This study was performed to examine the physical and mechanical properties of eco-concrete using soil, natural coarse aggregate, soil compound and polypropylen fiber. The mass loss ratio was decreased with increasing the content of coarse aggregate and soil compound. The compressive strength, flexural strength, ultrasonic pulse velocity and dynamic modulus of elasticity were increased with increasing the content of coarse aggregate, soil compound and polypropylene fiber. The compressive and flexural strengths were showed in 8.07 MPa and 2.641 MPa at the curing age 28 days, respectively. The coefficient of permeability was decreased with increasing the content of coarse aggregate and soil compound, but it was increased with increasing the content of polypropylene fiber. The lowest coefficent of permeability was showed in $5.066{\times}10^{-9}cm/s$.
The mechanical properties and microstructure and thermal properties of Nitrided Pressureless Sintering(NPS) silicon nitride ceramics, containing three type of $Al_{2}O_3,\;Y_{2}O_3$ sintering additives, were investigated. Also, we have investigated the effect of silicon metal content changing with 0, 5, 10, 15, and $20wt\%$ Si in each composition. In $5wt\%\;Al_{2}O_3,\;5wt\%\;Y_{2}O_3,\;and\;5wt\%$ Si composition, silicon nitride sintered body was successfully densified to a high density. The average 4-point flexural strength and relative density of these specimens were 500 MPa and 98% respectively. Also, Thermal expansion coefficient and thermal conductivity of specimens at room temperature were $2.89{\times}10^{-6}/^{\circ}C\;and\;28W/m^{\circ}C$, respectively. The flexural strength of sintered specimens after thermal shock test of 20,000 cycles was maintained as-received value of 500 MPa.
Conductive SiC-$ZrB_2$ composites were produced by subjecting a 40:60 (vol%) mixture of zirconium diboride (ZrB2) powder and ${\beta}$-silicon carbide (SiC) matrix to spark plasma sintering (SPS). Sintering was carried out for 5 min in an argon atmosphere at a uniaxial pressure and temperature of 50 MPa and $1500^{\circ}C$, respectively. The composite sintered at a heating speed of $25^{\circ}C$/min and an on/off pulse sequence of 12:2 was denoted as SZ12L. Composites SZ12H, SZ48H, and SZ10H were obtained by sintering at a heating speed of $100^{\circ}C$/min and at on/off pulse sequences of 12:2, 48:8, and 10:9, respectively. The physical, electrical, and mechanical properties of the SiC-$ZrB_2$ composites were examined and thermal image analysis of the composites was performed. The apparent porosities of SZ12L, SZ12H, SZ48H, and SZ10H were 13.35%, 0.60%, 12.28%, and 9.75%, respectively. At room temperature, SZ12L had the lowest flexural strength (286.90 MPa), whereas SZ12H had the highest flexural strength (1011.34 MPa). Between room temperature and $500^{\circ}C$, the SiC-$ZrB_2$ composites had a positive temperature coefficient of resistance (PTCR) and linear V-I characteristics. SZ12H had the lowest PTCR and highest electrical resistivity among all the composites. The optimum SPS conditions for the production of energy-friendly SiC-$ZrB_2$ composites are as follows: 1) an argon atmosphere, 2) a constant pressure of 50 MPa throughout the sintering process, 3) an on/off pulse sequence of 12:2 (pulse duration: 2.78 ms), and 4) a final sintering temperature of $1500^{\circ}C$ at a speed of $100^{\circ}C$/min and sintering for 5 min at $1500^{\circ}C$.
The characteristics of sintering for Mullite-Cordierite (MC) composites and the effect of $TiO_2$ addition were studied. The MC composites were manufactured by a solution-polymerization method using PVA as a polymer carrier, and $TiO_2$ was used as a sintering agent. They were calcined at $1300^{\circ}C$, planetary milled for 4 h and sintered at $1450^{\circ}C$. As cordierite content increased, relative density of materials was increased up to $98\%$ and sinterability was improved. In case of $50\;wt\%$ mullite/$5\;wt\%$ cordierite composition sintered for 16 h, the flexural strength and thermal expansion coefficient were 190 MPa and $3.07{\times}0^{-6}/^{\circ}C$, respectively. However, mechanical properties were decreased with the cordierite contents higher than $50\;wt\%$ because of the excess liquid-phase amount. As the addition of $TiO_2$ is increased, columnar crystal of mullite and liquid-phase contents were increased. In particular, the flexural strength and thermal expansion coefficient decreased in case of $5\;wt\%\;TiO_2$ addition.
The failure behavior of reinforced concrete beams is governed by the mechanical relationships between the shear span-to-effective depth ratio, flexural reinforcement ratio, load and support conditions, and material properties. In this study, two simple indeterminate strut-tie models which can reflect all characteristics of the failure behavior of reinforced concrete beams were proposed. The proposed models are effective for the beams with shear span-to-effective depth ratio of less than 3. For each model, a load distribution ratio, defined as the fraction of load transferred by a truss mechanism, is also proposed to help structural designers perform the rational design of the beams by using the strut-tie model approaches of current design codes. In the determination of the load distribution ratios, the effect of the primary design variables including shear span-to-effective depth ratio, flexural reinforcement ratio, and compressive strength of concrete was reflected through numerous material nonlinear analysis of the proposed indeterminate strut-tie models. In the companion paper, the validity of the proposed models and load distribution ratios was examined by applying them to the evaluation of the failure strength of 335 reinforced concrete beams tested to failure by others.
The main objective of this study is the assessment of the ability of limestone mortars to resist to different chemical attacks. The ability of polypropylene (PP) fibres waste used as reinforcement of these concrete materials to enhance their durability is also studied. Crushed sand 0/2 mm which is a fine limestone residue obtained by the crushing of natural rocks in aggregates industry is used for the fabrication of the mortar. The fibres used, which are obtained from the waste of domestic plastic sweeps' fabrication, have a length of 20 mm and a diameter ranging between 0.38 and 0.51 mm. Two weight fibres contents are used, 0.5 and 1%. The durability tests carried out in this investigation included the water absorption by capillarity, the mass variation, the flexural and the compressive strengths of the mortar specimens immersed for 366 days in 5% sodium chloride, 5% magnesium sulphate and 5% sulphuric acid solutions. A mineralogical analysis by X-ray diffraction (XRD) and a visual inspection are used for a better examination of the quality of tested mortars and for better interpretation of their behaviour in different solutions. The results indicate that the reinforcement of limestone mortar by PP fibres waste is an excellent solution to improve its chemical resistance and durability. Moreover, the presence of PP fibres waste does not affect significantly the water absorption by capillarity of mortar nether its mass variation, when exposed to chloride and sulphate solutions. While in sulphuric acid, the mass loss is higher with the presence of PP fibres waste, especially after an exposure of 180 days. The results reveal that these fibres have a considerable effect of the flexural and the compressive behaviour of mortar especially in acid solution, where a reduction of strength loss is observed. The mineralogical analysis confirms the good behaviour of mortar immersed in sulphate and chloride solutions; and shows that more gypsum is formed in mortar exposed to acid environment causing its rapid degradation. The visual observation reveals that only samples exposed to acid attack during 366 days have showed a surface damage extending over a depth of approximately 300 ㎛.
Yousry B.I. Shaheen;Ghada M. Hekal;Ahmed K. Fadel;Ashraf M. Mahmoud
Structural Engineering and Mechanics
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v.90
no.6
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pp.611-633
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2024
This study intends to investigate the response of multi-cell (MC) beams to flexural loads in which the primary reinforcement is composed of both metallic and non-metallic materials. "Multi-cell" describes beam sections with multiple longitudinal voids separated by thin webs. Seven reinforced concrete MC beams measuring 300×200×1800 mm were tested under flexural loadings until failure. Two series of beams are formed, depending on the type of main reinforcement that is being used. A control RC beam with no openings and six MC beams are found in these two series. Series one and two are reinforced with metallic and non-metallic main reinforcement, respectively, in order to maintain a constant reinforcement ratio. The first crack, ultimate load, deflection, ductility index, energy absorption, strain characteristics, crack pattern, and failure mode were among the structural parameters of the beams under investigation that were documented. The primary variables that vary are the kind of reinforcing materials that are utilized, as well as the kind and quantity of mesh layers. The outcomes of this study that looked at the experimental and numerical performance of ferrocement reinforced concrete MC beams are presented in this article. Nonlinear finite element analysis (NLFEA) was performed with ANSYS-16.0 software to demonstrate the behavior of composite MC beams with holes. A parametric study is also carried out to investigate the factors, such as opening size, that can most strongly affect the mechanical behavior of the suggested model. The experimental and numerical results obtained demonstrate that the FE simulations generated an acceptable degree of experimental value estimation. It's also important to demonstrate that, when compared to the control beam, the MC beam reinforced with geogrid mesh (MCGB) decreases its strength capacity by a maximum of 73.33%. In contrast, the minimum strength reduction value of 16.71% is observed in the MC beams reinforced with carbon reinforcing bars (MCCR). The findings of the experiments on MC beams with openings demonstrate that the presence of openings has a significant impact on the behavior of the beams, as there is a decrease in both the ultimate load and maximum deflection.
Researches on resources recycling in the field of construction have made an extensive progress such as recycled aggregate of waste concrete and recycling of asphalt. On the other hand, there are almost never researches on pavement method with used waste frying oil. In South Korea, 0.2 million ton used waste frying oil is discharged every year. It is guessed that about 0.1 million ton used waste frying oil can be collected. If used waste frying oil is recycled, it is expected that disuse cost will be reduced and water pollution of rivers will be prevented. Therefore, the purpose of the study was to evaluate on mechanical features (strength, water resistance, chemical resistance, abrasion resistance, freezing and thawing resistance and permeable coefficient) whether dense graded permeable concrete mixing silica sand with flexible alkyd resin manufactured by making ester reaction with collected used waste frying oil to make alkyd resin could be applied to road pavement for non-roadway. The results of the study were as follows. In flexural strength, it had 1.6 times as much as road design standard 4.5MPa. In water resistance, chemistry resistance and freezing and thawing resistance, they had lack of strength in early age. As age went by, they didn't have large changes. And curing temperature had phenomenon of increase in strength at rather low temperature than high temperature by glass transition temperature of resin. Therefore, considering workability, strength and durability when it was applied to road pavement, it was reasonable that the mixing ratio of flexible alkyd resin was 10~15% in comparison with silica sand weight.
The use of spliced reinforcing bars in sustainable concrete members to manage inadequate bars length is a common practical issue which is may be due to some limitations. The lap splicing means two bars overlapped in parallel with specified length called the splice length in order to provide the required bond between the two bars. The bond between sustainable concrete and spliced steel bars is another important issue. The normal strength sustainable concrete specimens of sizes 1700×150×150 mm with tension reinforcement lap spliced were selected according to testing device length limitations. These members were designed to fail in flexure in order to investigate the lap spliced tension bars effect. The selected lap spliced tension bars were of 10 mm size with smooth and deformed surfaces in order to investigate the surface nature accompanied with the splice nature. The sustainable concrete mechanical properties and mix workability were also studied. This study reveals that the effect of number of spliced bars on the response of beams reinforced with smooth bars is found to be more obvious than deformed one. Finite element modeling in three dimensions was carried out for the tested beams using ABAQUS software. A parametric study is carried out using finite elements on considering the following parameters, concrete compressive strength, load type and opening in cross section (hollow section) for weight reduction purposes.The laboratory and numerical results show good agreements in terms of ultimate load and deflection with an average difference of 10% and 15% in ultimate load and deflection respectively.
Nanocelluloses, mainly cellulose nanofibrils (CNF) and cellulose nanocrystals (CNC, i.e., defect-free, rod-like crystalline residues after acid hydrolysis of fibers), have been the subject of recent interest. Due to the presence of hydroxyl groups on the surface of nanocelluloses, their surfaces are reactive, making them suitable candidates for reinforcing materials for manufacturing polymer composites. In this study, CNF was used as a reinforcing material for manufacturing cement composites. CNF was prepared by TEMPO (2,2,6,6,-tetramethyl piperidine-1-oxyl radical) oxidation procedure combined with extensive homogenization and ultrasonication. Transmission electron microscopy (TEM) analysis of the suspension showed the width of CNF between 10 and 15 nm. The compressive strength of cement composites containing 0.5% CNF was comparable to that of conventional cement composites. On the other hand, the tensile and flexural strength were improved by 49.7% and 38.8%, respectively, compared to those of conventional cement composites. Also, at an ambient condition, the degree of self-shrinkage reduction reached to 18.9% in one day, followed by 5.9% in 28 days after molding.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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