This paper investigates the concrete permeability through a numerical and statistical approach. Concrete is considered as a random heterogeneous composite of three phases: aggregates, interfacial transition zones (ITZ) and matrix. The paper begins with some classical bound and estimate theories applied to concrete permeability and the influence of ITZ on these bound and estimate values is discussed. Numerical samples for permeability analysis are established through random aggregate structure (RAS) scheme, each numerical sample containing randomly distributed aggregates coated with ITZ and dispersed in a homogeneous matrix. The volumetric fraction of aggregates is fixed and the size distribution of aggregates observes Fuller's curve. Then finite element method is used to solve the steady permeation problem on 2D numerical samples and the overall permeability is deduced from flux-pressure relation. The impact of ITZ on overall permeability is analyzed in terms of ITZ width and contrast ratio between ITZ and matrix permeabilities. Hereafter, 3680 samples are generated for 23 sample sizes and 4 contrast ratios, and statistical analysis is performed on the permeability dispersion in terms of sample size and ITZ characteristics. By sample theory, the size of representative volume element (RVE) for permeability is then quantified considering sample realization number and expected error. Concluding remarks are provided for the impact of ITZ on concrete permeability and its statistical characteristics.
Refined analysis depicting mass transportation and physicochemical reaction and reasonable computing load with acceptable DOFs are the two major challenges of numerical simulation for concrete durability. Mesoscopic numerical simulation for chloride diffusion considering binder, aggregate and interfacial transition zone is unable to be expended to the full structure due to huge number of DOFs. In this paper, a multiscale approach of combining both mesoscopic model including full-graded aggregate and equivalent macroscopic model was introduced. An equivalent conversion of chloride content at the Interfacial Transition Layer (ITL) connecting both models was considered. Feasibility and relative error were discussed by analytical deduction and numerical simulation. Case study clearly showed that larger analysis model in multiscale model expanded the diffusion space of chloride ion and decreased chloride content in front of rebar. Difference for single-scale simulation and multiscale approach was observed. Finally, this paper addressed some worth-noting conclusions about the chloride distribution and rebar corrosion regarding the configuration of rebar placement, rebar diameter, concrete cover and exposure period.
Kim, Ho-Jin;Jeong, Su-Mi;Pyeon, Myeong-Jang;Kim, Ju-Sung;Park, Sun-Gyu
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
/
2022.04a
/
pp.109-110
/
2022
Recently, it tend to increase the high-rise and large-scale of buildings and the developtment of construction technology can to be applied reinforced concrete structures to high-rise buildings. However, when a high-rise buildings is constructed with reinforced concrete, it has a disadvantage that buildings weight increases. In order to resolve the weight of reinforced concrete structures, various types of lightweight aggregates become development and research. Although lightweight aggregates can be reduced the weight of concrete, the strength of ITZ(Interfacial Transition Zone) is lowered due to its less strength than natural aggregates. In this study, an experimental study was conducted to coat the surface of lightweight aggregates with GGBFS(ground granulated blast furnace slag) to improve the strength of cement matrix mixed with lightweight aggregates. Result of this experimental study shows that the compressive strnegth of the surface coating lightweight aggregates was higher than general lightweight aggregates. Also, it was considered that this is because the pore at the ITZ of the surface-coated lightweight aggregates mixed cement matrix are filled with GGBFS fine particle.
Kim, Doo Hwan;Park, Yong Gul;Kim, Sung Hoon;Han, Suk Kyu
Journal of Korean Society of Steel Construction
/
v.9
no.4
s.33
/
pp.515-521
/
1997
The effects of heat treatment and fiber orientation on tensile strength and fatigue behavior were studied in a continuously reinforced. magnesium-based composite Following an earlier TEM investigation, specimens were thermally aged to modified the interfacial zone between the alumina fibers and the magnesium alloy matrix. From the tensile experimental results, the ultimate tensile strength of the aged specimens were lower than that of the as-fabricated due to weak fiber-matrix interfacial strength with chemical reaction during the thermal processing. The fatigue crack growth experiments were conducted with specimens having the fiber orientation normal to the crack growth direction (longitudinal) and also specimens with the fibers oriented parallel to the crack growth direction(transverse). A comparison of the fatigue crack growth behavior indicates that aged longitudinal specimens are more resistant to fatigue crack growth the as-fabricated longitudinal specimens. Conversely, as-fabricated transverse specimens are more resistant to fatigue crack growth than aged transverse specimens.
Despite the significant features of fiber-reinforced cementitious composites (FRCCs), including better mechanical, fractural, and durability performance, their high content of cement has restricted their use in the construction industry. Although ground granulated blast furnace slag (GGBFS) is considered the main supplementary cementitious material, its slow pozzolanic reaction stands against its application. The addition of nano-sized mineral modifiers, including nano-silica (NS), is an alternative to address the drawbacks of using GGBFS. The main object of this empirical and numerical research is to examine the effect of NS on the strain-hardening behavior of cementitious composites; ten mixes were designed, and five levels of NS were considered. This study proposes a new method, using a four-point bending test to assess the use of nano-silica (NS) on the flexural behavior, first cracking strength, fracture energy, and micromechanical parameters including interfacial friction bond strength and maximum bridging stress. Digital image correlation (DIC) was used for monitoring the initiation and propagation of the cracks. In addition, to attain a deep comprehension of fiber/matrix interaction, scanning electron microscope (SEM) analysis was used. It was discovered that using nano-silica (NS) in cementitious materials results in an enhancement in the matrix toughness, which prevents multiple cracking and, therefore, strain-hardening. In addition, adding NS enhanced the interfacial transition zone between matrix and fiber, leading to a higher interfacial friction bond strength, which helps multiple cracking in the composite due to the hydrophobic nature of polypropylene (PP) fibers. The findings of this research provide insight into finding the optimum percent of NS in which both ductility and high tensile strength of the composites would be satisfied. As a concluding remark, a new criterion is proposed, showing that the optimum value of nano-silica is 2%. The findings and proposed method of this study can facilitate the design and utilization of green cementitious composites in structures.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
/
v.26
no.6
/
pp.423-430
/
2013
In this research, a paramteric study to account for the effect of interfacial strength and nanotube agglomeration on the elastoplastic behavior of carbon nanotube reinforced polypropylene composites is performed. At first, the elastoplastic behavior of nanocomposites is predicted from molecular dynamics(MD) simulations. By combining the MD simulation results with the nonlinear micromechanics model based on the Mori-Tanaka model, a two-step domain decomposition method is applied to inversely identify the elastoplastic behavior of adsorption interphase zone inside nanocomposites. In nonlinear micromechanics model, the secant moduli method combined with field fluctuation method is used to predict the elastoplastic behavior of nanocomposites. To account for the imperfect material interface between nanotube and matrix polymer, displacement discontinuity condition is applied to the micromechanics model. Using the elastoplastic behavior of the adsorption interphase zone obtained from the present study, stress-strain relation of nanocomposites at various interfacial bonding condition and local nanotube agglomeration is predicted from nonlinear micromechanics model with and without the adsorption interphase zone. As a result, it has been found that local nanotube agglomeration is the most important design factor to maximize reinforcing effect of nanotube in elastic and plastic behavior.
The discovery of the Interfacial Transition Zone (ITZ) by Farran in 1956 initiated a new era in the study of the behaviour of concrete. Acknowledged as the weak link, this ITZ was studied extensively, numerically as well as experimentally. While the complementary experimental tests illustrated the visual behaviour of this specimen under increasing monotonic compression loading, a perfect bond within the ITZ has also been studied by using finite element analysis for comparison purposes. Finite element analysis was used to evaluate the degree of correctness and precision of the proposed ITZ model. This paper discusses the use of the cutoff bar in finite element modeling, representing the ITZ of a single aggregate (inclusion) in a mortar matrix. Experiments were conducted to investigate the influence of the ITZ model on the single inclusion specimen's strength. The model was tested for some inclusions that varied in dimension and shape. The effect of inclusion shape on the stress concentrations of the specimens was examined. The aim of this research work is to propose a simple yet accurate ITZ model to be used in the commercially available finite element software packages.
We develop design model within which nucleation and propagation of crack in a fibrous composite is described. It is assumed that under loading, crack initiation and fracture of material happens in the composite. The problem of equilibrium of a composite with embryonic crack is reduced to the solution of the system of nonlinear singular integral equations with the Cauchy type kernel. Normal and tangential forces in the crack nucleation zone are determined from the solution of this system of equations. The crack appearance conditions in the composite are formed with regard to criterion of ultimate stretching of the material's bonds. We study the case when near the fiber, the binder has several arbitrary arranged rectilinear prefracture zones and a crack with interfacial bonds. The proposed computational model allows one to obtain the size and location of the zones of damages (prefracture zones) depending on geometric and mechanical characteristics of the fibrous composite and applied external load. Based on the suggested design model that takes into account the existence of damages (the zones of weakened interparticle bonds of the material) and cracks with end zones in the composite, we worked out a method for calculating the parameters of the composite, at which crack nucleation and crack growth occurs.
This paper aims at investigating the capability of different FRP/concrete interface models to predict the effect of carbon nanotubes on the flexural behavior of RC beams strengthened with CFRP. Three different interfacial bond models are proposed to simulate the adhesion between CFRP composites and concrete, namely: full bond, nonlinear spring element, and cohesive zone model. 3D Nonlinear finite element model is developed then validated using experimental work conducted by the authors in a previous investigation. Cohesive zone model (CZM) has the best agreement with the experimental results in terms of load-deflection response. CZM is the only bond model that accurately predicted the cracks patterns and failure mode of the strengthened RC beams. The FE model is then expanded to predict the effect of bond strength on the flexural capacity of RC beams strengthened with externally bonded CNTs modified CFRP composites using CZM bond model. The results reveal that the flexural capacity of the strengthened beams increases with increasing the bond strength value. However, only 23% and 22% of the CFRP stress and strain capacity; in the case of full bond; can be utilized before failure.
Wang, Weiqi;Ye, Yicheng;Wang, Qihu;Luo, Binyu;Wang, Jie;Liu, Yang
Geomechanics and Engineering
/
v.21
no.6
/
pp.571-582
/
2020
Aiming at the mechanical and structural characteristics of the contact zone composite rock, the uniaxial compression tests and numerical studies were carried out. The interaction forms and formation mechanisms at the contact interfaces of different materials were analyzed to reveal the effect of interaction on the mechanical behavior of composite samples. The research demonstrated that there are three types of interactions between the two materials at the contact interface: constraint parallel to the interface, squeezing perpendicular to the interface, and shear stress on the interface. The interaction is mainly affected by the differences in Poisson's ratio and elastic modulus of the two materials, stronger interface adhesion, and larger interface inclination. The interaction weakens the strength and stiffness of the composite sample, and the magnitude of weakening is positively correlated with the degree of difference in the mechanical properties of the materials. The tensile-shear stress derived from the interaction results in the axial tensile fracture perpendicular to the interface and the interfacial shear facture. Tensile cracks in stronger material will propagation into the weaker material through the bonded interface. The larger inclination angle of the interface enhances the effect of composite tensile/shear failure on the overall sample.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.