This paper proposes a numerical model to simulate the rotational behavior of steel fiber in fresh cement-based materials in the presence of a magnetic field. The results indicate that as the aspect ratio of fiber increases, the required minimum magnetic field intensity to make fiber rotate in viscous fluid increases. The optimal magnetic field intensity is 0.03 T for aligning steel fiber in fresh cement-based materials to ensure that the applying time of the magnetic field can be conducted concurrently with the vibrating process to increase the aligning efficiency. The orientation factor of steel fiber in cement mortar can exceed 0.85 after aligning by 0.03 T of the uniform magnetic field. When the initial angle of the fiber to the magnetic field direction is less than 10°, the magnetic field less than 0.03 T cannot make the fiber overcome the yield stress of fluid to rotate. The coarse aggregate in steel fiber-reinforced concrete is detrimental to the rotation and alignment of the steel fiber. But the orientation factor of ASFRC under the 0.03T of the magnetic field can also exceed 0.8, while the orientation factor of SFRC without magnetic field application is around 0.6.
Kim, Yun-Yong;Lee, Bang-Yeon;Kim, Jeong-Su;Kim, Jin-Keun
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.27
no.2
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pp.148-156
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2007
The fiber dispersion in fiber-reinferced cementitious composites is a crucial factor with respect to achieving desired mechanical performance. However, evaluation of the fiber dispersion in the composite PVA-ECC (polyvinyl alcohol-engineered cementitious composite) is extremely challenging because of the low contrast of PVA fibers with the cement-based matrix. In the present work, a new evaluation method is developed and demonstrated. Using a fluorescence technique on the PVA-ECC, PVA fibers are observed as green dots in the cross-section of the composite. After capturing the fluorescence image with a charged couple device (CCD) camera through a microscope, the fiber dispersion is evaluated using an image processing technique and statistical tools. In this image processing technique, the fibers are more accurately detected by employing an enhanced algorithm developed based on a discriminant method and watershed segmentation. The influence of fiber orientation on the fiber dispersion evaluation was also investigated via shape analyses of fiber images.
This paper summarizes the design procedure and constructibility of an ECC (Engineered Cementitious Composite), which is a synthetic fiber-reinforced composite produced with the Portland cement-based mortar matrix. This study employs a stepwise method to develop useful ECC in construction field, which possesses different fluid properties to facilitate diverse types of processing (i.e., self-consolidating or spray processing). To control the rheological properties of the composite, the aggregates and reinforcing fibers were initially selected based on micromechanical analysis and steady-state cracking theory. The stability and consequent viscosity of the suspensions were then mediated by optimizing the dosage of the chemical and mineral admixtures. The rheological properties altered through this approach were revealed to be effective in obtaining ECC-hardened properties, represented by pseudo strain-hardening behavior in uniaxial tension, allowing the readily achievement of the desired function of the fresh ECC.
Daskiran, Esma Gizem;Daskiran, Mehmet Mustafa;Gencoglu, Mustafa
Computers and Concrete
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v.20
no.2
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pp.165-176
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2017
Textile Reinforced Cementitious Composite (TRCC) became the most common construction material lately and have excellent properties. TRCC can be employed in the manufacture of thin-walled facade elements, load-bearing integrated formwork, tunnel linings or in the strengthening of existing structures. These composite materials are a combination of matrix and textile materials. There isn't much research done about the usage of polymer modified matrices in textile reinforced cementitious composites. In this study, matrix materials named as fine grained concretes ($d_{max}{\leq}1.0mm$) were investigated. Air entraining effect of polymer modifiers were analyzed and air void content of fine grained concretes were identified with different methods. Aim of this research is to study the effect of polymer modification on the air content of fine grained concretes and the role of defoamer in controlling it. Polymer modifiers caused excessive air entrainment in all mixtures and defoamer material successfully lowered down the air content in all mixtures. Latex polymer modified mixtures had higher air content than redispersible powder modified ones. Air void analysis test was performed on selected mixtures. Air void parameters were compared with the values taken from air content meter. Close results were obtained with tests and air void analysis test found to be useful and applicable to fine grained concretes. Air void content in polymer modified matrix material used in TRCC found significant because of affecting mechanical and permeability parameters directly.
Extensive research has been conducted on the basic mechanical property and structural applications of engineered cementitious composites (ECC). Despite the high tensile ductility and high toughness of ECC, transverse steel reinforcement is still necessary to confine ECC for high performance. However, limited research has examined performance of ECC confined with practical amount of transverse reinforcement. This paper presents the results of axial compression tests on 14 square ECC columns and 4 conventional concrete columns (used as control specimens) with transverse reinforcement. The test variables were spacing, configuration (square ties or square and diamond shape ties), and yield strength of stirrups. The test showed that ECC columns confined with steel stirrup had good compressive ductility, and the stirrup spacing had the greatest effect on the compressive performance. The self-confinement effect of ECC results in a more uniform but slower expansion of the whole column compared with CC ones. The test results are then compared against the predictions from a number of existing models for conventional confined concrete. It is indicated that these models fail to predict the axial strains at peak axial stress and the trend of the stress-strain curve of steel stirrups-confined ECC with sufficient accuracy. Several new equations are then proposed for the compressive properties of steel-confined ECC based on test results and potential approaches for future studies are proposed.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.1
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pp.99-113
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2017
The effects of different lightweight functional fillers on the properties of cement-based composites are investigated in this study. The fillers include fly ash cenospheres (FACs) and glass micro-spheres (GMS15 and GMS38) in various proportions. The developed composites were tested for compressive, flexural and tensile strengths at 10 and 28-day ages. The results indicated that both FACs and GMS38 are excellent candidates for producing strong lightweight composites. However, incorporation of GMS15 resulted in much lower specific strength values (only up to $13.64kPa/kg\;m^3$) due to its thinner shell thickness and lower isostatic crushing strength value (2.07 MPa). Microstructural analyses further revealed that GMS38 and GMS15 were better suited for thermal insulating applications. However, higher weight fraction of the fillers in composites leads to increased porosity which might be detrimental to their strength development.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.05a
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pp.18-21
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2004
This paper discusses how steel cord and PVA hybrid fibers enhance the performance of high performance fiber reinforced cementitious composites (HPRFCC) in terms of elastic limit, strain hardening response and post peak of the composites. The effect of microfiber(PVA) blending ratio is presented. For this purpose flexure, direct tension and split tension tests were conducted. It was found that HFRCC specimen shows multiple cracking in the area subjected to the greatest bending tensile stress. Uniaxial tensile test confirms the range of tensile strain capacity from 0.5 to $1.5\%$ when hybrid fiber is used. The cyclic loading test results identified a unique unloading and reloading response for this ductile composite. Cyclic loading in tension appears not to affect the tensile response of the material if the uniaxial compressive strength during loading is not exceeded.
Lee Hye Yeon;Kim Sun Woo;Park Wan-Shin;Lee Gab-Won;Choi Chang Sik;Yun Hyun-Do
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.275-278
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2005
High performance fiber reinforced cement composites(HPFRCCs) is a class of high ductile fiber reinforced cementitious composites developed for applications in the sensitive construction industry. HPFRCCs has undergone major evolution in both materials development and the range of emerging applications. This paper is to evaluate structural strengthening performance of LRCF(Lightly reinforced concrete frame) using the HPFRCCs. The experimental results, as expected, show that the crack load, yield load, and limited load are superior for specimen with HPFRCCs infill wall due to crosslink effect of fibers in concrete.
Kim, Sun-Woo;Ji, Sang-Kyu;Jeon, Su-Man;Yun, Hyun-Do
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.11a
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pp.229-232
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2006
The HPFRCCs show that the multiple crack propagation, high tensile strength and ductility due to the interfacial bonding of the fibers to the cement matrix. Moreover, performance of cement composites varies according to type and weight contents of reinforcing fiber. and HPFRCCs with hybrid fiber have better performance than HPFRCCs with single fiber in damage tolerance. Total four cylindrical specimens were tested, and the main variables were the type and weight contents of fiber, which was polyvinylalchol (PVA), polyethylene (PE). In order to clarify effect of hybrid types on the characteristics of fracture and damage process in cement composites, AE method was performed to detect micro-cracking in HPFRCCs under cyclic compression. Loading conditions of the uniaxial compression test were monotonic and cyclic loading. And from AE parameter value, it is found that the second and third compressive load cycles resulted in successive decrease of the amplitude as compared with the first compressive load cvcle.
Park Jung Jun;Go Gyung Taek;Kang Su Tae;Ryu Gum Sung;Kim Sung Wook;Lee Jang Hwa
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.05a
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pp.288-291
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2004
In this paper, to make ultra-high strength SFRCC with the range of compressive strength 180MPa, it was investigated the constitute factors of ultra-high strength SFRCC influenced on the compressive strength. The experimental variables were water-cementitious ratio, replacement of silica fume, size and proportion of sand, type and replacement of filling powder, and using of steel fiber in ultra-high strength SFRCC. As a result, in water-binder ratio 0.18, we could make ultra-high strength SFRCC with compressive strength 180MPa through using of silica fume, quartz sand with below 0.5mm, filling powder and steel fiber.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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