The results of an experimental study on the manufacture and the mechanical properties of fiber reinforced fly ash$\cdot$lime$\cdot$gypsum composites are presented in this paper. 'The composites using fly ash, lime, and gypsum were prepared with various fibers (PAN-derived and Pitch-derived carbon fiber, alkali-resistance glass fiber) and a small amount of polymer emulsion-styrene butadiene rubber latex (SBR). As the test results show, the manufacturing process technology of fly ash$\cdot$lime$\cdot$gypsum composites was developed and its optimum mix proportions were successfully proposed. And the flexural strength and toughness of fiber reinforced fly ash$\cdot$lime $\cdot$gypsum composites were increased remarkably by fiber contents, but the compressive strength of the composites were influenced by the kinds fiber more than by the fiber contents. Also, the addition of a polymer emulsion to the composites decreased the bulk specific gravity, but the compressive and flexural strength, and the toughness of the composites were not influenced by it, but were considerably improved by increasing fiber contents.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.4
no.4
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pp.470-476
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2016
Many studies have been performed on hybrid fiber reinforced concrete for years, which is to improve some of the weak material properties of concrete. Studies on characteristics of hybrid fiber reinforced concrete using amorphous steel fiber and polyamide fiber, however, yet remain to be done. The purpose of this experimental research is to evaluate the workability and mechanical properties of hybrid fiber reinforced concrete using amorphous steel fiber and polyamide fiber. For this purpose, the hybrid fiber reinforced concrete containing amorphous steel fiber(ASF) and polyamide fiber(PAF) were made according to their total volume fraction of 0.5 % for water-binder ratio of 33 %, and then the mechanical properties such as the compressive strength, direct tensile strength, flexural strength, and flexural toughness of those were estimated. It was observed from the test results that the compressive strength was slightly decreased with increasing ASF and decreasing PAF and the effect of fiber combination on the flexural strength was not much but the flexural toughness was relatively largely increased with decreasing ASF and increasing PAF.
Although concrete is the most widely used construction material, its deficiency in shrinkage and low tensile resistance is undeniable. However, the aforementioned defects can be partially modified by addition of fibers. On the other hand, possibility of adding waste materials in concrete has provided a new ground for use of recycled concrete aggregates in the construction industry. In this study, a constant combination of recyclable coarse and fine concrete aggregates was used to replace the corresponding aggregates at 50% substitution percentage. Moreover, in order to investigate the effects of fibers on mechanical and durability properties of recycled aggregate concrete, the amounts of 0.5%, 1%, and 1.5% steel fibers (ST) and 0.05%, 0.1% and 0.15% polypropylene (PP) fibers by volumes were used individually and in hybrid forms. Compressive strength, tensile strength, flexural strength, ultrasonic pulse velocity (UPV), water absorption, toughness, elastic modulus and shrinkage of samples were investigated. The results of mechanical properties showed that PP fibers reduced the compressive strength while positive impact of steel fibers was evident both in single and hybrid forms. Tensile and flexural strength of samples were improved and the energy absorption of samples containing fibers increased substantially before and after crack presence. Growth in toughness especially in hybrid fiber-reinforced specimens retarded the propagation of cracks. Modulus of elasticity was decreased by the addition of PP fibers while the contrary trend was observed with the addition of steel fibers. PP fibers decreased the ultrasonic pulse velocity slightly and had undesirable effect on water absorption. However, steel fiber caused negligible decline in UPV and a small impact on water absorption. Steel fibers reduce the drying shrinkage by up to 35% when was applied solely. Using fibers also resulted in increasing the ductility of samples in failure. In addition, mechanical properties changes were also evaluated by statistical analysis of MATLAB software and smoothing spline interpolation on compressive, flexural, and indirect tensile strength. Using shell interpolation, the optimization process in areas without laboratory results led to determining optimal theoretical points in a two-parameter system including steel fibers and polypropylene.
A method for lmprovlng strengths of recycled concrete was studied to make use of it in nolmal
concrete structures. Recycled conc~ete was prepared by replacing 50% by weight of coarse aggregate with recycled aggregate. Mix design rnet hod for crushed aggregates was used and specirriens were cured by normal moisture curing method. A plastlciser and a fly ash were added to the mix to improve performance of recycled concrete. Compressive strength, flexural strength,
tensile strength, elastic modulus, stress-strain relationship, long-term compressive strength and fracture toughness were evaluated and compared with those of rlormal concretes. Recycled concrete showed, in general, lower compressive strength than normal concreks. It also showed lower elastic modulus, lower tensile and flexural strengths, and higher strain under the same stress
level. However, by reducing w /c ratio down to 35% using the plasticiser. average compressive strength(${\alpha}_{28}$) of recycled concrete was reached. with slump of $16{\pm}2$cm, to $225kg/cm^2$ or hlgher,
which is an acceptable strmgth level for normal structural concrete. I-Iowevei., elastic modulus
and strain should be improved further for practical use of recycled concrctc: in normal structure.
Fly ash addition in both concretes showed an effect of irnprovilig long term compressive strength
and reducing strengths.
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.
The results of an experimental study on the development and the evaluation of lightweight
and high strength composites utilizing by-products and calcium silicates for construction materials
are presented in this paper. The composites using early strength portland cement, by-Products(
f1y ash, silica fume), silica powder, quick lime, gypsum, A1 powder and fibers(PAN-derived
CF, alkali-resistance GF) were prepared using various mixing conditions.
As the test results show, PAN-derived CF and alkali-resistance GF were suitable for rein-forcing
fiber of the composites. And the mechanical properties,such as compressive tensile flexural
strength, and toughness of Lt. Wt. fiber reinforced calcium silicates cement comp-osites were
improved by increasing the fly ash and silica fume contents, and fiber contents, especially by increasing
fiber contents the toughness of the composites were remarkably in-creased. Also, compressive
tensile flexural strength,and toughness of the composites rein-forcing PAN-derived CF
were higher than those of the composites reinforcing alkali-resistance GF..
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.21
no.3
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pp.433-452
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2019
This study deals with shotcrete reinforcing performance according to the amount of synthetic fiber (PP fiber) and proper evaluation method. The shotcrete compressive strength, flexural strength and flexural toughness were tested by setting the mixing amounts of steel fiber ($37.0kg/m^3$) and synthetic fiber (PP fiber) as parameters ($5.0kg/m^3$, $7.0kg/m^3$ and $9.0kg/m^3$). Particularly, circular panel flexural toughness test (Road and Traffic Authority, RTA) was performed to evaluate the shotcrete energy absorption capacity. As a result, the compressive strength and the bending strength of the steel fiber reinforced shotcrete were large, but the flexural toughness of the synthetic fibe (PP fiber) reinforced shotcrete was large. Therefore, synthetic fiber (PP fiber) reinforced shotcrete is considered to have a reinforcing effect comparable to that of steel fiber reinforced shotcrete. Analysis of the relationship between the flexural toughness and the energy absorption capacity of synthetic fiber (PP fiber) reinforced shotcrete revealed that the energy absorbing ability is exhibited at a flexural toughness lower than the allowable standard (3.0 MPa). (Class A: 2.55 MPa = 202J, Class B: 2.72 MPa = 282J, Class C: 3.07 MPa = 403J). As a result of this study, it can be concluded that the actual shotcrete support performance can be evaluated by evaluating the support performance of the shotcrete measured at less than the allowable standard (3.0 MPa) at the actual tunnel site.
Welding structures will be occurred sudden crack or failure by reduced fracture toughness in case of low temperature. To protect these unstable fracture is very important. Because fracture of welding part come from welding faults or residual stress, critical stress intensity factors are acquired at temperatures between $22^{\circ}C$ and $-70^{\circ}C$ from base metal, welding metal and H.A.Z. It was studied effectiveness of annealing and affection of residual stress under low temperatures. In case of fracture toughness test, it showed that fracture toughness value decreased, according to the decrease of temperature. Expecially In case that compressive residual stress was existed, $K_C$ increased.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.6
no.4
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pp.291-298
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2003
Interfacial crack problems between fiber and matrix in composite materials are discussed. A series of interfacial crack initiation and propagation experiments are conducted using the biaxial loading device for various mode-mixes. Normal crack opening displacement (NCOD) is measured near crack front by a crack opening interferometry and used for extracting fracture parameters. From mixed mode interfacial crack initiation experiments, large increase in toughness with shear components is observed. Initial velocity of crack propagation is very dependent upon the mode-mixes. It increased with positive mode-mix due to the increase of stress singularities ahead of crack front and decreased with negative mode-mix resulting from the increase of the degree of compressive stress behind the crack front. Crack propagation was less accelerated with positive mode-mix than the negative mode-mix.
Water-induced strength reduction is one of the most critical causes for rock deformation and failure. Understanding the effects of water on the strength, toughness and deformability of rocks are of a great importance in rock fracture mechanics and design of structures in rock. However, only a few studies have been conducted to understand the effects of water on fracture properties such as fracture toughness, crack propagation velocity, consumed energy, and microstructural damage. Thus, in this study, we focused on the understanding of how microscale damages induced by water saturation affect mesoscale mechanical and fracture properties compared with oven dried specimens along three notch orientations-divider, arrester, and short transverse. The mechanical properties of calcite-cemented sandstone were examined using standard uniaxial compressive strength (UCS) and Brazilian tensile strength (BTS) tests. In addition, fracture properties such as fracture toughness, consumed energy and crack propagation velocity were examined with cracked chevron notched Brazilian disk (CCNBD) tests. Digital Image Correlation (DIC), a non-contact optical measurement technique, was used for both strain and crack propagation velocity measurements along the bedding plane orientations. Finally, environmental scanning electron microscope (ESEM) was employed to investigate the microstructural damages produced in calcite-cemented sandstone specimens before and after CCNBD tests. As results, both mechanical and fracture properties reduced significantly when specimens were saturated. The effects of water on fracture properties (fracture toughness and consumed energy) were predominant in divider specimens when compared with arrester and short transverse specimens. Whereas crack propagation velocity was faster in short transverse and slower in arrester, and intermediate in divider specimens. Based on ESEM data, water in the calcite-cemented sandstone induced microstructural damages (microcracks and voids) and increased the strength disparity between cement/matrix and rock forming mineral grains, which in turn reduced the crack propagation resistance of the rock, leading to lower both consumed energy and fracture toughness ($K_{IC}$).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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