The present research reports the application of engineered cementitious composites (ECC) as an alternative to conventional concrete to improve the seismic behavior of short columns. Experimental and finite element investigation was conducted by testing five reinforced engineered cementitious composite (RECC) concrete columns (half-scale specimens) and one control reinforced concrete (RC) specimen for different shear-span and transverse reinforcement ratios under cyclic lateral loads. RECC specimens with higher shear-span and transverse reinforcement ratios demonstrated a significant effect on the column lateral load behavior by improving ductility (>5), energy dissipation capacity (1.2 to 4.1 times RC specimen), gradual strength degradation (ultimate drift >3.4%), and altering the failure mode. The self-confinement effect of ECC fibers maintained the integrity in the post-peak region and reserved the transmission of stress through fibers without noticeable degradation in strength. Finite element modeling of RECC specimens under monotonic incremental loads was carried out by adopting simplified constitutive material models. It was apprehended that the model simulated the global response (strength and stiffness) and damage crack patterns reasonably well.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제18권3E호
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pp.207-211
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2006
This paper presents an experimental study on the repair performance of sprayed engineered cementitious composites(ECC) serving as a repair material. Sprayable ECC, which exhibit tensile strain-hardening behavior in the hardened state and maintain sprayable properties in the fresh state, have been developed by using a parallel control of micromechanical design and rheological process design. The effectiveness of sprayable ECC in providing durable repaired structures was assessed by spraying the ECC and testing them for the assessment. The experimental results revealed that, when sprayed ECC were used as a repair material, both load carrying capacity and ductility represented by the deformation capacity at peak load of the repaired flexural beams were obviously increased compared to those of commercial prepackaged mortar(PM) repaired beams. The significant enhancement in the energy absorption capacity and tight crack width control of the ECC repair system treated with wet-mix spraying process suggests that sprayed ECC can be effective in extending the service life of rehabilitated infrastructures.
The high cost of ultra-high-performance engineered cementitious composite (UHP-ECC) is currently a crucial issue, especially in terms of the polyethylene (PE) fibers use. In this paper, cheap calcium carbonate whiskers (CW) were evaluated on the feasibility of hybrid with PE fibers. Diverse combinations of PE fibers and CW were employed to investigate the multi-scale enhancement on the UHP-ECC performance. A probabilistic-based UHP-ECC tensile strain reliability analysis approach was utilized, which was in general agreement with the experimental results. Furthermore, a multi-dimensional integrated representation was conducted for the comprehensive assessment of UHP-ECC. Results illustrated that CW improved the compressive strength and energy dissipation capacity of UHP-ECC owing to the microscopic strengthening mechanism. CW and PE fiber further promoted the saturated cracking of composite by multi-scale crack arresting effect. In particular, PE1.75-CW0.5 specimen possessed the best overall performance. The ultimate cracking width of PE1.75-CW0.5 group had 98 ㎛, which was 46.18% lower compared to PE2-CW0 group, the 28d compressive strength were slightly improved, the tensile strain capacity was comparable to that of PE2-CW0 group. The results above demonstrated that combinations of PE fiber and CW could significantly enhance the comprehensive performance of UHP-ECC, which was beneficial for large-scale engineering applications.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제6권3호
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pp.135-144
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2012
This article reviews the tailoring of engineered cementitious composites (ECC), a type of high performance fiber reinforced cementitious composites with a theoretical design basis, for special attributes or functions. The design basis, a set of analytic tools built on micromechanics, provides guidelines for tailoring of fiber, matrix, and fiber/matrix interfaces to attain tensile ductility in ECC. If conditions for controlled multiple cracking are disturbed by the need to introduce ingredients to attain a special attribute or function, micromechanics then serve as a systematic and rational means to efficiently recover composite tensile ductility. Three examples of ECCs with attributes of lightweight, high early strength, and self-healing functions, are used to illustrate these tailoring concepts. The fundamental approach, however, is broadly applicable to a wide variety of ECCs designed for targeted fresh and/or hardened characteristics required for specific applications.
Yan Liang;Jing-Xiao Shu;Cheng-Xin Zhao;Xi Dong Wang;Guang Yu Yang
Earthquakes and Structures
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제26권4호
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pp.269-283
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2024
When a reinforced concrete (RC) structure is exposed to a corrosive environment for an extended period of time, the material qualities deteriorate, resulting in a loss in seismic performance. Engineered Cementitious Composites (ECC) have been used to reinforce the corroded RC structure, which can achieve reinforcement effectiveness for a small change in cross-section size. In this work, finite element models of unjacketed RC pier and ECC jacketed pier were established and verified by experimental tests, with the buckling effect of longitudinal reinforcement considered. Compared with the unjacketed pier, the displacement of the pier top of the ECC jacketed pier was reduced by about 9.52% under earthquake action. In the case of moderate and major earthquakes, the probability of exceedance of ECC jacketed pier is significantly reduced. For the case of rare earthquake loading, with the ECC jacket, the e of the pier experiencing serious damage and complete damage states is reduced by 10.29% and 29.78%, respectively.
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.
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.
Kim, Yong-Ro;Song, Young-Chan;Oh, Jae-Keun;Kim, Jae-Hwan;Kim, Ook-Jong;Lee, Do-Bum
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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한국건축시공학회 2009년도 춘계 학술논문 발표대회 산업계
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pp.75-78
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2009
It was investigated fire resistance properties and mechanical properties of high strength concrete column using ECC(Engineered Cementitious Composites) permanent form by KS F 2257 Methods of fire resistance test for elements of building construction and compression test for application of precast concrete column method of high rise building in this study. As a test result, it was appeared that ECC permanent form is available as fire resistance method of high strength concrete and new precast concrete construction method for facilitating construction of high rise building.
Engineered cementitious composites with calcined clay limestone cement (LC3-ECC) as a kind of green, low-carbon and high toughness concrete, has recently received significant investigation. However, the complicated relationship between potential influential factors and LC3-ECC compressive strength makes the prediction of LC3-ECC compressive strength difficult. Regarding this, the machine learning-based prediction models for the compressive strength of LC3-ECC concrete is firstly proposed and developed. Models combine three novel meta-heuristic algorithms (golden jackal optimization algorithm, butterfly optimization algorithm and whale optimization algorithm) with support vector regression (SVR) to improve the accuracy of prediction. A new dataset about LC3-ECC compressive strength was integrated based on 156 data from previous studies and used to develop the SVR-based models. Thirteen potential factors affecting the compressive strength of LC3-ECC were comprehensively considered in the model. The results show all hybrid SVR prediction models can reach the Coefficient of determination (R2) above 0.95 for the testing set and 0.97 for the training set. Radar and Taylor plots also show better overall prediction performance of the hybrid SVR models than several traditional machine learning techniques, which confirms the superiority of the three proposed methods. The successful development of this predictive model can provide scientific guidance for LC3-ECC materials and further apply to such low-carbon, sustainable cement-based materials.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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한국콘크리트학회 2005년도 봄학술 발표회 논문집(II)
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pp.313-316
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2005
In the recent design of high ductile fiber-reinforced cementitious composite ECC, which exhibits tensile strain-hardening behavior in the hardened state, optimizing both processing mechanical properties for specific applications is critical. This study introduced a method to develop useful ECCs in field, which possess the different fluid properties to facilitate diverse types of processing (i.e., self-consolidating or spray processing). Control of rheological modulation was regarded as a key factor to allow the performance of the desired processing, while retaining the ductile material properties. To control the rheological properties of the composite, we first determined basic ECC compositon, which is based on micromechanics and steady-state cracking theory. The stability and consequent viscosity of suspensions were, then, mediated by optimizing dosages of chemical and mineral admixtures. The rheological properties altered by this approach were revealed to be effective in obtaining ECC hardened properties, allowing us to readily achieve the desired function of the fresh ECC.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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