• Computers and Concrete
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• 제17권4호
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• pp.553-566
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• 2016

Fracture energy is one of the key parameters reveal cracking resistance and fracture toughness of concrete. The main purpose of this study is to determine fracture behavior, mechanical properties and microstructural analysis of high strength basalt fiber reinforced concrete (HSFRC). For this purpose, three-point bending tests were performed on notched beams produced using HSFRCs with 12 mm and 24mm fiber length and 1, 2 and $3kg/m^3$ fiber content in order to determine the value of fracture energy. Fracture energies of the notched beam specimens were calculated by analyzing load versus crack mouth opining displacement curves by the help of RILEM proposal. The results show that the effects of basalt fiber content and fiber length on fracture energy are very significant. The splitting tensile and flexural strength of HSFRC increased with increasing fiber content whereas a slight drop in flexural strength was observed for the mixture with 24mm fiber length and $3kg/m^3$ fiber content. On the other hand, there was no significant effect of fiber addition on the compressive strength and modulus of elasticity of the mixtures. In addition, microstructural analysis of the three components; cement paste, aggregate and basalt fiber were performed based on the Scanning Electron Microscopy and Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy examinations.

• Computers and Concrete
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• 제14권5호
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• pp.527-546
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• 2014

Portland cement concrete, which has higher strength and stiffness than asphalt concrete, has been widely applied on pavements. However, the brittle fracture characteristic of cement concrete restricts its application in highway pavement construction. Since the polypropylene fiber can improve the fracture toughness of cement concrete, Polypropylene Fiber-Reinforced Concrete (PFRC) is attracting more and more attention in civil engineering. In order to study the effect of polypropylene fiber on the generation and evolution process of the local deformation band in concrete, a series of three-point bending tests were performed using the new technology of the digital speckle correlation method for FRC notched beams with different volumetric contents of polypropylene fiber. The modified Double-K model was utilized for the first time to calculate the stress intensity factors of instability and crack initiation of fiber-reinforced concrete beams. The results indicate that the polypropylene fiber can enhance the fracture toughness. Based on the modified Double-K fracture theory, the maximum fracture energy of concrete with 3.2% fiber (in volume) is 47 times higher than the plain concrete. No effort of fiber content on the strength of the concrete was found. Meanwhile to balance the strength and resistant fracture toughness, concrete with 1.6% fiber is recommended to be applied in pavement construction.

• Advances in concrete construction
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• 제6권1호
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• pp.29-45
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• 2018

This paper investigates the effect of inclusion of glass fibers on mechanical and fracture properties of binary blend geopolymer concrete produced by using fly ash and ground granulated blast furnace slag. To study the effect of glass fibers, the mix design parameters like binder content, alkaline solution/binder ratio, sodium hydroxide concentration and aggregate grading were kept constant. Four different volume fractions (0.1%, 0.2%, 0.3% and 0.4%) and two different lengths (6 mm, 13 mm) of glass fibers were considered in the present study. Three different notch-depth ratios (0.1, 0.2, and 0.3) were considered for determining the fracture properties. The test results indicated that the addition of glass fibers improved the flexural strength, split tensile strength, fracture energy, critical stress intensity factor and critical crack mouth opening displacement of geopolymer concrete. 13 mm fibers are found to be more effective than 6 mm fibers and the optimum dosage of glass fibers was found to be 0.3% (by volume of concrete). The study shows the enormous potential of glass fiber reinforced geopolymer concrete in structural applications.

• Computers and Concrete
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• 제32권2호
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• pp.173-184
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• 2023

In this study, mechanical, flexural post-cracking, and torsional behaviors of recycled steel fiber-reinforced concrete (RSFRC) incorporating steel fibers obtained from recycling of waste tires were investigated. Initially, three concrete mixes with different fiber contents (0, 40, and 80 kg/m³) were designed and tested in fresh and hardened states. Subsequently, the flexural post-cracking behaviors of RSFRCs were assessed by conducting three-point bending tests on notched beams. It was observed that recycled steel fibers improve the post-cracking flexural behavior in terms of energy absorption, ductility, and residual flexural strength. What's more, torsional behaviors of four RSFRC concrete beams with varying reinforcement configurations were investigated. The results indicated that RSFRCs exhibited an improved post-elastic torsional behaviors, both in terms of the torsional capacity and ductility of the beams. Additionally, numerical analyses were performed to capture the behaviors of RSFRCs in flexure and torsion. At first, inverse analyses were carried out on the results of the three-point bending tests to determine the tensile functions of RSFRC specimens. Additionally, the applicability of the obtained RSFRC tensile functions was verified by comparing the results of the conducted experiments to their numerical counterparts. Finally, it is noteworthy that, despite the scatter (i.e., non-uniqueness) in the aspect ratio of recycled steel fiber (as opposed to industrial steel fiber), their inclusion contributed to the improvement of post-cracking flexural and torsional capacities.

• 한국가스학회지
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• 제7권2호
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• pp.22-32
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• 2003

Al-황동은 기계적 특성 및 열전도성이 우수하고 해수 중에서 표면 보호피막을 형성하므로 부식저항성이 높아 해수를 냉각수로 사용하는 선박용 열교환기의 세관재로 널리 사용되고 있다 Al-황동 세관은 실제 사용 환경에서 굽힘 등에 의한 소성변형된 상태로 사용되는 경우가 많다. 이와 같은 소성변형에 의한 Al-황동 세관의 균열 파손사례는 선박의 오일탱크 내의 가열코일, 각종 열교환기의 세관 등에서 흔히 찾아 볼 수 있다. 또한 세관의 확관에 의한 밀봉 방법에 따라 세관의 변형에 의한 잔류응력 및 어패류 혼입에 의한 해수 유입부의 국부적인 유속증가 등에 기인하여 Al-황동 세관의 균열 및 침식 등의 파손사례가 보고되고있다. 본 연구에서는 $3.5\%$ NaCl. + $0.1\%\;NH_4OH$ 수용액을 시험편 표면에 5 m/s로 액분사하의 가속실험에서 Al-황동 세관의 응력부식균열 거동에 미치는 응력의 영향에 대하여 고찰하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제28권2호
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• pp.177-185
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• 2016

이 논문에서는 강섬유 보강 초고성능 콘크리트(UHPC)의 부재의 휨거동을 특성을 파악하고자 하였다. 하이브리드 강섬유보강 초고성능 콘크리트의 압축강도는 150 MPa이다. 부피비 1.5%의 하이브리드 강섬유 보강 초고성능 콘크리트의 휨거동 특성 실험을 수행하였다. 강섬유보강 콘크리트의 압축 및 인장거동 재료 특성은 구조거동 예측을 위해 매우 중요하다. 강섬유 보강 초고성능 콘크리트의 하중-균열개구변위 측정결과를 이용하여 인장거동 특성을 파악하였다. 실험결과는 하이브리드 강섬유 보강 UHPC는 균열제어에 유리한 것을 나타낸다. 또한, 강섬유 보강 UHPC 보의 연성지수는 1.6~3.0을 나타내어 연성거동에 효과적임을 나타낸다. 모멘트-곡률 관계 측정결과와 해석결과를 비교하였다. 휨철근을 배근하지 않은 UHPC 보에 대한 휨강도 예측결과는 측정 휨강도를 다소 과다평가하고 있다. 전반적으로 본 연구에서 제시한 강섬유 보강 초고성능 콘크리트 재료 및 휨 거동 모델링 제안기법에 의해 압축강도 150 MPa 급의 강섬유 보강 콘크리트 보의 합리적인 휨성능 예측이 가능하다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제24권2호
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• pp.111-118
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• 2020

이 논문에서는 섬유의 혼입량에 따른 휨부재의 장기거동에 대한 영향을 평가하기 위하여 후크형 강섬유로 보강된 고강도 콘크리트의 휨 크리프 거동에 대한 평가가 이루어졌다. 실험은 150 × 150 × 600mm 크기를 갖는 섬유 혼입량(0, 0.75 및 1.5%)을 변수로 하는 6개의 휨 시험체를 대상으로 하였다. 노치를 갖는 휨 시험체에 휨 크리프 하중을 도입하기 위하여 4점 가력 휨 시험장치가 활용되었다. 휨강도의 40%인 크리프 재하하중은 레버 장치를 활용하여 도입되었고 90일 동안 도입된 하중은 로드셀에 의해 제어되었다. 크리프 하중의 도입시, 시험체 중앙부에 설치된 노치의 균열개구변위(CMOD)가 측정되었다. 크리프 시험후 각 시험체 대한 휨시험을 실시하여 각 시험체의 잔여강도를 평가하였다. 이상과 같은 실험결과로부터 섬유 혼입량은 고강도 콘크리트의 휨 크리프 거동에 주요한 영향을 끼치고 휨강도의 40% 범위내의 지속하중은 섬유보강된 고강도 콘크리트의 잔여강도에 부정적인 영향을 끼치지 않았다.

• 한국안전학회지
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• 제12권4호
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• pp.230-240
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• 1997

본 연구에서는 폴리프로필렌 섬유보강 콘크리트의 파괴특성을 알아보기 위해 Monofilament 섬유와 Fibrillated 섬유의 두 종류 폴리프로필렌 섬유를 선택하여 10$\times$10$\times$50 cm 보 시편을 만들었는데, 이때 사용된 두 종류의 섬유 길이는 19 mm이고, 섬유 혼입량은 0%, 1%, 2%, 3%로 하였으며, 초기균열 깊이의 영향을 알아보기 위해 초기 균열길이를 각 섬유 혼입량에 따라 1.5cm, 3.0cm, 4.5cm로 하여 실험을 수행하였다. 또한, 본 연구에서는 폴리프로필렌 섬유보강 콘크리트의 파괴특성을 규명하기 위해 보 시편에 대한 4 점 하중 휨시험을 통해 하중-하중점 변위 곡선을 각 시편에 대해 측정하였고, 이때 COD 게이지를 이용하여 하중-CMOD 곡선도 측정할 수 있었다. 이러한 실험결과를 통해, 섬유혼입량과 초기 균열 깊이에 따른 압축강도, 휨강도 및 휨인성, 응력확대계수, 파괴에너지 등이 규명되었다. 이러한 결과에 대한 분석으로부터 Fibrillated 폴리프로필렌 섬유가 Monofilament 섬유보다 연성 효과가 큰 것을 알 수 있었으며, 특히 하중-CMOD 곡선으로부터 계산되는 파괴에너지인 Jc가 믿을만한 파괴특성 인자임을 알 수 있었다.

• Computers and Concrete
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• 제29권 6호
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• pp.393-405
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• 2022

Lightweight concrete is a superior material due to its light weight and high strength. There however remain significant lacunae in engineering knowledge with regards to shear failure of lightweight fiber reinforced concrete beams. The main aim of the present study is to investigate the optimum usage of steel fibers in lightweight fiber reinforced concrete (LWFRC). Multi-scale finite element model calibrated with experimental results is developed to study the effect of steel fibers on the mechanical properties of LWFRC beams. To decrease the amount of steel fibers, it is preferred to reinforce only the middle section of the LWFRC beams, where the flexural stresses are higher. For numerical simulation, a multi-scale finite element model was developed. The cement matrix was modeled as homogeneous and uniform material and both steel fibers and lightweight coarse aggregates were randomly distributed within the matrix. Considering more realistic assumptions, the bonding between fibers and cement matrix was considered with the Cohesive Zone Model (CZM) and its parameters were determined using the model update method. Furthermore, conformity of Load-Crack Mouth Opening Displacement (CMOD) curves obtained from numerical modeling and experimental test results of notched beams under center-point loading tests were investigated. Validating the finite element model results with experimental tests, the effects of fibers' volume fraction, and the length of the reinforced middle section, on flexural and residual strengths of LWFRC, were studied. Results indicate that using steel fibers in a specified length of the concrete beam with high flexural stresses, and considerable savings can be achieved in using steel fibers. Reducing the length of the reinforced middle section from 50 to 30 cm in specimens containing 10 kg/m3 of steel fibers, resulting in a considerable decrease of the used steel fibers by four times, whereas only a 7% reduction in bearing capacity was observed. Therefore, determining an appropriate length of the reinforced middle section is an essential parameter in reducing fibers, usage leading to more affordable construction costs.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제27권6호
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• pp.193-200
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• 2023

본 논문에서는 전자기장 노출을 통한 강섬유의 방향 정렬 방법이 휨파괴거동에 미치는 영향을 비교, 분석하였다. 강섬유의 방향을 휨공시체의 종방향으로 정렬할 수 있는 규모의 솔레노이드를 설계, 제작하였다. 설계강도 30MPa의 강섬유보강콘크리트 휨공시체를 제작하였으며, 이를 전자기장에 노출한 공시체와 노출하지 않은 공시체로 구분하여 휨파괴 실험을 수행하였다. 실험변수는 강섬유의 혼입률과 형상비로 하였다. 실험결과, 전자기장에 노출된 시험체의 휨강도, 최대하중에서의 개구변위가 미소하게 증가하였으며, 특히 파괴에너지의 증가가 명확하게 확인되었다. 잔존강도의 증가가 파괴에너지 증가에 가장 큰 영향을 준 것으로 확인되었다.