Ultra high performance concrete (UHPC), is characterized by its high compressive strength and advanced tensile behavior that is much superior to those of conventional concrete. In order to apply this new material in practice, the bond characteristics of UHPC were evaluated in this study. Pull-out tests between UHPC and deformed steel rebar were carried out according to the modified RILEM test method, and were verified by finite element analysis. From the test results showed that UHPC presents 5 to 10 times higher bond strength compared to normal strength concrete, this study suggested remarkably reduced development length and concrete cover comparing to existing specifications. The test results of 700 MPa high strength steel rebar demonstrated the applicability of high strength steel to UHPC. In addition, the transfer length measurements of seven-wire strand in UHPC specimens indicated that the transfer length limit set by the current design code is very conservative for UHPC.
The use of ground granulated blast furnace slag (GGBFS) from steel industries waste is showing perspective application in civil engineering as partial substitute to cement. Use of such waste conserves natural resources and minimizes the space required for landfill. The GGBFS used in the present work is of ultra fine size and hence serves as micro filler. In this paper strength and durability characteristics of ultra fine slag based high strength concrete (HSC) (with a characteristic compressive strength of 50 MPa) were studied. Cement was replaced with ultra fine slag in different percentages of 5, 10, and 15% to study the compressive strength, porosity, resistances against sulfate attack, sorptivity and chloride ion penetration. The experiments to study compressive strength were conducted for different ages of concrete such as 7, 28, 56, and 90 days. From the detailed investigations with 16 mix combinations, 10% ultra fine slag give better results in terms of strength and durability characteristics.
This paper presents an experimental investigation of the flexural behavior of square hollow steel section (HSS) beams subjected to pure bending. Totally six unfilled and nine ultra high performance concrete (UHPC)-filled HSS beams were tested under four-point bending until failure. The effects of the steel tube thickness, the yield strength of the steel tube and the strength of concrete on moment capacity, curvature, and ductility of UHPC-filled HSS beams were examined. The performance indices named relative ductility index (RDI) and strength increasing factor (SIF) were investigated with regard to different height-to-thickness ratio of the specimens. The flexural strengths obtained from the tests were compared with the values predicted by Eurocode 4, AISC-LRFD and CIDECT design codes. The results showed that the increase in the moment capacity and the corresponding curvature is much greater for thinner HSS beams than thicker ones. Eurocode 4 and AISC-LRFD predict the ultimate moment capacity of the all UHPC-filled HSS beams conservatively.
This study evaluates the direct tensile strength of ultra-high-performance concrete (UHPC) using tests. A total of 45 dogbone-shaped specimens are tested, with the test variables being the fiber volume fraction and notch length. The test results showed that the material properties of UHPC were largely dependent on the fiber volume fraction and compressive strength. When steel fibers with more than 1% fiber volume fraction are mixed in the manufacturing of UHPC, the tensile strength can be more than twice that of plain UHPC. In addition, the incorporation of steel fibers enabled the significant improvement of the initial cracking strength. However, the effect of the notch length on the tensile behavior was insignificant. An assessment of the direct tensile strength is conducted using machine-learning algorithms (ML). For evaluation of the direct tensile strength of UHPC using ML, a total of 98 test data, including 53 data from other research works and 45 data from this experimental program, were collected. In total, 67 data with a 70% confidence interval on a normal distribution curve were selected, with 47 data among 67 used for ML training and 20 data used for ML testing. As a result, the machine-learning algorithm with a steel fiber volume fraction predicted that the tensile strength has an average of 0.98 and the lowest values of regression evaluation metrics among analytical and ML-based models. It is considered that an ML-based model can help to predict a more accurate tensile strength of UHPC.
Jo, Byung-Wan;Yoon, Kwang-Won;Kim, Heoun;Park, Jin-Mo
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.13
no.6
s.58
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pp.135-147
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2009
In order to develop the ultra high strength concrete over 400Mpa at 28 day, Low-heat portland cement, ferro-silicon, silica-fume and steel fiber were mixed and tested under the special autoclave curing conditions. Considering the influence of Ultra high strength concrete. normal concrete is used as a comparison with low water-cement ratio possible Low-heat portland cement. Additionally, as a substitution of aggregates, we analyzed the compressive strength of Ferro Silicon by making the states of mixed and curing conditions differently. In addition, SEM films testified the development of C-S-H hydrates of Type III & Type IV, and tobermolite, zonolite due to the high temperature, high pressure of autoclave curing. Fineness of aggregate, filler and reactive materials in concrete caused 420Mpa compressive strength at 28day successfully.
Hakeem, Ibrahim Y.;Amin, Mohamed;Abdelsalam, Bassam Abdelsalam;Tayeh, Bassam A.;Althoey, Fadi;Agwa, Ibrahim Saad
Structural Engineering and Mechanics
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v.82
no.3
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pp.295-312
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2022
This study investigates the effects of nano silica (NS) and micro steel fiber on the properties of ultra-high-performance concrete (UHPC). The experimental consists of three groups, each one with five percentages of NS content (0%, 2%, 4%, 6% and 8%) in addition to the 20% silica fume and 20% quartz powder proportioned according to the weight of cement added to the mixtures. In addition, three percentages of micro steel fibers (0%, 1% and 2%) were considered. Different mixtures with varying percentages of NS and micro steel fibers were prepared to set the water-to-binder ratio, such as 0.16% and 1.8% superplasticizer proportioned according the weight of the binder materials. The fresh properties, mechanical properties and elevated temperatures of the mixtures were calculated. Then, the results from the microstructure analyses were compared with that of the reference mixtureand it was found that 6% replacement of cement with NS was optimum replacement level. When the NS content was increased from 0% to 6%, the air content and permeability of the mixture decreased by 35% and 39%, the compressive and tensile strength improved by 21% and 18% and the flexural strength and modulus of elasticity increased by 20% and 11.5%, respectively. However, the effect of micro steel fibres on the compressive strength was inconclusive. The overall results indicate that micro steel fibres have the potential to improve the tensile strength, flexure strength and modulus of elasticity of the UHPC. The use of 6% NS together with 1% micro-steel fiber increased the concrete strength and reduce the cost of concrete mix.
Park Jung-Jun;Koh Kyung-Taek;Kang Su-Tae;Kim Sung-Wook
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.17
no.1
s.85
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pp.35-41
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2005
Recently, various fiber reinforced cementitious composites are used in order to solve problems of concrete as the brittleness breaking. Especially, in U.S.A., Europe, and Japan, ultra-high strength steel fiber reinforced cementitious composites(ultra-high strength SFRCC) with compressive strength in excess of 100 MPa were developed. However few studies have been investigated on the high-strength SFRCC in Korea. Therefore, in this paper, to make ultra-high strength SFRCC with the range of compressive strength 180MPa, it was investigated the constitute factors of ultra-high strength SFRCC influenced on the compressive strength. The experimental variables were water-binder ratio, replacement of silica fume, size and proportion of sand, type and replacement of filling powder, and using of steel fiber in ultra-high strength SFRCC. As a result, in water-binder ratio 0.20, we could make ultra-high strength SFRCC with compressive strength of 180MPa through using of silica fume, quartz sand with below 0.5mm filling powder and steel fiber.
One of the main disadvantages of Ultra High Performance Concrete exists in the large suggested value of UHPC ingredients. The purpose of this study was to find the models mechanical properties which included a 7, 14 and 28-day compressive strength test, a 28-day splitting tensile and modulus of rupture test for Ultra High Performance Concrete, as well as, a study on the interaction and correlation of five variables that includes silica fume amount (SF), cement 42.5 amount, steel fiber amount, superplasticizer amount (SP), and w/c mechanical properties of UHPC. The response surface methodology was analyzed between the variables and responses. The relationships and mathematical models in terms of coded variables were established by ANOVA. The validity of models were checked by experimental values. The offered models are valid for mixes with the fraction proportion of fine aggregate as; 0.70-1.30 cement amount, 0.15-0.30 silica fume, 0.04-0.08 superplasticizer, 0.10-0.20 steel fiber, and 0.18-0.32 water binder ratio.
Han Dong-Yeop;Heo Young-Sun;Pei Chang-Chun;Han Cheon-Goo
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2005.11a
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pp.67-70
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2005
Ultra high strength concrete, nowadays, has been widely applied to construction of high-rise building. To improve ductility and mechanical properties, steel fiber is employed in UHSC. This study investigates practical application of expansive additives(EA) and shrinkage reducing agent(SRA), in order to secure volumetric stability and improved mechanical properties, such as autogenous shrinkage and dry shrinkage of steel-fiber-reinforced-ultra-high-strength-comet-mortar(FHSM). According to the test, individual addition of steel fiber does not affect shrinkage reduction, as expected. However FHSM, with combined addition of 5$\%$ of EA and 1$\%$ of SRA decreased 60$\%$ of autogenous shrinkage. It is considered that Proper combination of EA and SRA can secure the shrinkage resistance of FHSM.
To explore the feasibility of eliminating the longitudinal rebars and stirrups by using ultra-high-performance fiber reinforcement concrete (UHPFRC) in concrete encased steel composite stub column, compressive behavior of UHPFRC encased steel stub column has been experimentally investigated. Effect of concrete types (normal strength concrete, high strength concrete and UHPFRC), fiber fractions, and transverse reinforcement ratio on failure mode, ductility behavior and axial compressive resistance of composite columns have been quantified through axial compression tests. The experimental results show that concrete encased composite columns with NSC and HSC exhibit concrete crushing and spalling failure, respectively, while composite columns using UHPFRC exhibit concrete spitting and no concrete spalling is observed after failure. The incorporation of steel fiber as micro reinforcement significantly improves the concrete toughness, restrains the crack propagation and thus avoids the concrete spalling. No evidence of local buckling of rebars or yielding of stirrups has been detected in composite columns using UHPFRC. Steel fibers improve the bond strength between the concrete and, rebars and core shaped steel which contribute to the improvement of confining pressure on concrete. Three prediction models in Eurocode 4, AISC 360 and JGJ 138 and a proposed toughness index (T.I.) are employed to evaluate the compressive resistance and post peak ductility of the composite columns. It is found that all these three models predict close the compressive resistance of UHPFRC encased composite columns with/without the transverse reinforcement. UHPFRC encased composite columns can achieve a comparable level of ductility with the reinforced concrete (RC) columns using normal strength concrete. In terms of compressive resistance behavior, the feasibility of UHPFRC encased steel composite stub columns with lesser longitudinal reinforcement and stirrups has been verified in this study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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