-based soil cement due to the tensile resistance of the fiber which is interlocked with the surrounding soil or cement particles. The natural fiber provides a larger strain to failure due to its extensibility, which allows greater deformation. Based on the test results, natural hair fibers can be an effective and environmentally friendly way to improve soil ground subjected to tensile loading, such as an embankment slope, road subgrade, or landfill, thus reducing the cost for cement and waste treatment. The study results provide a useful information of better understanding the mechanical behavior of natural hair fiber in soil cement and the practical use of waste materials in civil engineering. The findings can be practically applied for improving earth structures under tensile loading.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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