Steel fiber reinforced concrete is increasingly used day by day in various structural applications. An extensive experimentation was carried out with w/cm ratio ranging from 0.25 to 0.40, and fiber content ranging from zero to1.5 percent by volume with an aspect ratio of 80 and silica fume replacement at 5%, 10% and 15%. The influence of steel fiber content in terms of fiber reinforcing index on the compressive strength of high-performance fiber reinforced concrete (HPFRC) with strength ranging from 45 85 MPa is presented. Based on the test results, equations are proposed using statistical methods to predict 28-day strength of HPFRC effecting the fiber addition in terms of fiber reinforcing index. A strength model proposed by modifying the mix design procedure, can utilize the optimum water content and efficiency factor of pozzolan. To examine the validity of the proposed strength model, the experimental results were compared with the values predicted by the model and the absolute variation obtained was within 5 percent.
The contribution of steel fibers on the 28-day compressive strength of high-performance steel fiber reinforced concrete was investigated, is presented. An extensive experimentation was carried out over water-cementitious materials (w/cm) ratios ranging from 0.25 to 0.40, with silica fume-cementitious materials ratios from 0.05 to 0.15, and fiber volume fractions ($V_f$= 0.0, 0.5, 1.0 and 1.5%) with the aspect ratios of 80 and 53. Based on the test results of 44 concrete mixes, mathematical model was developed using statistical methods to quantify the effect of fiber content on compressive strength of HPSFRC in terms of fiber reinforcing index. The expression, being developed with strength ratios and not with absolute values of strengths, is independent of specimen parameters and is applicable to wide range of w/cm ratios, and used in the mix design of steel fiber reinforced concrete. The estimated strengths are within ${\pm}3.2%$ of the actual values. The model was tested for the strength results of 14 mixes having fiber aspect ratio of 53. On examining the validity of the proposed model, there exists a good correlation between the predicted values and the experimental values of different researchers. Equation is also proposed for the size effect of the concrete specimens.
Background: Fibers in concrete resist the growth of cracks and enhance the postcracking behavior of structures. The addition of fibers into a conventional reinforced concrete can improve the structural and functional performance of safety-related concrete structures in nuclear power plants. Methods: The influence of fibers on the ultimate internal pressure capacity of a prestressed concrete containment vessel (PCCV) was investigated through a comparison of the ultimate pressure capacities between conventional and fiber-reinforced PCCVs. Steel and polyamide fibers were used. The tension behaviors of conventional concrete and fiber-reinforced concrete specimens were investigated through uniaxial tension tests and their tension-stiffening models were obtained. Results: For a PCCV reinforced with 1% volume hooked-end steel fiber, the ultimate pressure capacity increased by approximately 12% in comparison with that for a conventional PCCV. For a PCCV reinforced with 1.5% volume polyamide fiber, an increase of approximately 3% was estimated for the ultimate pressure capacity. Conclusion: The ultimate pressure capacity can be greatly improved by introducing steel and polyamide fibers in a conventional reinforced concrete. Steel fibers are more effective at enhancing the containment performance of a PCCV than polyamide fibers. The fiber reinforcementwas shown to bemore effective at a high pressure loading and a lowprestress level.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.5
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pp.81-90
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2008
This paper concerns the flexural capacity of reinforced concrete beams with ultra-high performance cementitious composites(UHPCC). It was investigated if the existing equations to estimate the flexural capacity of reinforced fiberous concrete beams are applicable with the experiments including lightly reinforced concrete beams. The reinforcing effect when the steel fiber reinforced concrete was used in beams was also estimated. The results showed that the equation to predict the flexural capacity of reinforced steel fiber concrete by ACI 544 committee didn't have a good agreement with the test results and underestimated the flexural capacity in especially lightly reinforced beams with under 1.5% reinforcement ratio. the enhancement of flexural capacity was quite considerable in lightly reinforced beams when the steel fiber reinforced concrete was used. A equation to predict the reinforcing effect of steel fiber in reinforced steel fiber beams was developed. the equation was proposed as a function of both the characteristics of steel fiber and reinforcement ratio.
In this study a new innovative method of earthquake-resistant strengthening of reinforced concrete structures is presented for the first time. Strengthening according to this new method consists of the construction of steel fiber ultra-high-strength concrete jackets without conventional reinforcement which is usually applied in the construction of conventional reinforced concrete jackets. An innovative solution is proposed also for the first time that ensures a satisfactory seismic performance of existing reinforced concrete structures, strengthened by using composite materials. The weak point of the use of such materials in repairing and strengthening of old R/C structures is the area of beam-column joints. According to the proposed solution, the joints can be strengthened with a steel fiber ultra-high-strength concrete jacket, while strengthening of columns can be achieved by using CFRPs. The experimental results showed that the performance of the subassemblage strengthened with the proposed mixed solution was much better than that of the subassemblage retrofitted completely with CFRPs.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.11a
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pp.341-344
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2004
In the present research, slump, modulus of rupture (MOR) and flexural toughness $(I_{30})$ of high performance hybrid fiber reinforced concrete (HPHFRC) mixed with micro-fiber (carbon fiber) and macro-fiber (steel fiber) and replaced with silica fume were assessed with the analysis of variance (ANOVA). Steel fiber was a considerable significant factor in aspect of the response values of MOR and boo Based on the significance of factors related to response values from ANOVA, following assessments were available; Slump decrease: carbon fiber >> steel fiber > silica fume; MOR: steel fiber > silica fume > carbon fiber; $I_{30}$: steel fiber > carbon fiber > silica fume. Steel fiber $1.0\%$, carbon fiber $0.25\%$ and silica fume $5.0\%$, and Steel fiber $1.0\%$, carbon fiber $0.25\%$ and silica fume $2.5\%$ were obtained as the most optimum mixture.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.3
no.1
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pp.47-56
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2009
The first diagonal cracking and ultimate shear load of reinforced girder made of ultra high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC) were investigated in this paper. Eleven girders were tested in which eight girders failed in shear. A simplified formulation for the first diagonal cracking load was proposed. An analytical model to predict the ultimate shear load was formulated based on the two bounds theory. A fiber reinforcing parameter was constituted based on the random assumption of steel fiber uniform distribution. The predicted values were compared with the conventional predictions and the test results. The proposed equation can be used for the first cracking status analysis, while the proposed equations for computing the ultimate shear strength can be used for the ultimate failure status analysis, which can also be utilized for numerical limit analysis of reinforced UHPFRC girder. The established fiber reinforcing theoretical model can also be a reference for micro-mechanics analysis of UHPFRC.
The complete stress-strain behavior of steel fiber reinforced concrete in compression is needed for the analysis and design of structures. An experimental investigation was carried out to generate the complete stress-strain curve of high-performance steel fiber reinforced concrete (HPSFRC) with a strength range of 52-80 MPa. The variation in concrete strength was achieved by varying the water-to-cementitious materials ratio of 0.40-0.25 and steel fiber content (Vf = 0.5, 1.0 and 1.5% with l/d = 80 and 55) in terms of fiber reinforcing parameter, at 10% silica fume replacement. The effects of these parameters on the shape of stress-strain curves are presented. Based on the test data, a simple model is proposed to generate the complete stress-strain relationship for HPSFRC. The proposed model has been found to give good correlation with the stress-strain curves generated experimentally. Inclusion of fibers into HPC improved the ductility considerably. Equations to quantify the effect of fibers on compressive strength, strain at peak stress and toughness of concrete in terms of fiber reinforcing index are also proposed, which predicted the test data quite accurately. Compressive strength prediction model was validated with the strength data of earlier researchers with an absolute variation of 2.1%.
Dadmand, Behrooz;Pourbaba, Masoud;Sadaghian, Hamed;Mirmiran, Amir
Advances in concrete construction
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v.10
no.3
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pp.195-209
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2020
This study investigates the behavior of ultra-high-performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) with hybrid macro-micro steel and macro steel-polypropylene (PP) fibers. Compression, direct and indirect tension tests were carried out on cubic and cylindrical, dogbone and prismatic specimens, respectively. Three types of macro steel fibers, i.e., round crimped (RC), crimped (C), and hooked (H) were combined with micro steel (MS) and PP fibers in overall ratios of 2% by volume. Additionally, numerical analyses were performed to validate the test results. Parameters studied included, fracture energy, tensile strength, compressive strength, flexural strength, and residual strength. Tests showed that replacing PP fibers with MS significantly improves all parameters particularly flexural strength (17.38 MPa compared to 37.71 MPa). Additionally, the adopted numerical approach successfully captured the flexural load-deflection response of experimental beams. Lastly, the proposed regression model for the flexural load-deflection curve compared very well with experimental results, as evidenced by its coefficient of correlation (R2) of over 0.90.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.46
no.7
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pp.55-67
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2004
In this paper, the flowability, strengths, impact resistance and sulfuric acid resistance of steel fiber reinforced high performance concrete (SFHPC) for the steel fiber content and fly ash and blast furnace slag as admixtures were presented. For evaluating flowability particularly, tests of slump flow, box-type passing ability and L-type filling ability were performed. The slump flow of SFHPC was some decreased with increase of the steel fiber content. At the box-type passing ability, the difference of box height of SFHPC is greatly increased with increasing the fiber content. The L-type filling ability of SFHPC was not excellent above $0.75\% of the steel fiber content. Also, the compressive strength of SFHPC was decreased with increase of the steel fiber content, but the flexural strength of SFHPC was much higher than that of the concrete without the steel fiber. At the impact resistance, drop number of SFHPC for reaching final fracture was increased with increase of the fiber content. Also, the drop number for reaching initial fracture of lmm was increased with increase of the fiber content. At the sulfuric acid resistance, 4-week weight change of SFHPC with the steel fiber was almost similarity that of HPC without the steel fiber and was in the range of 73.6 to 81.5.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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