MgO based cement for the low-temperature calcination of magnesite required less energy and emitted less $CO_2$ than the manufacturing of Portland cements. Furthermore, adding reactive MgO to Portland-pozzolan cement can improve their performance and also increase their capacity to absorb atmospheric $CO_2$. In this study, the basic research for magnesia cement using $MgCO_3$ and magnesium silicate ore (serpentine) as starting materials was carried out. In order to increase the hydration activity, $MgCO_3$ and serpentinite were fired at a temperature higher than $600^{\circ}C$. In the case of $MgCO_3$ as starting material, hydration activity was highest at $700^{\circ}C$ firing temperature; this $MgCO_3$ was completely transformed to MgO after firing. After the hydration reaction with water, MgO was totally transformed to $Mg(OH)_2$ as hydration product. In the case of using only $MgCO_3$, compressive strength was 35 $kgf/cm^2$ after 28 days. The addition of silica fume and $Mg(OH)_2$ led to an enhancements of the compressive strength to 55 $kgf/cm^2$ and 50 $kgf/cm^2$, respectively. Serpentine led to an up to 20% increase in the compressive strength; however, addition of this material beyond 20% led to a decrease of the compressive strength. When we added $MgCl_2$, the compressive strength tends to increase.
The grouting method is utilized to reinforce and waterproof poor grounds, enhance the bearing capacity of geo-structures damaged from differential settlement. The purpose of this research is to improve the compressive strength and degree of grout using reinforcing fibers and blast furnace slag powder. In this regard, this study has conducted uniaxial compression tests for the specimens with high ratios (higher than 50%) of blast furnace slag powder. The carbon fiber content was increased by 0, 0.5, and 1.0% to coMpare its compressive strength with that of aramid fiber. The uniaxial compressive strength increased with the increase of fiber content and the bridging activity by fiber in cement tended to increase uniaxial compressive strength. Based on the results, it was confirmed that the aramid fiber has a gel time of 14 seconds and the uniaxial compressive strength is more than 3 Mpa coMpared to carbon fiber.
Park, Gi-Joon;Kim, Won-Woo;Park, Jung-Jun;Moon, Jae-Heum;Kim, Sung-Wook
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.3
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pp.31-37
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2018
This study evaluates the dynamic tensile behavior of HPFRCC according to compressive strength levels of 100, 140 and 180 MPa. Firstly, the compressive stress-strain relationship of 100, 140 and 180 MPa class HPFRCC was analyzed. As a result, the compressive strengths were 112, 150 and 202 MPa, respectively, and the elastic modulus increased with increasing compressive strength. The static tensile strengths of HPFRCC of 100, 140 and 180 MPa were 10.7, 11.5 and 16.5 MPa, and tensile strength also increased with increasing compressive strength. On the other hand, static tensile strength and energy absorption capacity at 100 and 140 MPa class HPFRCC showed no significant difference according to the compressive strength level. It was influenced by the specification of specimen and the arrangement of steel fiber. As a result of evaluating the dynamic impact tensile strength of HPFRCC, tensile strength and dynamic impact factor of all HPFRCCs tended to increase with increasing strain rate from 10-1/s to 150/s. In the same strain rate range, the DIF of the tensile strength was measured higher as the compressive strength of HPFRCC was lower. It is considered that HPFRCC of 100 MPa is the best in terms of efficiency. Therefore, it is advantageous to use HPFRCC with high compressive strength when a high level of tensile performance is required, and it is preferable to use HPFRCC close to the target compressive strength for more efficient approach at a high strain rate such as explosion.
Flexural and splitting strength behavior of conventional concrete can significantly be improved by incorporating the fibers in it. A significant number of research studies have been conducted on various types of fibers and their influence on the tensile capacity of concrete. However, as an important property, tensile capacity of fiber reinforced concrete (FRC) is not modelled properly. Therefore, this paper intends to formulate a model based on experiments that show the relationship between the fiber properties such as the aspect ratio (length/diameter), fiber content, compressive strength, flexural strength and splitting strength of FRC. For the purpose of modeling, various FRC mixes only with steel fiber are adopted from the existing research papers. Automated neural network search (ANS) is then developed and used to investigate the effect of input parameters such as fiber content, aspect ratio and compressive strength to the output parameters of flexural and splitting strength of FRC. It is found that the ANS model can be used to predict the flexural and splitting strength of FRC in a sensible precision.
PURPOSES: This study investigates the mechanical performance of carbon-capturing concrete that mainly contains blast furnace slag. METHODS: The mixture variables were considered; these included Portland cement content, which was varied from 10% to 40% of the blast furnace slag by weight. The specimens were exposed to different conditions such as high $N_2$ and $O_2$ concentrations, laboratory conditions and high $CO_2$ conditions. Mechanical performances, including compressive and flexural strengths and carbon-capturing depth, were evaluated. RESULTS : The slump, air content and unit weight were not affected significantly by the variation in cement content. The strength development when the specimens were exposed to high purity air was slightly greater than that when exposed to high $CO_2$. As the cement content increased the compressive and flexural strength increased but not considerably. The carbon-capturing capacity decreased as the cement content increased. The specimens exposed in the field for 70 days had flexural strength greater than 3 MPa. CONCLUSIONS : The results indicate that cement content is not an important parameter in the development of compressive and flexural strengths. However, the carbon-capturing depth was higher for less cement content. Even after field exposure for 70 days, neither any significant damage on the surface nor any decrease in strength was observed.
Hosseinpour, Emad;Baharom, Shahrizan;Badaruzzaman, Wan Hamidon W.;Shariati, Mahdi;Jalali, Abdolrahim
Steel and Composite Structures
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v.26
no.4
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pp.485-499
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2018
In this paper, a hollow steel tube (HST) shear connector is proposed for use in a slim-floor system. The HST welded to a perforated steel beam web and embedded in concrete slab. A total of 10 push-out tests were conducted under static loading to investigate the mechanical behavior of the proposed HST connector. The variables were the shapes (circular, square and rectangular) and sizes of hollow steel tubes, and the compressive strength of the concrete. The failure mode was recorded as: concrete slab compressive failure under the steel tube and concrete tensile splitting failure, where no failure occurred in the HST. Test results show that the square shape HST in filled via concrete strength 40 MPa carried the highest shear load value, showing three times more than the reference specimens. It also recorded less slip behavior, and less compressive failure mode in concrete underneath the square hollow connector in comparison with the circular and rectangular HST connectors in both concrete strengths. The rectangular HST shows a 20% higher shear resistance with a longer width in the load direction in comparison with that in the smaller dimension. The energy absorption capacity values showed 23% and 18% improvements with the square HST rather than a headed shear stud when embedded in concrete strengths of 25 MPa and 40 MPa, respectively. Moreover, an analytical method was proposed and predicts the shear resistance of the HST shear connectors with a standard deviation of 0.14 considering the shape and size of the connectors.
This paper describes the development of force limiting device(FLD). The FLD could induce compressive yield before occurring elastic buckling for slender member under compressive load. Therefore, it might prevent reduction of load carrying capacity by elastic buckling and the structures with the devices would behave stable. A new type of FLD reduced cross area is proposed in this study different to existing studies like as out of plane type, slit type and folded plate type. The parameters of specimens are depth, width and number of cutting. The structural capacity and characteristics of proposed types were verified by experiment and FEM analysis. The FLD of cutting type is efficient in compressive member.
Du, Yong;Xiong, Ming-Xiang;Zhu, Jian;Liew, J.Y. Richard
Steel and Composite Structures
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v.33
no.6
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pp.849-864
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2019
One way to achieve sustainable construction is to reduce concrete consumption by use of more sustainable and higher strength concrete. Modern building codes do not cover the use of ultra-high strength concrete (UHSC) in the design of composite structures. Against such background, this paper investigates experimentally the mechanical properties of steel fibre-reinforced UHSC and then the structural behaviors of UHSC encased steel (CES) members under both concentric and eccentric compressions as well as pure bending. The effects of steel-fibre dosage and spacing of stirrups were studied, and the applicability of Eurocode 4 design approach was checked. The test results revealed that the strength of steel stirrups could not be fully utilized to provide confinement to the UHSC. The bond strength between UHSC and steel section was improved by adding the steel fibres into the UHSC. Reducing the spacing of stirrups or increasing the dosage of steel fibres was beneficial to prevent premature spalling of the concrete cover thus mobilize the steel section strength to achieve higher compressive capacity. Closer spacing of stirrups and adding 0.5% steel fibres in UHSC enhanced the post-peak ductility of CES columns. It is concluded that the code-specified reduction factors applied to the concrete strength and moment resistance can account for the loss of load capacity due to the premature spalling of concrete cover and partial yielding of the encased steel section.
In this paper, the mechanical property of CFRP, BFRP, GFRP and their hybrid FRP was experimentally studied. The elastic modulus and tensile strength of CFRP, BFRP, GFRP and their hybrid FRP were tested. The experimental results showed that the elastic modulus of hybrid FRP agreed well with the theoretical rule of mixture, which means the property of hybrid composites are linear with the volumes of the corresponding components while the tensile strength did not. The bearing capacity, peak strain, stress-strain relationship of circular concrete columns confined by CFRP, BFRP, GFRP and hybrid FRP subjected to axial compression were recorded. And the confinement effect of hybrid FRP on concrete columns was analyzed. The test results showed that the bearing capacity and ductility of concrete columns were efficiently improved through hybrid FRP confinement. A strength model and a stress-strain relationship model of hybrid FRP confined concrete columns were proposed. The proposed stress-strain model was shown to be capable of providing accurate prediction of the axial compressive strength of hybrid FRP confined concrete compared with Teng et al. (2002) model, Karbhari and Gao (1997) model and Miyachi et al. (1999) model. The modified stress-strain model was also suitable for single FRP confinement cases and it was so concise in form and didn't have piecewise fitting, which would be easy for use in structural design.
This paper concerns the flexural behavior of steel fiber-reinforced ultra-high-performance concrete (UHPC) beams with compressive strength of 150 MPa. It presents experimental research results of hybrid steel fiber-reinforced UHPC beams with steel fiber content of 1.5% by volume and steel reinforcement ratio of less than 0.02. This study aims at investigating of compressive and tensile behavior of UHPC to perform a reasonable prediction for flexural capacity of UHPC beams. Tensile behavior modeling was performed using load-crack mouth opening displacement relationship obtained from bending test. The experimental results show that steel fiber-reinforced UHPC is in favor of cracking resistance and ductility of beams. The ductility indices range from 1.6 to 3.0, which means high ductility of hybrid steel fiber-reinforced UHPC. Test results and numerical analysis results for the moment-curvature relationship are compared. Though the numerical analysis results for the bending capacity of the UHPC beam without rebar is larger than test result, the overall comparative results show that the bending capacity of steel fiber-reinforced UHPC beams with compressive strength of 150 MPa can be predicted by using the established method in this paper.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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