Yang Zhang;Yanping Zhu;Pengfei Ma;Shuilong He;Xudong Shao
Advances in concrete construction
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v.15
no.6
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pp.359-376
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2023
Ultra-high-performance concrete (UHPC) has become an attractive cast-in-place repairing material for existing engineering structures. The present study aims to investigate age-dependent high-early-strength UHPC (HESUHPC) material properties (i.e., compressive strength, elastic modulus, flexural strength, and tensile strength) as well as interfacial shear properties of HESUHPC-normal strength concrete (NSC) composites cured at different season temperatures (i.e., summer, autumn, and winter). The typical temperatures were kept for at least seven days in different seasons from weather forecasting to guarantee an approximately consistent curing and testing condition (i.e., temperature and relative humidity) for specimens at different ages. The HESUHPC material properties are tested through standardized testing methods, and the interfacial bond performance is tested through a bi-surface shear testing method. The test results quantify the positive development of HESUHPC material properties at the early age, and the increasing amplitude decreases from summer to winter. Three-day mechanical properties in winter (with the lowest curing temperature) still gain more than 60% of the 28-day mechanical properties, and the impact of season temperatures becomes small at the later age. The HESUHPC shrinkage mainly occurs at the early age, and the final shrinkage value is not significant. The HESUHPC-NSC interface exhibits sound shear performance, the interface in most specimens does not fail, and most interfacial shear strengths are higher than the NSC-NSC composite. The HESUHPC-NSC composites at the shear failure do not exhibit a large relative slip and present a significant brittleness at the failure. The typical failures are characterized by thin-layer NSC debonding near the interface, and NSC pure shear failure. Two load-slip development patterns, and two types of main crack location are identified for the HESUHPC-NSC composites tested in different ages and seasons. In addition, shear capacity of the HESUHPC-NSC composite develops rapidly at the early age, and the increasing amplitude decreases as the season temperature decreases. This study will promote the HESUHPC application in practical engineering as a cast-in-place repairing material subjected to different natural environments.
Kim, Kang-Min;Yoo, Seung-Yeup;Song, Yong-Soon;Koo, Ja-Sul;Kang, Suck-Hwa;Jeon, Hyun-Kyu
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.365-368
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2008
This research is related to 240MPa ultra-high strength concrete(UHSC) with extremely loss W/B ratio. For this development, High flow cement is mainly used which has a short reaction rate due to the high blaine and high early strength, which can make greater fluidity in case of very low W/C ratio. It made the best mixture using the mineral admixtures silica fume, slag powder and special admixture. For dispersibility and homogeneity of cement binder, cement of premix type is produced using omni-mixer. Moreover, it ensures the fluidity of ultra-high strength concrete(UHSC). For having a good fire performance, we made an experiment special coarse aggregate. As a result, we got 180MPa in case of water curing, 200MPa in case of steam curing and uniform UHSC of 240MPa in case of a special curing method.
Since ultra-high performance cementitious composites (UHPCC) not only represents high early age shrinkage strain due to its low water-to-binder ratio (W/B) and high fineness admixture usage but also reduces the cross section of structure from the higher mechanical properties, it generally has more shrinkage cracks from the restraints of formwork and reinforcing bars. In this study, free and restrained shrinkage experiments were conducted to evaluate the suitability of incorporating both expansive admixture (EA) and shrinkage reducing agent (SRA). The test results indi-cated that approximately 40~44% of free shrinkage strain was decreased. Also, the results showed that 35% and 47% of residual tensile stresses were relieved by synergetic effect of SRA and EA, respectively. Residual tensile stresses from ringtest were relaxed by approximately 61% and 64% of elastic shrinkage stresses due to SRA and EA, respectively, because of the tensile creep effect. Therefore, the creep effect should be considered to precisely estimate the restrained shrinkage behavior of concrete structures. The degree of restraint of UHPCC was approximately in the range of 0.78~0.85. The addition of combined EA and SRA showed minute influence on the degree of restraint. However, the effect decreased when thicker concrete ring was used. Tensile creep strains were measured and compared to the predicted values from 4-parametric prediction model considering time dependent restrained forces.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2020.06a
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pp.142-143
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2020
A study was conducted on the production of LEFC using the Precast method, not the on-site construction. LEFC, Light Emotion Friendly Concrete, has the advantage of plastic rods being inserted to allow light to transmit, but because of the lack of adhesion to concrete, it leads to a decline in mechanical performance and durability. Therefore, it is necessary to apply precasting techniques to ensure homogeneous and superior quality of LEFC. In this study, wooden molds were used and plastic rods were arranged on porous acrylic plates. Prototyping was carried out with a UHPC mix proportioning to ensure flowability, self-consolidating performance and mechanical performance.
In this study, in order to observe the behaviors of fiber reinforced polymer (FRP) strengthened and steel fiber reinforced concrete specimens for impact and static loads, flexural and punching tests were performed. For the one-way flexural and two-way punching tests, concrete specimens with the dimensions of $50{\times}100{\times}350$ mm and $50{\times}350{\times}350$ mm were fabricated, respectively. The steel fiber reinforced concrete specimens showed much enhanced resistance on two-way punching of static and impact loads. In addition the FRP strengthening system provided the outstanding performance under a punching load. Because of a large tensile strength and toughness of ultra high performance concrete (UHPC), the UHPC specimens retrofitted with FRP showed marginally enhanced strength and energy dissipating capacity.
This study intends to produce an ultra-high performance fibre reinforced concrete (UHPFRC) made with hybrid fibres (i.e., steel and polypropylene). Compressive and tensile strength characteristics of the hybrid fibres UHPFRC are considered. A total of 14 fibre-reinforced composites (FRCs) with different fibre contents or types of fibres were prepared and tested in order to determine a suitable hybrid fibre combination. The compressive and tensile strengths of each concrete at 7 days were determined. The results showed that a hybrid mix of micro-polypropylene and steel fibres exhibited good compromising performances and is the ideal reinforcement mixture in a strong, cost-effective UHPFRC. In addition, maximum compressive strength of 167 MPa was achieved for UHPFRC using 1.5% steel fibres blended with 0.5% macro-polypropylene fibres.
Zhang, Xiaochen;Shen, Chao;Zhang, Xuesen;Wu, Xiangguo;Faqiang, Qiu;Mitobaba, Josue G.
Advances in Computational Design
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v.7
no.4
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pp.281-295
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2022
Tensile property is one of the excellent properties of ultra-high performance concrete (UHPC), and uniaxial tensile test is an important and challenging mechanical performance test of UHPC. Traditional uniaxial tensile tests of concrete materials have inherent defects such as initial eccentricity, which often lead to cracks and failure in non-test zone, and affect the testing accuracy of tensile properties of materials. In this paper, an original integrated design scheme of mould and end fixture is proposed, which achieves seamless matching between the tension end of specimen and the test fixture, and minimizes the cumulative eccentricity caused by the difference in the matching between the tension end of specimen and the local stress concentration at the end. The stress analysis and optimization design are carried out by finite element method. The curve transition in the end of specimen is preferred compared to straight line transition. The rationality of the new integrated design is verified by uniaxial tensile test of strain hardening UHPC, in which the whole stress-strain curve was measured, including the elastic behavior before cracking,strain hardening behavior after cracking and strain softening behavior.
Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC) is distinguished from the normal concrete by outstanding compressive and tensile strength. Cracked normal concrete resists shear by aggregate interlocking while clamped by transverse reinforcement, which is called as shear friction theory. Cracked UHPFRC is expected to have a different shear transfer mechanism due to rather smooth crack face and post-cracking behavior under tensile force. Twenty-four push-off specimens with transverse reinforcement are tested for four different fiber volume ratio and three different ratio of reinforcement along the shear plane. The shear friction strength for monolithic concrete are suggested by limit analysis of plasticity and verified by test results. Plastic analysis gives a conservative, but reasonable estimate. The suggested shear friction factor and effectiveness factor of UHPFRC can be applied for interface shear transfer design of high-strength concrete and fiber reinforced concrete with post-cracking tensile strength.
Park, Hee-Gon;Lee, Jin-Woo;Kim, Yoo-Jin;Bae, Yeoun-Ki;Kim, Woo-Jae;Lee, Jae-Sam
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.385-388
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2008
Modern society is experiencing a high population density and a centralization of facilities. The clear trends in the construction field are aggrandizement, elevation and specialization of building structures. Such trends require improvements of skills in raising material performances, structuring, planning, designing, and increasing construction capacities. In order to procure high performance materials and construction techniques, a top-quality concrete should be used since it takes up a large part of the material. In recent years, active researches have been done on the ultra high strength concrete. Therefore, this experimental study is strength management to fixed quantity in the field of ultra-strong concrete.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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