In this paper, the effect of the type and amount of fibers on the physicomechanical properties of concrete containing fine recycled refractory brick (RRB) and natural aggregate subjected to elevated temperatures was investigated. For this purpose, forta-ferro (FF), polypropylene (PP), and polyvinyl alcohol (PVA) fibers with the volume fractions of 0, 0.25, and 0.5%, as well as steel fibers with the volume fractions of 0, 0.75, and 1.5% were used in the concrete containing RRB fine aggregate replacing natural sand by 0 and 100%. In total, 162 concrete specimens from 18 different mix designs were prepared and tested in the temperature groups of 23, 400, and $800^{\circ}C$. After experiencing heat, the concrete properties including the compressive strength, ultrasonic pulse velocity (UPV), weight loss, and surface appearance were evaluated and compared with the corresponding results of the reference (unheated) specimens. The results show that using RRB fine aggregate replacing natural fine aggregate by 100% led to an increase in the concrete compressive strength in almost all the mixes, and only in the PVA-containing mixes a decrease in strength was observed. Furthermore, UPV values at $800^{\circ}C$ for all the concrete mixes containing RRB fine aggregate were above those of the natural aggregate concrete specimens. Finally, regarding the compressive strength and UPV results, steel fibers demonstrated a better performance relative to other fiber types.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.11a
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pp.631-634
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2004
An experimental investigation on the strength and behaviour of reinforced concrete columns using high performance fiber reinforced cement composites has been carried out. The columns were subjected to monotonic axial compression until failure. The variables in this study are the combination ratio of steel cord(SCI) and polypropylene(PP), and the volumetric ratio of transverse reinforcement Test results showed that the fibers, when used in a hybrid form, could result in superior composite performance compared to their individual fiber reinforced cement composites.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2023.05a
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pp.145-146
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2023
In this study, the effect of hybrid fiber reinforcement on the residual strength and impact resistance of high-strength cementitious composites exposed to high temperatures was investigated. A cementitious composites was manufactured in which 0.15 vol% of polypropylene fiber (PP) and 1.0 vol% of smooth steel fiber (SSF) were double-mixed, and a residual strength test was conducted while thermal stress was applied by heating test, and then a high-velocity impact test was performed. In the case of general cementitious composites, the rear surface is damaged due to explosion and low tensile strength during high temperature or impact, while hybrid fiber reinforced cementitious composites can repeatedly absorb and distribute stress until multiple fibers are damaged to suppress the propagation of impact and resistance to explosion. Therefore, this study analyzed the residual strength of cementitious composites exposed to high temperatures depending on whether hybrid fibers were mixed or not, and collected research data on fracture behavior through high-speed impact tests to evaluate impact resistance and mechanical properties.
Accordingly architectural structure is getting high-rise and bigger, a use of high strength and high performance concrete has been increasing. High performance concrete has cons of explosion in a fire. This Explosion in the fire can cause the loss of the sheath on a concrete surface, therefore it effects that increasing a rate of heat transmission between the steel bar and inner concrete. Preventing this explosion of high performance concrete in the fire, many kinds of researches are now in progressing. Typically, researches with using Polypropylene-fiber and Steel-fiber can prove controling the explosion, but the reduction of mobility was posed as a problem of workability. Consequently, to solve the problem as mentioned above, concrete cans secure fire resisting capacity through the using of coating liquid, including Ester-lubricant and non-ionic characteristic surfactant. This research has been drawn a ideal condition in compressive strength areas of concrete by an experiment. When applying 13mm of polyamide-fiber, proper fiber mixing volume by compressive strength areas of concrete is $0.8kg/m^3$ in 60MPa, $1.0kg/m^3$ in 80MPa, $1.5kg/m^3$ in $100MPa/m^3$. These amount of a compound can control the explosion.
Seok Yong Lim;Kwang Soo Youm;Kwang Yeom Kim;Yong-Hoon Byun;Young K. Ju;Tae Sup Yun
Computers and Concrete
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v.31
no.5
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pp.433-442
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2023
This study presents the visually observed behavior of fibers embedded in concrete samples that were subjected to a flexural bending test. Three types of fibers such as macro polypropylene, macro polyethylene, and the hybrid of steel and polyvinyl alcohol were mixed with cement by a designated mix ratio to prepare a total of nine specimens of each. The bending test was conducted by following ASTM C1609 with a net deflection of 2, 4, and 7 mm. The X-ray computed tomography (XCT) was carried out for 7 mm-deflection specimens. The original XCT images were post-processed to denoise the beam-hardening effect. Then, fiber, crack, and void were semi-manually segmented. The hybrid specimen showed the highest toughness compared to the other two types. Debonding based on 2D XCT sliced images was commonly observed for all three groups. The cement matrix near the crack surface often involved partially localized breakage in conjunction with debonding. The pullout was predominant for steel fibers that were partially slipped toward the crack. Crack bridging and rupture were not found presumably due to the image resolution and the level of energy dissipation for poly-fibers, while the XCT imaging was advantageous in evaluating the distribution and behavior of various fibers upon bending for fiber-reinforced concrete beam elements.
The peculiarity pointed out for high strength concrete is the occurrence of spalling during a fire. Recently, there are many efforts such as development of all types of spalling reducing materials and other innovative materials in various fields. Need is now to examine the adequate mixing proportions of these materials. This study intended to derive experimentally and statistically mix proportions that can represent the basic quality requirements as well as the optimal effects on the fire-resistance for 4 types of functional materials that are metakaolin, waste tire chip, polypropylene fiber and steel fiber. Here, the tests were planned through an optimal test method using an orthogonal array table with 4 parameters and 3 levels. The statistical analysis adopted the response surface analysis method. Results verified mutual complementary contribution between the materials when using a combination of the functional materials selected as parameters for the strengthening of the fire-resistance of 80 MPa-class high strength concrete. Besides, the optimal conditions of the fire-resistance strengthening materials derived through response surface analysis were a volumetric replacement of silica fume by 80% of metakaolin, a volumetric replacement of fine aggregates by 3% of tire waste chip, and an addition of 0.2% of the whole volume by polypropylene fiber without mixing of steel fiber. In such cases, the basic characteristics as well as the fire-resistant characteristics of high strength concrete were also satisfied.
This paper describes an experimental investigation on hybrid fiber reinforced concrete (HYFRC) beams. And the main aim of this present paper is to examine the dynamic characteristics and damage evaluation of undamaged and damaged HYFRC beams under free-free constraints. In this experimental work, totally four RC beams were cast and analyzed in order to evaluate the dynamic behavior as well as static load behavior of HYFRCs. Hybrid fiber reinforced concrete beams have been cast by incorporating two different fibers such as steel and polypropylene (PP). Damage of HYFRC beams was obtained by cracking of concrete for one of the beams in each set under four-point bending tests with different percentage variation of damage levels as 50%, 70% and 90% of maximum ultimate load. And the main dynamic characteristics such as damping, fundamental natural frequencies, mode shapes and frequency response function at each and every damage level has been assessed by means of non-destructive technique (NDT) with hammer excitation. The fundamental natural frequency and damping values obtained through dynamic tests for HYFRC beams were compared with control (reference) RC beam at each level of damage which has been acquired through static tests. The static experimental test results emphasize that the HYFRC beam has attained higher ultimate load as compared with control reinforced concrete beam.
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.
Potentially significant mechanical improvements in tension can be achieved by the incorporation of randomly distributed, short discrete fibers in concrete. The improvements due to the incorporation fibers significantly influence the composite stress - strain ($\sigma$-$\varepsilon$) characteristics. In general incorporating fibers in a plain concrete has relatively small effect on its precracking behavior. It, however, alters its post-cracking behavior quite significantly, resulting in greatly improved ductility, crack controls, and energy absorption capacity (or toughness). Therefore, a thorough understanding the complete tensile stress - strain ($\sigma$-$\varepsilon$) response of fiber reinforced concrete is necessary for proper analysis while using structural components made with fiber reinforced concrete. Direct tensile stress applied to a specimen is in principle the simplest configuration for determining the tensile response of concrete. However, problems associated with testing brittle materials in tension include (i) the problem related to gripping of the specimen and (ii) the problem of ensuring centric loading. Routinely, indirect tension tests for plain concrete, flexural and split-cylinder tests, have been used as simpler alternatives to direct uniaxial tension test. They are assumed to suitable for fiber reinforced concrete since typically such composites comprise 98% by volume of plain concrete. Clearly since the post-cracking characteristics are significantly influenced by the reinforcing parameters and interface characteristics, it would be fundamentally incorrect to use indirect tensile tests for determining the tensile properties of fiber reinforced concrete. The present investigation represents a systematic look at the failure and toughening mechanisms and macroscopic stress - strain ($\sigma$-$\varepsilon$) characteristics of fiber reinforced concrete in the uniaxial tension test. Results from an experimental parametric study involving used fiber quantity, type, and mechanical properties in the uniaxial tension test are presented and discussed.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.4
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pp.92-98
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2014
Spacer is a construction material for maintaining cover depth and steel installation, however several problems like staining, leakage, and cracking are currently issued due to performance degradation and unsatisfactory dimensional stability of spacer. Plastic composite is widely used for prevention of brittle failure in cement based material, which yields improvement of crack resistance and ductile failure. This study is for development and applicability evaluation of high strength spacer with slag cement for environmental load reduction and plastic composite like polypropylene fiber, nylon fiber, and glass fiber. For this work, unit weight of 4 different plastic fibers are evaluated through preliminary tests. Physical tests including compressive, flexural, and tensile strength and durability tests including absorption, permeability, length change, crack resistance, carbonation, and freezing and thawing are performed. Through various tests, optimum plastic fiber is selected and manufacturing system for high strength spacer with the selected fiber is developed. Dimensional stability of the developed spacer is evaluated through field applicability evaluation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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