This study investigated the corrosion properties of reinforced concrete with the addition of steel fibers. The transport properties of steel fiber-reinforced concrete such as permeable void, absorption by capillary action, water permeability and chloride diffusion were first measured to evaluate the relationship with the corrosion of steel rebar. Test results showed a slight increase on the compressive strength with the addition of steel fibers as well as considerable improvement of penetration resistance to mass transport of harmful materials into concrete. The addition of steel fibers in reinforced concrete accelerated the initiation of steel corrosion contrary to the expected results based on the measured transport properties. The NaCl ponding surface showed the spalling failure due to the corrosion expansion of steel fibers and the cut-surface around the steel rebar showed the localized steel fiber's corrosion. The wet-dry cycling with high chloride ions as well as high temperature seems to induce the increase of salt crystallization on the pores continually and the increased pressure with the steel fiber's corrosion on the pores caused the spalling failure on the exposed surface. The microcracking on the surface therefore accelerated the movement of water, chloride ions and oxygen into the embedded steel rebar. The mechanism affecting corrosion of embedded steel reinforcement with steel fibers in this study are not yet fully understood and require further study comprising of accurate experimental design to isolate the effect of steel fiber's potential mechanism on the corrosion process.
Studies on nondestructive evaluation methods using electromagnetic waves have been commonly conducted to evaluate necking defects in bored piles. However, the propagation of electromagnetic waves are affected by water contents of surrounding materials. This study aims to investigate a suitability of electromagnetic waves for evaluating necking defects in bored piles embedded in sandy soils through laboratory experiments. Laboratory experiments are performed with a model pile having a necking defect. The diameter and length of model pile are 600 mm and 1 m, respectively, and the model pile is embedded in sandy soils with different water contents of 10%, 20%, and 30%. For the propagation of electromagnetic waves, a transmission line is configured in reinforcement cage using an electrical wire. The generation and detection of electromagnetic waves are conducted using a time domain reflectometer. Experimental results show that the peak amplitude of electromagnetic waves reflected at the necking defect decreases with an increase in the water content in sandy soils. In addition, the velocity of electromagnetic waves reflected from the toe of the model pile decreases win an increase in the water content. However, estimated locations of the necking defects are almost the same to that of the actual location of the necking defect. This study demonstrates that electromagnetic waves may be an effective method for evaluating necking defects in bored piles embedded in sandy soils
Though steel reinforcing bars are the most widely used tensile reinforcement, corrosion problems are encountered due to the exposure to aggressive environments. As an alternative material to steel, the fiber reinforced polymers have been used as reinforcement in concrete structures. However, bond strength of FRP rebar is relatively low compared to steel rebar. It has been reported that fibers in matrix can resist crack growth, propagation and finally result in an increase of toughness. In this study, high-strength concrete reinforced with structural fibers was produced to enhance interfacial bond behavior between FRP rebar and concrete matrix. The interfacial bond-behaviors were investigated from a direct pullout test. The test variables were surface conditions of GFRP bars and fiber types. Total of 54 pullout specimens with three different types of bars were cast for bond strength tests. The bond strength-slip responses and resistance of the bond failure were evaluated. The test results showed that the bond strength and toughness increased according to the increased fiber volume.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.1
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pp.101-110
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2014
Expansion agent is a very effective admixture for prevention of cracking due to autogenous/drying shrinkage and this can induce internal chemical prestress to embedded reinforcement. In this paper, tension-softening and hardening in cement mortar with steel and CSA expansion agent are experimentally evaluated. Cement mortar with steel reinforcement is prepared and tensile strength test is performed for evaluation of cracking and tensile behavior. In spite of slightly reduced strength and elasticity in CSA mortar, significantly increased tension-hardening behavior is evaluated in CSA mortar with induced chemical prestress. Furthermore previous tension softening models are compared with the test results and improvement are proposed.
Flexural characteristics of the R.C beams strengthened with newly-developed grid-type carbon fiber plastics(CFRP-GRIDS) were investigated. The tests were conducted under the four-points load to the failure to investigate the strengthening effects of CFRP-GRIDS on the beams. Results showed that initial cracks appeared in the boundary layers of fibers embedded in the newly-placed mortar concrete slowly progressed to the direction of supports and showed fracture of fiber plastics and brittle failure of concrete in compression in sequence after the yielding of steel reinforcement. Accordingly, the appropriate area of Grid-type carbon-fiber plastics in the strengthening design of deteriorated RC structures should be limited and given based on the ultimate strength design method to avoid the brittle failure of concrete structures.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.101-104
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2008
The cost of repairing the deterioration of concrete structures due to corrosion of the reinforcement steel has been the prominent figure in the maintenacne of the reinforced-concrete infrastructures. As an alternative material to steel reinforcement, the use of Fiber Reinforced Polymer (FRP) bar in concrete is being actively studied for the high resistance of chemical environment and high strength to weight ratio properties of FRP. However, there remain various aspects of FRP properties that still need to be studied before the standard design criteria can be established. One of the imminent issues is the bond between FRP and concrete. In this study, the bond-behavior of FRP bars in concrete is investigated via the pullout test with three varying parameters: surface condition of FRP bars, concrete compression strength, and cyclic loading patterns. As a result of experiment, the bond strength of GFRP increased with the concrete compression strength increasing and decreased with applying cyclic load.
Kim, Min Sook;Hwang, Seung Yeon;Kim, Heecheul;Lee, Young Hak
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.4
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pp.247-254
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2014
In this study, shear test performed to investigate the shear behavior of flat plate that reinforced by embedded GFRP(glass fiber reinforced polymer) plate with openings. Shape of the GFRP shear reinforcement is a plate with several openings to ensure perfect integration with concrete. The test parameters include the distance between the column face and the first line of GFRP plate and number of GFRP plate vertical strip. The result of test showed that when number of GFRP plate vertical strip was increased, shear strength improved. The shear strength for flat plate reinforced GFRP plate in various codes including ACI 318, BS 8110, EUROCODE 2, and KCI were compared to provide more rational approach for reinforced concrete flat plates with GFRP plate.
Due to the high compressive and tensile strength of ultra-high performance concrete (UHPC), UHPC used in steel concrete composite structures provided thinner concrete layer compared to ordinary concrete. This leaded to the headed stud shear connectors embedded in UHPC had a low aspect ratio. In order to systematic investigate the effect of headed stud with low aspect ratio on the structural behaviors of steel UHPC composite structure s this paper firstly carried out a test program consisted of twelve push out specimens. The effects of stud height, aspect ratio and reinforcement bars in UHPC on the structural behaviors of headed studs were investigated. The push out test results shows that the increasing of stud height did not obviously influence the structural behaviors of headed studs and the aspect ratio of 2.16 was proved enough to take full advantage of the headed stud strength. Based on the test results, the equation considering the contribution of weld collar was modified to predict the shear strength of headed stud embedded in UHPC. The modified equation could accurately predict the shear strength of headed stud by comparing with the experimental results. On the basis of push out test results, bending tests consisted of three steel UHPC composite slabs were conducted to investigate the effect of shear connection degree on the structural behaviors of composite slabs. The bending test results revealed that the shear connection degree had a significantly influence on the failure modes and ultimate resistance of composite slabs and composite slab with connection degree of 96% in s hear span exhibited a ductile failure accompanied by the tensile yield of steel plate and crushing of UHPC. Finally, analytical model based on the failure mode of composite slabs was proposed to predict the ultimate resistance of steel UHPC composite slabs with different shear connection degrees at the interface.
Fiber-reinforced concrete (FRC) is a material with increasing application in civil engineering. Here it is assumed that the material consists of a great number of rather small fibers embedded into the concrete matrix. It would be advantageous to predict the mechanical properties of FRC using nondestructive testing; unfortunately, many testing methods for concrete are not applicable to FRC. In addition, design methods for FRC are either inaccurate or complicated. In three-point bending tests of FRC prisms, it has been observed that fiber reinforcement does not break but simply pulls out during specimen failure. Following that observation, this work is based on an assumption that the main components of a simple and rather accurate FRC model are mechanical properties of the concrete matrix and fiber pullout force. Properties of the concrete matrix could be determined from measurements on samples taken during concrete production, and fiber pullout force could be measured on samples with individual fibers embedded into concrete. However, there is no clear relationship between measurements on individual samples of concrete matrix with a single fiber and properties of the produced FRC. This work presents an inverse model for FRC that establishes a relation between parameters measured on individual material samples and properties of a structure made of the composite material. However, a deterministic relationship is clearly not possible since only a single beam specimen of 60 cm could easily contain over 100000 fibers. Our inverse model assumes that the probability density function of individual fiber properties is known, and that the global sample load-displacement curve is obtained from the experiment. Thus, each fiber is stochastically characterized and accordingly parameterized. A relationship between fiber parameters and global load-displacement response, the so-called forward model, is established. From the forward model, based on Levenberg-Marquardt procedure, the inverse model is formulated and successfully applied.
Yoo, Byung Soo;Seo, Woo Jin;Kim, Jo Soon;Park, Dae Wook
International Journal of Highway Engineering
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v.18
no.1
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pp.57-62
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2016
PURPOSES : Reflection cracking has been one of the major causes of distress when asphalt pavement is laid on top of concrete pavement. This study evaluated the reflection cracking resistance of asphalt mixtures reinforced with asphalt embedded glass fiber and carbon fiber using a Texas Transportation Institute (TTI) overlay tester. METHODS : Different asphalt mixtures such as polymer-modified mastic asphalt (PSMA) and a dense graded asphalt mixture were reinforced with asphalt-embedded carbon fiber and glass fiber. For comparison purposes, two PSMA asphalt mixtures and one dense graded asphalt mixture were evaluated without fiber reinforcement. Two different overlay test modes, the repeated overlay test (R-OT) and monotonic overlay test (M-OT), were used to evaluate the reflection cracking resistance of asphalt mixtures at $0^{\circ}C$. In the R-OT test, the number of repeated load when the specimen failed was obtained. In the M-OT test, the tensile strength at the peak load and tensile strain were obtained. RESULTS : As expected, the fiber-reinforced asphalt mixture showed a higher reflection cracking resistance than the conventional nonreinforced asphalt mixtures based on the R-OT test and M-OT test. The dense graded asphalt mixture showed the least reflection cracking resistance and less resistance than the PSMA. CONCLUSIONS : The TTI overlay tester could be used to differentiate the reflection cracking resistance values of asphalt mixtures. Based on the R-OT and M-OT results, the carbon-fiber-reinforced asphalt mixture showed the highest reflection cracking resistance among the nonreinforced asphalt mixtures and glass-fiber-reinforced asphalt mixture.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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