International Journal of Concrete Structures and Materials
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제11권1호
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pp.29-43
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2017
This study investigates the blast resistance of fiber-reinforced cementitious composite (FRCC) panels, with fiber volume fractions of 2%, subjected to contact explosions using an emulsion explosive. A number of FRCC panels with five different fiber mixtures (i.e., micro polyvinyl alcohol fiber, micro polyethylene fiber, macro hooked-end steel fiber, micro polyvinyl alcohol fiber with macro hooked-end steel fiber, and micro polyethylene fiber with macro hooked-end steel fiber) were fabricated and tested. In addition, the blast resistance of plain panels (i.e., non-fiber-reinforced high strength concrete, and non-fiber-reinforced cementitious composites) were examined for comparison with those of the FRCC panels. The resistance of the panels to spall failure improved with the addition of micro synthetic fibers and/or macro hooked-end steel fibers as compared to those of the plain panels. The fracture energy of the FRCC panels was significantly higher than that of the plain panels, which reduced the local damage experienced by the FRCCs. The cracks on the back side of the micro synthetic fiber-reinforced panel due to contact explosions were greatly controlled compared to the macro hooked-end steel fiber-reinforced panel. However, the blast resistance of the macro hooked-end steel fiber-reinforced panel was improved by hybrid with micro synthetic fibers.
This paper is concentrated on the behaviors of five different types of fiber reinforced concrete (FRC) in uniaxial tension and flexural impact. The complete stress-strain responses in tension were acquired through a systematic experimental program. It was found that the tensile peak strains of concrete with micro polyethylene (PEF) fiber are about 18-31% higher than that of matrix concrete, those for composite with macro polypropylene fiber is 40-83% higher than that of steel fiber reinforced concrete (SFRC). The fracture energy of composites with micro-fiber is 23-67% higher than that of matrix concrete; this for macro polypropylene fiber and steel fiber FRCs are about 150-210% and 270-320% larger than that of plain concrete respectively. Micro-fiber is more effective than macro-fiber for initial crack impact resistance; however, the failure impact resistance of macro-fiber is significantly larger than that of microfiber, especially macro-polypropylene-fiber.
금속 모세관을 이용하여 일반적인 단일모드 광섬유를 결합함으로써 매크로 벤딩(macro bending)을 측정할 수 있는 광섬유 센서를 제작하였다. 매크로 벤딩에 의한 곡률 반지름이 감소함에 따라 각도 정렬 오차가 증가하여 투과되는 빛의 에너지가 감소하게 되므로 매크로 벤딩을 측정할 수 있었다. 측정 범위는 곡률 반지름 20mm에서 85mm의 영역이었다. 사용한 광섬유 격자의 중심 파장은 각각 1543.3 nm, 1549.5nm이고 최대 벤딩 손실을 -11.19dB였다. 이 센서와 광섬유 브래그 격자를 이용하여 다중점 측정이 가능함을 보였다.
본 연구는 천연마섬유보강 시멘트 경화체와 폴리올레핀계 매크로섬유의 부착강도, 계면인성, 미세구조 분석을 포함한 부착 특성에 미치는 천연마섬유의 효과를 제시하였다. 다양한 조건에서의 폴리올레핀계 매크로섬유 인발시험의 실험적 결과를 보고하였다. 천연마섬유의 혼입률은 0.1%에서 0.2%까지를 배합설계에 적용하였다. 부착시험은 천연마섬유보강 시멘트 경화체에서 폴리올레핀계 매크로섬유의 부착특성을 측정하기 위하여 실시하였다. 시험결과 천연마섬유의 혼입은 폴리올레핀계 매크로섬유와 시멘트 경화체의 계면강화에 효과적이었다. 폴리올레핀계 매크로섬유와 천연마섬유보강 시멘트 경화체의 부착강도 및 계면인성은 섬유의 혼입률이 증가할수록 증가하였다. 미세구조분석은 섬유의 인발시험결과로부터 획득한 부착 메커니즘을 확인할 수 있었다.
PURPOSES : The purpose of the study was to examine dynamic features of concrete after mixing a little macro fiber with small aspect ratio and long length utilized for bridge, tunnel and shotcrete for tensile performance and crack control in domestic/overseas countries with cement concrete pavement mix. METHODS : Coarse aggregates with small aspect ratio and macro fibers with maximum length of approximately 32 mm are introduced in small quantities in the mix proportions of concrete pavement so as to prevent loss of the workability. Then, this study intends to evaluate the applicability of macro fibers in the mix proportions of concrete pavement by examining the basic construction performance, as well as the change of toughness, the equivalent bending strength and the flexural toughness index caused by compression, bending, tension and the flexural stress-displacement curve. RESULTS : As the results, in each kind of macro fiber, polyvinyl alcohol fiber and steel fiber displayed a good performance. CONCLUSIONS : In 0.2 and 0.3% of fiber contents, it is appeared that polyvinyl alcohol fiber has a large effect on improvement of tensile performance and steel fiber on improvement of deforming performance of bending stress.
본 연구는 섬유보강 시멘트 모르타르에서 무수말레인산이 그라프트된 폴리프로필렌(maleic anhydride grafted polypropylene, mPP) 분말의 첨가가 무극성 마크로 합성섬유(마크로 합성섬유)의 부착특성에 미치는 효과를 평가하였다. 다양한 mPP의 첨가율(시멘트 중량의 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%)에 따른 시멘트 모르타르와 마크로 합성섬유의 부착거동을 평가하기 위하여 Dog-bone 부착시험을 수행하였다. 시멘트 모르타르내에서 마크로 합성섬유의 부착 특성(일반거동, 인발하중 및 계면인성)은 mPP의 사용량 증가할수록 증가하였다. 인발시험 후 마크로 합성섬유 표면의 미세구조 분석은 mPP의 첨가율에 따른 마찰 저항력을 평가하기 위하여 관찰하였다. mPP의 첨가율이 증가할수록 마크로 합성섬유 표면에 긁힘 현상이 증가하였다.
For the purpose of reducing defects (cracking) in topping concretes cast as artificial greening layer base, synthetic macro fibers were mixed. The flexural strength of synthetic macro fiber mixed topping concretes was tested via comparing its performance with current topping concrete. According to the results of the testing, topping concrete with adjusted mixing ratio after mixing with 1kg of synthetic macro fiber showed approximately 15% higher flexural strength compared to the current topping concrete.
While ultra-high performance concrete (UHPC) is commonly reinforced with micro straight steel fibers in existing applications, studies have indicated that the use of deformed steel macro-fibers leads to enhanced ductility and post-peak responses for UHPC structural elements, which is of particular importance for earthquake-resistant structures. However, there are potential concerns regarding the use of UHPC reinforced with macro-fibers due to the issues of workability and fiber distribution. The objective of this study was to address these issues by extensively investigating the restricted and non-restricted deformability, filling ability, horizontal and vertical velocities, and passing ability of UHPC containing macro hooked-end steel fibers. A new approach is suggested to examine the homogeneity of fiber distribution in UHPC. The influences of ultra-fine fillers and steel macro-fibers on the workability of fresh UHPC and the mechanics of hardened UHPC were examined. It was found that although increasing the ratio of quartz powder to cement led to an improvement in the workability and tensile strain hardening behavior of UHPC, it reduced the fiber distribution homogeneity. The addition of 1% volume fraction of macro-fibers in UHPC improved workability, but reduced its compressive strength, which is contrary to the effect of micro-fiber inclusion in UHPC.
In this paper, hybrid fibers including high elastic modulus steel fiber and low elastic modulus synthetic macro-fiber (HPP) as two elements were used as reinforcement materials in concrete. The flexural toughness, flexural impact and fracture performance of the composites were investigated systematically. Flexural impact strength was analyzed with statistic analyses method; based on ASTM and JSCE method, an improved flexural toughness evaluating method suitable for concrete with synthetic macro-fiber was proposed herein. The experimental results showed that when the total fiber volume fractions ($V_f^a$) were kept as a constant ($V_f^a=1.5%$), compared with single type of steel or HPP fibers, hybrid fibers can significantly improve the toughness, flexural impact life and fracture properties of concrete. Relative residual strength RSI', impact ductile index ${\lambda}$ and fracture energy $G_F$ of concrete combined with hybrid fibers were respectively 66-80%, 5-12 and 121-137 N/m, which indicated that the synergistic effects (or combined effects) between steel fiber and synthetic macro-fiber were good.
This study presents the experimental results performed to evaluate the effects of Polyvinyl-alcohol (PVA) and Polypropylene (PP) fibers on the fresh and residual mechanical properties of the hybrid fiber reinforced SCC before and after the exposure of 250℃, 500℃ and 750℃ temperatures. The compressive and splitting tensile strength, modulus of rupture (MOR), ultrasonic pulse velocity (UPV) as well as toughness and weight loss were investigated at different temperatures. PVA and PP fibers were added into SCC mixtures having only macro steel fiber and also having binary hybridization of both macro and micro steel fiber. The results showed that the use of micro steel fiber replaced by macro steel fiber improved the fresh and hardened properties compared to the use of only macro steel fiber. Moreover, it was emphasized that PVA or PP enhanced the residual flexural performance of SCC, generally, while it negatively influenced the workability, weight loss, UPV and the residual strengths with regards to the use of single steel fiber and binary steel fiber hybridization. Compared to the effect of synthetic fibers, PP had slightly more positive effect in the view of workability while PVA enhanced the residual mechanical properties more.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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