Ultra high strength concrete (UHSC) originally proposed by Richards and Cheyrezy (1995) composed of cement, silica fume, quartz sand, quartz powder, steel fibers, superplasticizer etc. Later, other ingredients such as fly ash, GGBS, metakaoline, copper slag, fine aggregate of different sizes have been added to original UHSC. In the present investigation, the combined effect of coarse aggregate (6mm - 10mm) and steel fibers (0.50%, 1.0% and 1.5%) has been studied on UHSC mixes to evaluate mechanical and fracture properties. Compressive strength, split tensile strength and modulus of elasticity were determined for the three UHSC mixes. Size dependent fracture energy was evaluated by using RILEM work of fracture and size independent fracture energy was evaluated by using (i) RILEM work of fracture with tail correction to load - deflection plot (ii) boundary effect method. The constitutive relationship between the residual stress carrying capacity (σ) and the corresponding crack opening (w) has been constructed in an inverse manner based on the concept of a non-linear hinge from the load-crack mouth opening plots of notched three-point bend beams. It was found that (i) the size independent fracture energy obtained by using above two approaches yielded similar value and (ii) tensile stress increases with the increase of % of fibers. These two fracture properties will be very much useful for the analysis of cracked concrete structural components.
Kunal Krishna Das;Eddie Siu-Shu Lam;Jeong Gook Jang
Computers and Concrete
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v.31
no.6
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pp.545-559
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2023
In this study, an experimental investigation was conducted to assess the influence of ground granulated blast furnace slag (GGBS) and silica fume (SF) on the fresh and hardened properties of grout specimens and preplaced aggregate concrete (PAC). Grout proportions were optimized statistically using a factorial design and were applied to 10 mm and 20 mm coarse aggregates to produce PAC. The results demonstrate that GGBS has a more significant effect on the compressive strength of grout compared to SF, with a small increase or decrease in the GGBS content having a greater influence on the compressive strength of grout than SF. The water to binder ratio had the most significant effect on the compressive strength of PAC, followed by the coarse aggregate size and sand to binder ratio. An empirical relationship to predict the compressive strength of PAC was proposed through an experimentally derived factorial design along with a statistical analysis of collectively obtained data and a deep literature review. The results predicted by the empirical relationship were in good agreement with those of PAC produced for verification.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.1
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pp.65-72
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2008
The use of hybrid FRP-concrete structures with a dual purpose of both permanent formwork and reinforcement, has been considered in some studies recently. For the FRP plank and the concrete to act as a composite structural member a satisfactory bond at the interface between the smooth surface of the pultruded plank and the cast-in-place concrete must be developed. Sand was bonded to the pultruded FRP plank using a commercially available epoxy system. In applying general analysis techniques to evaluate the performance of composite structures with FRP stay-in-place forming, it is essential that characteristics of the bond stress-slip relation be identified. In this study I would like to propose a simplified bilinear bond stress-slip model for FRP composite structures.
Ahmad, Hammad;Hameed, Rashid;Riaz, Muhammad Rizwan;Gillani, Asad Ali
Advances in concrete construction
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v.6
no.6
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pp.645-658
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2018
Despite being one of the most abundantly used construction materials because of its exceptional properties, concrete is susceptible to deterioration and damage due to various factors particularly corrosion, improper loading, poor workmanship and design discrepancies, and as a result concrete structures require retrofitting and strengthening. In recent times, Fiber Reinforced Polymer (FRP) composites have substituted the conventional techniques of retrofitting and strengthening of damaged concrete. Most of the research studies related to concrete strengthening using FRP have been performed on undamaged test specimens. This contribution presents the results of an experimental study in which concrete specimens were damaged by mechanical loading and elevated temperature in laboratory prior to application of Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) sheets for strengthening. The test specimens prepared using concrete of target compressive strength of 28 MPa at 28 days were subjected to compressive and splitting tensile testing up to failure and the intact pieces of the failed specimens were collected for the purpose of repair. In order to induce damage as a result of elevated temperature, the concrete cylinders were subjected to $400^{\circ}C$ and $800^{\circ}C$ temperature for two hours duration. Concrete cylinders damaged under compressive and split tensile loads were re-cast using concrete and rich cement-sand mortar, respectively and then strengthened using CFRP wrap. Concrete cylinders damaged due to elevated temperature were also strengthened using CFRP wrap. Re-cast and strengthened concrete cylinders were tested in compression and splitting tension. The obtained results revealed that re-casting of specimens damaged by mechanical loadings using concrete & mortar, and then strengthened by single layer CFRP wrap exhibited strength even higher than their original values. In case of specimens damaged by elevated temperature, the results indicated that concrete strength is significantly dropped and strengthening using CFRP wrap made it possible to not only recover the lost strength but also resulted in concrete strength greater than the original value.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.12
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pp.7-13
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2018
The strength of concrete is affected significantly not only by the internal influence factors of cement, water, sand, aggregate, and admixture, but also by the external influence factors of concrete placement delay and curing temperature. The objective of this research was to predict the concrete strength considering both the internal and external influence factors when concrete is placed at the construction site. In this study, a concrete strength test was conducted on the 24 combinations of internal and external influence factors, and a neural network model was constructed using the test data. This neural network model can predict the concrete strength considering the external influence factors of the concrete placement delay and curing temperature when concrete is placed at the construction site. Contractors can use the concrete strength prediction neural network model to make concrete more robust to external influence factors during concrete placement at a construction site.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.4
no.3
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pp.299-306
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2016
In this research, influence of low quality aggregate on engineering properties of concrete was evaluated experimentally. From the experiment, the fresh properties of slump and air content were controlled with unit water and AE dosage and all mixture were designed to have similar fresh properties of slump and air content with various quality of aggregate. Under this conditions, comparing with the mixture with high quality aggregate, the mixture with low quality aggregate showed the unit water and AE dosage were increased about 18 and 98%, respectively, because of poor grading and quantity of fines. For compressive strength, the low quality aggregate, specifically, exploded debris, clay sand, and sea sand contributed on decreasing compressive strength about 20~35%. Additionally, the concrete mixture including low quality fine and coarse aggregate showed adverse quality in not only compressive strength but also durability of freeze-thawing resistance, drying shrinkage, carbonation, and chloride ingression. Therefore, it is considered that for low quality aggregate, extra treatment processes such as washing or controlling gradation, and regulation to limit the use of low quality aggregate are needed.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.17
no.5
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pp.445-451
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2017
Because of the supply-demand problem of aggregate, recently, the construction sites using 100% crushed sand are increasing and the use of low quality aggregate such as farmland sand is increasing too. When the low quality aggregate is used, the various quality defect of concrete such as the strength reduction, the increase of shrinkage and bleeding can be occurred. Therefore, in this study, the performance improvement PC admixture was developed to minimize the quality defect of plain concrete of basement parking area, when the low quality aggregate was used at the plain concrete of basement parking area. The slump loss to elapsed time test, the compressive strength test, the bleeding test and the drying shrinkage test were carried out.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.5
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pp.32-39
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2021
Recently, necessities of steel form for reinforced concrete beam and girder have been emphasized in building structures for the reduction of the construction period and the labor cost. SY Beam was developed for the these purposes and is roll-formed using thin steel plate. On this research, we tried to evaluate and verify the performance and behavior of SY Beam under construction loading stage as like pouring in situ concrete. For the standard shape of SY beam, structural modelling with various steel thicknesses has carried out using MIDAS GEN program. From results of modelling, the width and height of SY Beam were determined 600mm and 400mm respectively. For 3 SY Beams, the loading experiment was performed to measure vertical and horizontal displacement under stacking sand, concrete block, and bundle of rebar. As a result, the vertical deflection showed a tendency to decrease as the thickness increased. In the horizontal displacement, the trend according to the thickness was not clearly observed. From the evaluation on the loading experiment, it is considered that the SY Beam can secure both workability and structural safety. In particular, the SY Beam(1.2mm) hardly generates horizontal displacement, so it has excellent load-bearing capacity. So, we judged that the SY Beam with 1.2mm steel plate has excellent performance and consider to be immediately commercially available.
This paper numerically investigates the effect of changes in the mechanical properties (displacement, strain, and stress) of the ultra-high-performance concrete (UHPC) without rebar and the reinforced concrete (RC) using steel re-bars. This reinforced concrete is mostly used in the concrete bridge decks. A mixture of sand, gravel, cement, water, steel fiber, superplasticizer, and micro silica was used to fabricate UHPC specimens. The extended finite element method as used in the ABAQUS software is applied for considering the mechanical properties of UHPC, RC, and ordinary concrete specimens. To calibrate the ABAQUS, some experimental tests have been carried out in the laboratory to measure the direct tensile strength of UHPC by the compressive-to-tensile load converting (CTLC) device. This device contains a concrete specimen and is mounted on a universal tensile testing apparatus. In the experiments, three types of mixed concrete were used for UHPC specimens. The tensile strength of these specimens ranges from 9.24 to 11.4 MPa, which is relatively high compared with ordinary concrete specimens, which have a tensile strength ranging from 2 to 5 MPa. In the experimental tests, the UHPC specimen of size 150×60×190 mm with a central hole of 75 mm (in diameter)×60 mm (in thickness) was specially made in the laboratory, and its direct tensile strength was measured by the CTLC device. However, the numerical simulation results for the tensile strength and failure mechanism of the UHPC were very close to those measured experimentally. From comparing the numerical and experimental results obtained in this study, it has been concluded that UHPC can be effectively used for bridge decks.
Yeon-Back Jung;Ju-Hyun Mun;Keun-Hyeok Yang;Chae-Rim Im
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.2
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pp.169-178
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2023
Lightweight aggregate concrete (LWAC) has various advantages, but it has limitations in ensuring sufficient ductility as structural members such as reinforced concrete (RC) columns due to its low confinement effect of core concrete. In particular, the confinement effect significantly decreases as the axial load increases, but studies on evaluating the ductility of RC columns at high axial loads are very limited. Therefore, this study examined the effects of concrete unit weight on the seismic performance of RC columns subjected to constant axial loads applied with different values for each specimen. The column specimens were classified into all-lightweight aggregate concrete (ALWAC), sand-lightweight aggregate concrete (SLWAC), and normal-weight concrete (NWC). The amount of transverse reinforcement was specified for all the columns to satisfy twice the minimum amount specified in the ACI 318-19 provision. Test results showed that the normalized moment capacity of the columns decreased slightly with the concrete unit weight, whereas the moment capacity of LWAC columns could be conservatively estimated based on the procedure stipulated in ACI 318-19 using an equivalent rectangular stress block. Additionally, by applying the section lamina method, the axial load level corresponding to the balanced failure decreased with the concrete unit weight. The ductility of the columns also decreased with the concrete unit weight, indicating a higher level of decline under a higher axial load level. Thus, the LWAC columns required more transverse reinforcement than their counterpart NWC columns to achieve the same ductility level. Ultimately, in order to achieve high ductility in LWAC columns subjected to an axial load of 0.5, it is recommended to design the transverse reinforcement with twice the minimum amount specified in the ACI 318-19 provision.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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