• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제81권5호
• /
• pp.575-589
• /
• 2022

In order to enhance the greenness in the strain-hardening composites and to reduce the high cost of typical polyvinyl alcohol fiber reinforced engineered cementitious composite (PVA-ECC), an affordable strain-hardening composite with green binder content has been proposed. For optimizing the strain-hardening behavior of cementitious composites, this paper investigates the effects of polypropylene fibers on the first cracking strength, fracture properties, and micromechanical parameters of cementitious composites. For this purpose, digital image correlation (DIC) technique was utilized to monitor crack propagation. In addition, to have an in-depth understanding of fiber/matrix interaction, scanning electron microscope (SEM) analysis was used. To understand the effect of fibers on the strain hardening behavior of cementitious composites, ten mixes were designed with the variables of fiber length and volume. To investigate the micromechanical parameters from fracture tests on notched beam specimens, a novel technique has been suggested. In this regard, mechanical and fracture tests were carried out, and the results have been discussed utilizing both fracture and micromechanical concepts. This study shows that the fiber length and volume have optimal values; therefore, using fibers without considering the optimal values has negative effects on the strain-hardening behavior of cementitious composites.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제16권1호
• /
• pp.55-63
• /
• 2012

이 연구에서는 타설 과정에서 낮은 점성이 요구되는 구조물에 적합한 낮은 점성을 가지면서 다중균열에 의한 변형률 경화거동을 보이는 고인성 섬유복합재료를 제조하기 위한 재료와 제조 방법을 제시하고자 한다. 섬유복합재료의 낮은 점성과 고인성을 얻기 위하여 미시역학과 파괴역학에 기반한 이론적 해석 방법과 제조 기법을 적용하였다. 2~3MPa 범위의 인장강도를 갖는 복합재료에 적합한 최적의 섬유 양과 길이, 그리고 섬유와 매트릭스의 계면 특성을 미시역학과 안정상태 균열 이론을 이용하여 해석적으로 구한 후 여섯 가지 배합을 결정하였다. 여섯 가지 배합으로 제조한 실험체는 실험을 통하여 점성과 일축인장 성능을 검증하였다. 실험 결과 굳기 전에는 그라우팅에 적합한 낮은 점성을 갖으면서 굳은 후에는 1.5% 이상의 고인성을 갖는 변형률 경화 섬유복합재료를 제조할 수 있는 것으로 나타났다.

• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제72권1호
• /
• pp.19-30
• /
• 2019

The mechanical behavior of Fiber Reinforced Cementitious Composites (FRCC) under direct shear is studied through experiment and analytical simulation. The cementitious composite considered contains 55% replacement of cement with fly ash and 2% (volume ratio) of short discontinuous synthetic fibers (in the form of mass reinforcement, comprising PVA - Polyvinyl Alcohol fibers). This class of cementitious materials exhibits ductility under tension with the formation of multiple fine cracks and significant delay of crack stabilization (i.e., localization of cracking at a single location). One of the behavioral parameters that concern structural design is the shear strength of this new type of fiber reinforced composites. This aspect was studied in the present work with the use of Push-off tests. The shear strength is then compared to the materials' tensile and splitting strength values.

• Advances in nano research
• /
• 제15권5호
• /
• pp.467-484
• /
• 2023

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.

• Composites Research
• /
• 제20권2호
• /
• pp.21-26
• /
• 2007

이 논문은 합성섬유를 이용하여 포틀랜드 시멘트 모르타르를 보강한 복합재료인 ECC(Engineered Cementitious Composite)의 설계 과정과 건설현장에 이 복합재료를 적용할 수 있도록 시공성을 부여한 연구 내용을 정리하였다. 이 연구에서는 다양한 시공성, 즉 자기충전(self·consolidating)과 스프레이 시공성을 갖는 ECC를 제작하기 위하여 단계적인 재료 개발 방법론을 채택하였다. 우선 마이크로역학(micromechanics)과 안정상태균열이론(steady-state cracking theory)을 이용하여 골재와 섬유를 선정한 후, 굳기 전 재료의 레올로지를 제어하는 방법으로 시공성을 구현하였다. 여기서, 굳기 전 재료의 레올로지를 제어하기 위하여 화학첨가제(chemical admixtures)와 광물첨가재(mineral admixtures)의 양을 소량으로 조절하는 방법을 사용하였다. 이러한 방법을 활용함으로써 굳기 전에는 다양한 시공성을 나타내면서, 굳은 후에는 높은 연성(인장변형경화 거동)을 나타내는 실용적인 ECC 복합재료를 개발하였다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
• /
• 한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권1호
• /
• pp.909-912
• /
• 2008

최근 섬유보강 시멘트 복합체에 관한 연구 중 초기균열 이후 2% 이상의 변형률 이상에까지 인장응력을 증가시킬 수 있는 변형경화형 시멘트 복합체(Strain-Hardening Cement Composite, SHCC)에 관한 연구가 이루어지고 있으며, 이러한 SHCC는 혼입되는 보강섬유의 물리적 형상, 기계적 특성 및 혼입율을 조정함으로써 소요인장성능을 발현시킬 수 있다. 그러나 SHCC 제조시, 혼입되는 보강섬유와의 부착성능을 증진시키기 위하여 규사(Silica powder)와 같이 미세한 직경($105{\sim}120{\mu}m$)의 잔골재를 사용함으로써 타설 후 양생기간 동안 건조수축량이 일반 콘크리트에 비해 심각하여 SHCC 제조시 양생조건에 특별한 주의를 기울여야 한다. 따라서 본 연구에서는 SHCC 양생방법 중 양생온도가 경화후 SHCC의 인장성능에 미치는 영향을 실험적으로 평가하고자 하였으며, 실험결과를 바탕으로 SHCC가 소정의 성능을 발현할 수 있는 양생조건을 실험적으로 규명함으로써 향후 SHCC 프리캐스트 구조부재 제작시 적절한 양생방법을 실시하기 위한 기초자료를 제시하고자 한다.

• 한국농공학회논문집
• /
• 제47권5호
• /
• pp.27-39
• /
• 2005

In the recent design of high ductile fiber-reinforced ECC (engineered cementitious composite), optimizing both processing and mechanical properties for specific applications is critical. This study presents an innovative method to develop new class ECCs, which possess the different fluid properties to facilitate diverse types of processing (i.e., self-consolidating or shotcrete processing) while maintaining ductile hardened properties. In the material design concept, we employ a parallel control of fresh and hardened properties by using micromechanics and cement rheology. Control of colloidal interaction between the particles is regarded as a key factor to allow the performance of the specific processing. To determine how to control the particle interactions and the viscosity of cement suspension, we first introduce two chemical admixtures including a highly charged polyelectrolyte and a non-ionic polymer. Optimized mixing steps and dosages we, then, obtained within the solid concentration predetermined based on micromechanical principle. Test results indicate that the rheological properties altered by this approach were revealed to be highly effective in obtaining the desired function of the fresh ECC, allowing us to readily achieve hardened properties, represented by pseudo strain-hardening behavior in uniaxial tension.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
• /
• 한국콘크리트학회 2009년도 춘계 학술대회 제21권1호
• /
• pp.83-84
• /
• 2009

본 연구는 비내진상세를 갖는 구조물의 내진보강을 위한 끼움벽을 개발하고 변형경화형 시멘트 복합체 사용에 따른 손상정도를 평가하는데 목적이 있다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
• /
• 한국콘크리트학회 2010년도 춘계 학술대회 제22권1호
• /
• pp.25-26
• /
• 2010

변형경화형 시멘트 복합체(Strain-hardening cementitious composite, SHCC)는 연성능력이 우수하여 보-기둥 접합부 영역에서 상당한 보강효과가 기대된다. 주요 변수는 시멘트 복합체의 종류(무수축몰탈, 하이브리드 SHCC) 및 보강근의 유무이다. 실험결과, 보강근이 배근된 실험체가 무수축 몰탈 실험체에 비해 전체적으로 성능이 향상된 것으로 나타났다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
• /
• 한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권1호
• /
• pp.925-928
• /
• 2008

최근 내진부재 및 기존 구조물의 내진보강요소의 손상제어(Damage tolerance)성능을 충족할 수 있는 변형경화형 시멘트 복합체(Strain-hardening cement composites, SHCC)의 개발 및 활용 연구가 진행 중이며, 하이브리드화에 따른 경제성 및 성능향상 가능성도 보고되고 있다. 그러나 이러한 우수한 성능을 갖는 SHCC 재료가 실구조물의 보수/보강재 및 내진보강부재에 적용되기 위해서는 우수한 인장성능 발현뿐만 아니라, 보강섬유의 단가를 고려한 경제적 효과(Economical efficiency) 및 시공성 (Workability)이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 SHCC를 내진부재 및 보강재료로써 적용하기 위한 연구의 일환으로 합성섬유를 하이브리드하여 혼입시 휨 및 인장강도, 변형능력 등 거동특성을 분석함으로써 각 보강섬유의 인장강도 탄성계수 등 기계적 특성과 혼입율에 따른 재료성능과의 상관관계를 비교 분석하여 평가하고자 한다. 또한 물시멘트비를 변수로 하여 시멘트 복합체의 강도특성과 보강섬유의 부착특성 및 균열제어성능을 규명하고자 한다. 이러한 결과를 근거로 향후 SHCC 재료의 실구조물 적용시 요구성능 및 경제성을 고려한 재료배합에 관한 기초자료를 제시하고자 한다.