Journal of the Korea Concrete Institute (콘크리트학회논문집)

Korea Concrete Institute (한국콘크리트학회)
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Assessment of the Damage in High Performance Fiber-Reinforced Cement Composite under Compressive Loading Using Acoustic Emission

AE기법에 의한 압축력을 받는 고인성 섬유보강 시멘트 복합체의 손상 평가

  • Kim, Sun-Woo (Dept. of Architectural Engineering, Chungnam National University) ;
  • Yun, Hyun-Do (Dept. of Architectural Engineering, Chungnam National University)
  • Published : 2009.10.31
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Abstract

High Performance Fiber-reinforced Cement Composite (HPFRCC) shows the multiple crack and damage tolerance capacity due to the interfacial bonding of the fibers to the cement matrix. For practical application, it is needed to investigate the fractural behavior of HPFRCC and understand the micro-mechanism of cement matrix with reinforcing fiber. This study is devoted to the investigation of the AE signals in HPFRCC under monotonic and cyclic uniaxial compressive loading, and total four series were tested. The major experimental parameters include the type and volume fraction of fiber (PE, PVA, SC), the hybrid type and loading pattern. The test results showed that the damage progress by compressive behavior of the HPFRCC is a characteristic for the hybrid fiber type and volume fraction. It is found from acoustic emission (AE) parameter value, that the second and third compressive load cycles resulted in successive decrease of the amplitude as compared with the first compressive load cycle. Also, the AE Kaiser effect existed in HPFRCC specimens up to 80% of its ultimate strength. These observations suggested that the AE Kaiser effect has good potential to be used as a new tool to monitor the loading history of HPFRCC.

고인성 섬유보강 시멘트 복합체는 시멘트 매트릭스 내 보강된 섬유의 계면부착응력에 의해 다수의 미세균 열분산 및 손상저항성능을 갖게 되나, 이를 구조물에 적용하기 위해서는, 고인성 섬유보강 시멘트 복합체의 파괴거동을 규명함과 동시에 보강섬유에 따른 시멘트 매트릭스의 마이크로 파괴메커니즘에 대한 이해가 요구된다. 이 연구에서는 단조 및 반복가력시 고인성 섬유보강 시멘트 복합체의 파괴특성 및 음향방출신호특성을 규명하기 위하여 총 4 시리즈의 시험체가 사용되었으며, 주요 실험변수는 섬유의 종류(PE, PVA, SC), 혼입률, 하이브리드 타입, 가력방법(단조, 반복)이다. 실험결과, 고인성 섬유보강 시멘트 복합체의 압축거동에 따른 손상진전은 섬유의 혼입률 및 하이브리드에 따라 상이하게 나타났다. 또한 음향방출신호로부터, 각 하중단계의 2, 3번째 사이클에서의 진폭 감소 특성이 나타났으며, 이는 각 사이클별 변형률 증가와의 관련성을 보여 이를 이용한 강도 예측이 가능할 것으로 판단된다. 또한 최대강도의 80%까지 펠리시티 효과 및 카이저 효과가 나타났으며, 하이브리드 섬유 혼입시 매크로 균열 제어로 인해 손상의 복원 및 분산능력이 뛰어난 것으로 나타났다.

Keywords

References

  1. Yun, H. D., Kim, S. W., and Jeon, E., "Tensile Response and Fracture Process of High-Performance Hybrid Fiber-Reinforced Cement Composites," Key Engineering Materials, Vol. 324-325, 2006, pp. 715-718 https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.324-325.715
  2. Li, V. C. and Wu, H. C., "Conditions for Pseudo Strainhardening in Fiber Reinforced Brittle Matrix Composites," Journal Applied Mechanics Review, Vol. 45, No. 8, 1992, pp. 390-398 https://doi.org/10.1115/1.3119767
  3. Naaman, A. E. and Najm, H., "Bond-Slip Mechanisms of Steel Fibers in Concrete," ACI Material Journal, Vol. 88, No. 2, 1991, pp. 135-145
  4. Fukuyama, H., Suwada, H., Mukai, T., Watanabe T., and Nomura, S., "Structural Test on High Performance Seismic Resistance Elements with High Strength, Stiffness, Ductility," Proceedings of AIJ annual meeting, Structure IV, 2005, pp. 487-490
  5. 김윤용, 김정수, 김진근, 하기주, “고인성 섬유복합재료 ECC (Engineered Cementitious Composites)의 시공성,” 한국콘크리트학회 학술발표논문집, 17권, 1호, 2005, pp.313~316
  6. Yun, H. D., S. Kim, W., Jeon, E., and Park, W. S., "Effect of Matrix Ductility on Damage Tolerance of Digonally Reinforced Coupling Beams," Key Engineering Materials, Vol. 324-325, 2006, pp. 723-726 https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.324-325.723
  7. 하기주, 신종학, 김윤용, 홍건호, 양승혁, 김진근, "고인성섬유 복합모르타르 PC판넬을 활용한 철근콘크리트 골조의 리모델링을 위한 보강시스템 개발," 한국콘크리트 학회 학술발표논문집, 18권, 1호, 2006, pp. 66-69
  8. Ohtsu, M. and Watanabe, H., "Quantitative Damage Estimation of Concrete by Acoustic Emission," Construction and Building Materials, Vol. 15, 2001, pp. 217-224 https://doi.org/10.1016/S0950-0618(00)00071-4
  9. Wu, K., Chen, B., and Yao, W. "Study on the AE Characteristics of Fracture Process of Mortar, Concrete and Steel-fiber-reinforced Concrete Beams," Cement and Concrete Research, Vol. 30, 2000, pp. 1495-1500 https://doi.org/10.1016/S0008-8846(00)00358-6
  10. Maji, A. K. and Shah, S. P., "Process Zone and Acoustic Emission Measurement in Concrete," Experimental Mechanics, Vol. 28, No. 1, 1988, pp. 27-33 https://doi.org/10.1007/BF02328992
  11. Puri, S., "Assessing the Development of Localized Damage in Concrete under Compressive Loading Using Acoustic Emission," Purdue University, 2003, 111 pp
  12. Colombo, Ing. S., Main, I. G., and Forde, M. C., "Assessing Damage of Reinforced Concrete Beam Using b-value Analysis of Acoustic Emission Signals," Journal of Materials in Civil Engineering, Vol. 15, No. 3, 2003, pp. 280-286 https://doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(2003)15:3(280)
  13. 윤현도, 김선우, 전에스더, "보강섬유 종류에 따른 고인성 시멘트 복합체의 손상과정 및 음향방출특성," 대한건축학회 구조계 논문집, 22권, 9호, 2006, pp. 35-42
  14. Kumar, A. and Gupta, A. P., "Acoustic Emission in Fiber Reinforced Concrete," Experimental Mechanics, Vol. 36, No. 3, 1996, pp. 258-261 https://doi.org/10.1007/BF02318016
  15. Hsu, T. T. C., Slate, F. O., Sturman, G. M., and Winter, G., "Micro-cracking of Plain Concrete and the Shape of the Stress-Strain Curve," ACI Journal, Proceedings, Vol. 60, No. 2, 1963, pp. 209-224
  16. Yuyama, S., Okamoto, T., and Nagataki, S., "Acoustic Emission Evaluation of Structural Integrity in Repaired Reinforced Concrete Beams," Materials valuation, Vol. 52, No. 1, 1994, pp. 86-90