KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.3A
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pp.251-260
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2011
In this study, the effect of natural jute fiber volume fraction on the bond characteristics of polyolefin based macro fiber in natural jute fiber reinforced cement composites, including bond strength, interface toughness, and microstructure analysis are presented. The experimental results on polyolefin based macro fiber pullout test of different conditions are reported. Natural jute fiber volume fractions ranging from 0.1% to 0.2% are used in the mix proportions. Pullout tests are conducted to measure the bond characteristics of polyolefin based macro fiber from natural jute fiber reinforced cement composites. Test results are found that the incorporation of natural jute fiber can effectively enhance the polyolefin based macro fiber-cement matrix interfacial properties. The bond strength and interface toughness between polyolefin based macro fiber and natural jute fiber reinforced cement composites increases with the volume fraction of natural jute fiber. The microstructural observation confirms the findings on the interface bond mechanism drawn from the fiber pullout test results.
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.
In the present paper experimental and numerical analysis of hook-ended steel fiber reinforced concrete is carried out. The experimental tests are performed on notched beams loaded in 3-point bending using fiber volume fractions up to 1.5%. The numerical analysis of fiber reinforced concrete beams is performed at meso scale. The concrete is discretized with 3D solid finite elements and microplane model is used as a constitutive law. The fibers are modelled by randomly generated 1D truss finite elements, which are connected with concrete matrix by discrete bond-slip relationship. It is demonstrated that the presented approach, which is based on the modelling of concrete matrix using microplane model, able to realistically replicate experimental results. In all investigated cases failure is due to the pull-out of fibers. It is shown that with increase of volume content of fibers the effective bond strength and slip capacity of fibers decreases.
A novel type of steel fiber with a rounded-end shape is presented to improve the bonding behavior of fibers with Carbon Nanotubes (CNT)-reinforced Ultra-High Performance Concrete (UHPC) matrix. For this purpose, by performing a parametric study and using the nonlinear finite element method, the impact of geometric characteristics of the fiber end on its bonding behavior with UHPC has been studied. The cohesive zone model investigates the interface between the fibers and the cement matrix. The mechanical properties of the cohesive zone model are determined by calibrating the finite element results and the experimental fiber pull-out test. Also, the results are evaluated with the straight steel fibers outcomes. Using the novel presented fibers, the bond strength has significantly improved compared to the straight steel fibers. The new proposed fibers increase bond strength by 1.1 times for the same diameter of fibers. By creating fillet at the contact area between the rounded end and the fiber, bond strength is significantly improved, the maximum fiber capacity is reachable, and the pull-out occurs in the form of fracture and tearing of the fibers, which is the most desirable bonding mode for fibers. This also improves the energy absorbed by the fibers and is 4.4 times more than the corresponding straight fibers.
Fiber-reinforced concrete (FRC) is a composite material where small fibers made from steel or polypropylene or similar material are embedded into concrete matrix. In a material model each constituent should be adequately described, especially the interface between the matrix and fibers that is determined with the 'bond-slip' law. 'Bond-slip' law describes relation between the force in a fiber and its displacement. Bond-slip relation is usually obtained from tension laboratory experiments where a fiber is pulled out from a matrix (concrete) block. However, theoretically bond-slip relation could be determined from bending experiments since in bending the fibers in FRC get pulled-out from the concrete matrix. We have performed specially designed laboratory experiments of three-point beam bending with an intention of using experimental data for determination of material parameters. In addition, we have formulated simple layered model for description of the behavior of beams in the three-point bending test. It is not possible to use this 'forward' beam model for extraction of material parameters so an inverse model has been devised. This model is a basis for formulation of an inverse model that could be used for parameter extraction from laboratory tests. The key assumption in the developed inverse solution procedure is that some values in the formulation are known and comprised in the experimental data. The procedure includes measured data and its derivative, the formulation is nonlinear and solution is obtained from an iterative procedure. The proposed method is numerically validated in the example at the end of the paper and it is demonstrated that material parameters could be successfully recovered from measured data.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.3A
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pp.401-406
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2008
This study can be used to produce structurally efficient recycled PET fiber from used waste PET bottles and evaluated the bond performance of the three type of recycled PET fiber and cement matrix. Also, the flexural tests were performed on concrete reinforced using the three type of recycled PET fibers. The test results showed that the recycled PET fiber was significantly increased bond strength. The flexural test results are demonstrated that recycled PET fibers improved the flexural toughness of concrete. Based on the bond and flexural test results, the bond and flexural performance of embossed type recycled PET fibers were significantly better than those of the other shape fibers.
Kim, Yun-Yong;Kim, Jeong-Su;Kim, Hee-Sin;Kim, Jin-Keun;Ha, Gee-Joo
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.05a
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pp.336-339
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2004
This paper presents an experimental investigation examining water-cement ratio effects on fiber-matrix interface properties and on matrix fracture properties, which are used for designing mix proportion suitable for achieving strain-hardening behavior at a composite level. A single fiber pullout test and a wedge splitting test were employed to measure the bond properties in a matrix and the fracture toughness of mortar matrix, respectively. Test results showed that the properties tended to increase with decreasing water-cement ratio. Composite design using these test results will be discussed in the follow-up paper.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.39
no.6
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pp.675-689
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2019
Development of smart construction materials with both self-strain and self-damage sensing capacities is still difficult because of little information about the self-damage sensing source. Herein, we investigate the effects of the matrix strength, fiber geometry, and fiber content on the electrical resistivity of steel-fiber-reinforced cement composites by multi-fiber pullout testing combined with electrical resistivity measurements. The results reveal that the electrical resistivity of steel-fiber-reinforced cement composites clearly decreased during fiber-matrix debonding. A higher fiber-matrix interfacial bonding generally leads to a higher reduction in the electrical resistivity of the composite during fiber debonding due to the change in high electrical resistivity phase at the fiber-matrix interface. Higher matrix strengths, brass-coated steel fibers, and deformed steel fibers generally produced higher interfacial bond strengths and, consequently, a greater reduction in electrical resistivity during fiber debonding.
PURPOSE. The aim of the present study was to assess the effect of ascorbic acid, ethanol and acetone on microtensile bond strength between fiber posts pre-treated with hydrogen peroxide and composite resin cores. MATERIALS AND METHODS. Twenty four fiber posts were pre-treated with 24% hydrogen peroxide and divided into 4 groups as follows: G1: no treatment, as control group; G2: treatment with10% ascorbic acid solution for 5 minutes; G3: treatment with 70% ethanol solution for 5 minutes; and G4: treatment with 70% acetone solution for 5 minutes. Each fiber post was surrounded by a cylinder-shaped polyglass matrix which was subsequently filled with composite resin. Two sections from each sample were selected for microtensile test at a crosshead with speed of 0.5 mm/min. Statistical analyses were performed using one-way ANOVA and a post hoc Tukey HSD test. Fractured surfaces were observed under a stereomicroscope at ${\times}20$ magnification. The fractured surfaces of the specimens were observed and evaluated under a SEM. RESULTS. Means of microtensile bond strength values (MPa) and standard deviations in the groups were as follows: G1: $9.70{\pm}0.81$; G2: $12.62{\pm}1.80$; G3: $16.60{\pm}1.93$; and G4: $21.24{\pm}1.95$. G4 and G1 had the highest and the lowest bond strength values, respectively. A greater bond strength value was seen in G3 compared to G2. There were significant differences between all the groups (P<.001). All the failures were of the adhesive mode. CONCLUSION. Application of antioxidant agents may increase microtensile bond strength between fiber posts treated with hydrogen peroxide and composite cores. Acetone increased bond strength more than ascorbic acid and ethanol.
Statement of problem : Fracture of composite resin core will be occulted by progress of crack. Bonding interface of different materials has large possibility of starting point of crack line. Therefore, the bond strength of glass fiber post to composite resin core is important for prevention of fracture. Purpose: This in vitro study tried to find out how to get the higher strength of glass fiber post to composite resin core through surveying the maximum load that fractures the post and cote complex. Materials and methods: 40 specimens made with glass fiber Posts(Style $post^{(R)}$, Metalor, Swiss) and composite resin core ($Z-100^{(R)}$, 3M, USA) were prepared and loaded to failure with push-out type shear-bond strength test in a universal test machine. The maximum fracture load and fracture mode were investigated in the specimens that were restored with four different surface treatments. With the data. ANOVA test was used to validate the significance between the test groups, and Bonferroni method was used to check if there is any significant statistical difference between each test group. Evely analysis was approved with 95% reliance. Results: On measuring the maximum fracture load of specimens, both the treatments of sandblasted and acid-etched one statistically showed the strength increase rather than the control group (p<0.005). The scanning electric microscope revealed that sand blasting made more micro-retention form not only on the resin matrix but on the glass fiber, and acid-etching contributed to increase in surface retention form, eliminated the inorganic particles in resin matrix. Specimen fracture modes investigation represented that sand blasted groups showed lower bonding failure than no-sand blasted groups. Conclusion: Referring to the values of maximum fracture load of specimens, the bonding strength was increased by sand blasting and acid-etching.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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