Most of high carbon fly ashes (HCFA) are discarded in landfills with high costs due to low recycling rate. This study aims to explore the geotechnical behaviors of HCFA mixtures reinforced with fiber and sand. A series of compaction test, unconfined compressive strength test and modified 1D consolidation test with bender element were performed. Specimens were prepared at their optimal moisture contents based on the results of compaction tests. The results of this study demonstrate that the inclusion of fibers to the matrix of HCFA increases unconfined compressive strength (UCS), strain at UCS, and maximum shear modulus ($G_{max}$) at a given void ratio. Reinforcement with sand increases UCS of HCFA; while the strain at UCS is irrelevant with sand fractions. Sand particles may disrupt the direct contacts between HCFA particles at low sand content, resulting in a decrease in $G_{max}$. However, it can be expected that the mixtures with sand content larger than 20% are in dense state; thus, $G_{max}$ of HCFA reinforced with sand shows greater value than that of unreinforced HCFA compacted with the same energy. Regardless of types of reinforcement, the compression index ($C_c$) of both fiber and sand reinforced HCFA is mainly determined by initial void ratio.
Seung Won Choi;Cho Won Baek;Seon Yeol Lee;Van Thong Nguyen;Dong Joo Kim
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.11
no.4
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pp.332-340
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2023
This study investigated the effects of nanoparticles on the fracture toughness of cement mortar. Three-point bending tests, compressive tests, and slump tests were conducted on cement mortars reinforced with carbon nanotubes(CNTs), nanosilica(NS), and nano calcium carbonate(NC), respectively. Cement mortar with a water-to-cement ratio and a sand-to-cement ratio of 0.45 and 1.5, respectively, and reinforced with 0 and 2 vol.% of 19.5 mm steel fibers, respectively, was used. Reinforcement with nanoparticles partially improved the fracture toughness and compressive strength of the cement mortar. However, in the case of cement mortar reinforced with steel fibers, the reinforcement with nanoparticles was found to reduce the flowability of the mortar, adversely affecting the dispersion of steel fibers, and ultimately leading to a decrease in fracture toughness, contrary to the intended enhancement. Additional research is needed to improve the decrease in mortar fluidity caused by the reinforcement with nanoparticles.
Mohammadimehr, M.;Mohammadi-Dehabadi, A.A.;Akhavan Alavi, S.M.;Alambeigi, K.;Bamdad, M.;Yazdani, R.;Hanifehlou, S.
Steel and Composite Structures
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v.29
no.3
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pp.405-422
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2018
In this research, experimental tensile test and manufacturing of carbon nanotube reinforced composite beam (CNTRC) is presented. Also, bending, buckling, and vibration analysis of CNTRC based on various beam theories such as Euler-Bernoulli, Timoshenko and Reddy beams are considered. At first, the experimental tensile tests are carried out for CNTRC and composite beams in order to obtain mechanical properties and then using Hamilton's principle the governing equations of motion are derived for Euler Bernoulli, Timoshenko and Reddy theories. The results have a good agreement with the obtained results by similar researches and it is shown that adding just two percent of carbon nanotubes increases dimensionless fundamental frequency and critical buckling load as well as decreases transverse deflection of composite beams. Also, the influences of different manufacturing processes such as hand layup and industrial methods using vacuum pump on composite properties are investigated. In these composite beams, glass fibers used in an epoxy matrix and for producing CNTRC, CNTs are applied as reinforcement particles. Applying two percent of CNTs leads to increase the mechanical properties and increases natural frequencies and critical buckling load and decreases deflection. The obtained natural frequencies and critical buckling load by theoretical method are higher than other methods, because there are some inevitable errors in industrial and hand layup method. Also, the minimum deflection occurs for theoretical methods, in bending analysis. In this study, Young's and shear modulli as well as density are obtained by experimental test and have not been used from the results of other researches. Then the theoretical analysis such as bending, buckling and vibration are considered by using the obtained mechanical properties of this research.
Carbon nanotubes (CNTs) are one of the nanomaterials that were discovered by Iijima in 1991 for the first time. CNTs have long cylindrical and axi-symmetric structures. CNTs are made by rolling graphene sheets. Because of their large length-to-diameter ratio, they are called nanotubes. CNTs are categorized as single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) or multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) based on the shell structures. CNTs are broadly used in various fields, such as scanning probe microscopy, ultra fine nano balance and medicine, due to their extraordinary thermal conductivity, electrical and mechanical properties. Because long, straight CNTs have the same shape as asbestos, which cause cancer in cells lining the lung, there have been many studies on the effects of MWCNTs on human health that have been conducted. Stable atomization of CNTs is very important for the estimation of inhalation toxicity. In the present study, electro-static assisted axial atomizer (EAAA), which is the instrument that uses MWCNTs and aerosolizes them by transforming the single fiber shape using ultrasonic dispersion and electric field, was invented. EAAA consists of a ultrasonic bath for dispersion of MWCNTs and a particle generator for atomizing single fibers. The performance evaluation was conducted in order to assess the possibilities of 6-hour straight atomization with stability, which is the suggested exposure time in a day for the estimation of inhalation toxicity.
Coal-tar pitch, a feedstock which can be heat-treated to create graphite, is composed of very complex molecules. Coal-tar pitch is a precursor of many useful carbon materials (e.g., graphite, carbon fibers, electrodes and matrices of carbon/carbon composites). Modified coal-tar pitch (MCTP) was prepared using two different heat-treatment methods and their properties were characterized and compared. One was prepared using heat treatment in nitrogen gas; the other was prepared under a pressure of 350 mmHg in air. The MCTPs were investigated to determine several properties, including softening point, C/H ratio, coke yield, formation of anisotropic mesophase and viscosity. The MCTPs were subject to considerable changes in chemical composition due to condensation and polymerization in the used-as-received coal-tar pitch after heat-treatment under different conditions. The MCTPs showed considerable increases in softening point, C/H ratio, and coke yield, compared to those of as-received coal-tar pitch. The MCTP formed by heat-treatment in nitrogen showed isotropic phases below $350^{\circ}C$ for 1 h of soaking time. However, MCTP heat-treated under high pressure (350 mmHg) showed isotropic phases below $300^{\circ}C$, and showed anisotropic phases above $350^{\circ}C$, for 1 h of soaking time. The viscosity of the MCTPs increased with increase in their softening points.
New hybrid composite material CPAL(Carbon Patched ALuminum alloy), an Al2024-T3 plate doubleside reinforced with carbon/epoxy laminates were made. Fatigue crack growth tests were carried out at R=0.2, 0.5 in the CPAL specimens. The retardation mechanism and behavior of fatigue crack growth were examined basing on investigation of the crack and the delamination using a X-Ray and a ultrasonic C-Scan. The fatigue crack growth rates of CPAL specimens were remarkedly retarded compared to that of the Al2024-T3 specimen. The retardations amounts of the fatigue crack growth rates get higher in $0^{\circ}$/$90^{\circ}$ CPAL specimen than in $\pm$$45^{\circ}$ CPAL specimen, and get higher at R=0.2 than at R=0.5. The retardation of fatigue crack growth rates in CPAL specimen was generated by the crack bridging mechanism, that is the behavior that the fibers in CFRP layers decrease the COD in the Al2024-T3 plate.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.21
no.2
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pp.32-40
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2017
In this study, the procedures for quantitative measurement of void contents of carbon fiber/epoxy composites were suggested. Two types of the composites were considered: autoclave cured composite and filament wound composite. Void contents of the composites were evaluated by the density of the composites and their constituents, which was determined from weights in the air and water, and the weight fraction and volume fraction of the constituents obtained from the digestion method and combustion method. The surfaces of filtered carbon fibers were examined by FE-SEM in order to investigate the validity of resin removal from the composites. According to the results, the resin in the composites could be fully removed by the digestion method and combustion method. Therefore, the weight fraction and volume fraction of the constituents, and void content of the composites could be quantitatively obtained by the suggested procedures.
This paper presents the effects of an initial braking velocity, a braking pressure, and the number of braking stop on the tribological behaviors for the three different C-C composites using an inertia dynamic-friction tester. The C-C composites were prepared through the processes of several cycles of pitch impregnation/carbonization with different friction surface texture such as continuous 8-harness satin fabric (ADD-1), chopped fiber (ADD-2) and chopped fiber (ADD-3) having higher fiber volume fraction on friction than ADD-2 by about 10%. ADD-1 exhibited a higher fraction coefficient (0.41~0.33) than those of ADD-2 and ADD-3 (0.32~0.26) under the various initial braking velocities and braking pressures. The fraction coefficients decreased with increasing the initial velocity and the braking pressures. Wear rate by the thickness change after every 25 stop indicated that ADD-2 and ADD-3 having 1.7~2.7 $\mu\textrm{m}$/stop/pair were much lower than that of ADD-1 showing 5.0~6.5 $\mu\textrm{m}$/stop/pair. All specimens showed a little bit lower wear rate during the middle stage than the initial and latter stages among 100 braking stops. ADD-1 showed higher friction coefficient and wear rate due to the active pull-out of the fibers, evidenced by thicker were film and wear debrises.
High quality and expedient processing repair methods are necessary to enhance the service life of bridge structures. Deterioration of concrete can occur as a result of structural cracks, corrosion of reinforcement, and freeze.thaw cycles. Cost effective methods with potential for field implementation are necessary to address the issue of the vulnerability of bridge structures and how to repair them. Most infrastructure related applications of fiber-reinforced plastics (FRPs) use traditional hand lay-up technology. The hand lay-up is tedious, labor-intensive and relies upon personnel skill level. An alternative to traditional hand lay-up of FRP for infrastructure applications is Vacuum Assisted Resin Transfer Molding (VARTM). VARTM uses single sided molding technology to infuse resin over fabrics wrapping large structures, such as bridge girders and columns. There is no work currently available in understanding the interface developed, when VARTM processing is adopted to wrap fibers such as carbon and/or glass over concrete structures. This paper investigates the interface formed by carbon fiber processed on to a concrete surface using the VARTM technique. Various surface treatments, including sandblasting, were performed to study the pull-off tensile test to find a potential prepared surface. A single-lap shear test was used to study the bond strength of CFRP fabric/epoxy composite adhered to concrete. Carbon fiber wraps incorporating Sikadur HEX 103C and low viscosity epoxy resin Sikadur 300 were considered in VARTM processing of concrete specimens.
Flexural characteristics of the R.C beams strengthened with newly-developed grid-type carbon fiber plastics(CFRP-GRIDS) were investigated. The tests were conducted under the four-points load to the failure to investigate the strengthening effects of CFRP-GRIDS on the beams. Results showed that initial cracks appeared in the boundary layers of fibers embedded in the newly-placed mortar concrete slowly progressed to the direction of supports and showed fracture of fiber plastics and brittle failure of concrete in compression in sequence after the yielding of steel reinforcement. Accordingly, the appropriate area of Grid-type carbon-fiber plastics in the strengthening design of deteriorated RC structures should be limited and given based on the ultimate strength design method to avoid the brittle failure of concrete structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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