While ultra-high performance concrete (UHPC) is commonly reinforced with micro straight steel fibers in existing applications, studies have indicated that the use of deformed steel macro-fibers leads to enhanced ductility and post-peak responses for UHPC structural elements, which is of particular importance for earthquake-resistant structures. However, there are potential concerns regarding the use of UHPC reinforced with macro-fibers due to the issues of workability and fiber distribution. The objective of this study was to address these issues by extensively investigating the restricted and non-restricted deformability, filling ability, horizontal and vertical velocities, and passing ability of UHPC containing macro hooked-end steel fibers. A new approach is suggested to examine the homogeneity of fiber distribution in UHPC. The influences of ultra-fine fillers and steel macro-fibers on the workability of fresh UHPC and the mechanics of hardened UHPC were examined. It was found that although increasing the ratio of quartz powder to cement led to an improvement in the workability and tensile strain hardening behavior of UHPC, it reduced the fiber distribution homogeneity. The addition of 1% volume fraction of macro-fibers in UHPC improved workability, but reduced its compressive strength, which is contrary to the effect of micro-fiber inclusion in UHPC.
This paper investigates the lap splice performance of structural steel bars embedded in high performance fiber reinforced cementitious composite(HPFRCC) with various matrix ductilities. Matrix ductility is governed fiber type and fiber volume fraction. Fiber types were polypropylene(PP), polyethylene(PE) and hybrid fiber[polyethylene fiber+steel cord(PE+SC)]. The lap splice length$(l_d)$ was calculated according to the relevant ACI code requirements for reinforcing bars in normal concrete. As the result of tests, lap splice strength of HPFRCC using PE1.5 and hybrid fiber increased by up to $82{\sim}91$ percent more than that of concrete. Splice strength and energy absorption capacity of PE0.75+SC0.75 or PE1.5(fiber volume fraction 1.5%) specimen increased more than that of PP2.0(fiber volume fraction 2.0%) specimen. Therefore lap splice performance depends on fiber tensile strength and Young's modulus more than fiber volume fraction. Also, HPFRCC appear multiple crack and ductile postpeak behavior due to bridging of fiber in cementitious composite.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.19
no.4
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pp.49-56
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2015
Ultra-High Strength Concrete(UHPC) has ultra-high material performance including high strength and high flowability. On the other hand it is less ductile than high ductile fiber reinforced cementitious composite. This study investigated the effect of combination of steel fiber and micro fiber on the tensile behavior of UHPC. Four types of UHPC containing combination of steel fiber, polyethylene(PE), polyvinyl alcohol(PVA), and basalt fiber were designed. And then uniaxial tension tests were performed to evaluate the tensile behavior of UHPC according to combination of fibers. And density was measured to evaluate whether micro fiber induces unintentional high pore or not. From the test results, it was exhibited that PE fiber with high strength is effective to improve the tensile behavior of UHPC and basalt fiber is effective to increase the cracking and tensile strength of UHPC. Furthermore, it was also verified that micro fiber does not make high pore.
Kim, Sang-Hee;Hong, Sung-Gul;Yun, Hyun-Do;Kim, Gyu-Yong;Kang, Thomas H.K.
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.27
no.2
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pp.103-113
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2015
This paper studies impact performance of wire-mesh and steel fiber-reinforced concrete based on high-velocity impact experiments using hard spherical balls. In this experimental study, panel specimens were tested with various parameters such as steel fiber volume fraction, presence/absence of wire mesh, panel thickness, impact velocity, and aggregate size for the comparison of impact resistance performance for each specimen. While improvement of the impact resistance for reducing the penetration depth is barely affected with steel fiber volume fraction, the impact resistance to scabbing and perforation is improved substantially. This was due to the fact that the steel fiber had bridging effects in concrete matrix. The wire mesh helped minimizing the crater diameter of front and back face and enhanced the impact resistance to scabbing and perforation; however, the wire mesh did not affect the penetration depth. The wire mesh also reduced the bending deformation of the specimen with wire mesh, though some specimens had splitting bond failure on the rear face. Additionally, use of 20 mm aggregates is superior to 8 mm aggregates in terms of penetration depth, but for reducing the crater diameter on front and back faces, the use of 8 mm aggregates would be more efficient.
Muhammad Umar Khan;Shamsad Ahmad;Mohammed A. Al-Osta;Ali Husain Algadhib;Husain Jubran Al-Gahtani
Advances in concrete construction
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v.15
no.3
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pp.161-170
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2023
Ultra-high-performance concrete (UHPC) is produced using high amount of cementitious materials, very low water/cementitious materials ratio, fine-sized fillers, and steel fibers. Due to the dense microstructure of UHPC, it possesses very high strength, elasticity, and durability. Besides that, the UHPC exhibits high ductility and fracture toughness due to presence of fibers in its matrix. While the high ductility of UHPC allows it to undergo high strain/deflection before failure, the high fracture toughness of UHPC greatly enhances its capacity to absorb impact energy without allowing the formation of severe cracking or penetration by the impactor. These advantages with UHPC make it a suitable material for construction of the structural members subjected to special loading conditions. In this research work, the UHPC mixtures having three different dosages of steel fibers (2%, 4% and 6% by weight corresponding to 0.67%, 1.33% and 2% by volume) were characterized in terms of their mechanical properties including facture toughness, before using these concrete mixtures for casting the slab specimens, which were tested under high-energy impact loading with the help of a drop-weight impact test setup. The effect of fiber content on the impact energy absorption capacity and central deflection of the slab specimens were investigated and the equations correlating fiber content with the energy absorption capacity and central deflection were obtained with high degrees of fit. Finite element modeling (FEM) was performed to simulate the behavior of the slabs under impact loading. The FEM results were found to be in good agreement with their corresponding experimentally generated results.
After applying the fiber cocktail(polypropylene and steel fibers) into the mixture of high strength concrete with a compressive strength of 50 MP, the fire test was carried out on specimens in order to evaluate the fire resistance performance, such as possible explosive spalling, temperature distributions of concrete and rebar. According to an enforcement ordinance, four column specimens were exposed to the fire for 180 minutes based on the standard curve of ISO-834. No explosive spalling has been observed. The required minimum quantity of polypropylene to prevent explosive spalling is more than 0.57 kg per unit concrete volume. The comparing test results from temperature distributions of concrete and rebar has found that the difference of fiber quantity is insignificant.
Kim, Tae-Young;Park, Ji-Sun;Lee, Jung-Yoon;You, Young-Chan;Kim, Keung-Hwan
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.11a
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pp.189-192
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2005
Glass fiber reinforced polymer (GFRP) bars gain increasingly more attention as a reinforcing option for concrete because of their corrosion resistance and non-magnetism. GFRP reinforcement for concrete does not have the same shape as steel reinforcement. Therefore, the bond performance of FRP bars, unlike that of steel, is dependent on their design, manufacture and mechanical properties. This paper studied the effect of high strength concrete on the bond strength of GFRP bars. Twenty-nine specimens having different compressive strength of concrete were tested in order to examine the bond behavior of GFRP bars.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.10a
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pp.69-74
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2000
In this dissertation, experimental research was carried out to study the hysteretic behavior of reinforced concrete frame designed by high performance techniques, using carbon fiber plate, diagonal bracing system with or without steel frame. Experimental programs were carried to evaluate the structural performance of such test specimens, such as the hysteretic behavior, the maximum horizontal strength, crack propagation, and ductility etc. Specimens(RFCP, RFXB, RFXB-F), designed by the improvement of earthquake-resistant performance, were attained more load-carrying load-carrying capacity stable hysteretic behavior.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.14
no.5
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pp.110-118
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2010
This research dealt with the effect of steel-fiber reinforcement on the compressive strength of ultra high performance cementitious composites (UHPCC) and compared with that in normal steel-fiber reinforced concrete(SFRC). With wide range of compressive strength of UHPCC, experiments on the fiber reinforcement effect confirmed that the compressive strength in UHPCC is also improved by adding fibers as in normal SFRC. The experimental results were compared with previous researches about reinforcement effect by adding fibers, which are limited within 100MPa compressive strength. The comparison revealed the linear relationship between $f'_{cf}-f'_c$ and RI regardless of the magnitude of compressive strength, from which a general equation to express the effect of fiber reinforcement, applicable to various SFRC's with wide range of compressive strength including UHPCC.
In this study, direct tension test for hybrid steel fiber reinforced ultra-high performance concrete (UHPC) containing two different steel fibers with a length of 16 and 19 mm was performed to investigate the fracture behavior of UHPC. Test results showed that crack strength and tensile strength, and fracture energy increased with increasing the fiber volume ratio. Based on the test results, the peak cohesive stress at the crack tip, tensile strength, and fracture energy depending on the fiber volume ratio were proposed. The proposed tensile strength of UHPC was suggested as a function of the fiber volume ratio and compressive strength. The peak cohesive stress at the crack tip and fracture energy were also proposed as a function of the tensile strength. The predicted values were relatively agree well with the test results. Thus, the proposed equations is expected to be applicable to UHPC with a compressive strength of 140~170 MPa and a fiber volume ratio of less than 2%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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