Thesis--Bochum. Ruhr-Universität. / In Periodical Room.

Zugl.: Dortmund, Universiẗat, Diss., 2007.

This research was undertaken for studying the bond behaviour of Lightweight Fibre-reinforced Concrete (LWFC). Lightweight concrete is inherently weak in tension and has higher brittleness than the conventional concrete. To improve these and other properties, it is generally reinforced with deformed bars and fibres. There are number of studies that favour the use of Steel fibres, however such studies are mainly focused either on normal weight concrete or on the mechanical properties of different concretes. There are also different committee reports and in some cases specific sections of codes that specifically deal with the normal weight fibre-reinforced concrete. However, such is not the case with lightweight fibre-reinforced concrete; there is limited literature available especially on the Bond of lightweight fibre-reinforced concrete. In current research work effect of fibres is studied on the bond behaviour of the lightweight reinforced concrete. Since most of code provisions for bond are based on experimental work originally carried out on conventional concrete, effect of fibres on bond of conventional concrete was therefore also included in present research domain. Main bond tests were carried out using Pull-out test methodology. Test results indicate that the ultimate bond strength of conventional concrete when reinforced with steel fibres increased by 29%. However due to very low density and high porosity of lightweight aggregates, no significant improvement on bond strength of LWFC, as a result of fibres’ addition could be observed. Nevertheless, there is noteworthy improvement in the post-cracking bond strength of LWFC. Besides this, current bond-stress slip law as defined by Model Code 2010 does not reflect the positive effect of fibres, hence some modifications are suggested. It is also found that among the existing code expressions for estimation of bond strength, expression proposed by Model Code 2010 presents better results and its effectiveness can be further increased if fibre factor and factor for lightweight concrete are considered.

In der Arbeit werden die Möglichkeiten der Abschirmung elektromagnetischer Wellen durch spritzgegossene Kunststoffgehäuse aus stahlfasergefüllten Thermoplasten untersucht. Beginnend mit einer Erläuterung der Abschirmprinzipien, werden die verschiedenen Verfahren zur Schirmdämpfung erläutert und ein Überblick der elektrisch leitfähigen Kunststoffcompounds gegeben. Weiterhin werden Verfahren zur Messung der Schirmdämpfung und Leitfähigkeit vorgestellt. Der experimentelle Teil befasst sich mit der Charakterisierung der Materialeigenschaften. Es wird der Einfluss von Faserfüllgrad und -länge experimentell untersucht und mit Modellansätzen zur Beschreibung der Schirmdämpfung und Leitfähigkeit verglichen. Die Untersuchung des Verarbeitungsverhaltens beim Spritzgießen beinhaltet die Beschreibung des rheologischen Verhaltens stahlfasergefüllter Thermoplaste sowie die Auswirkungen der Prozessbedingungen und der Bindenahtbildung auf die Schirmwirkung. Ausführungen zum konstruktiven Einfluss auf die Schirmdämpfung unter Betrachtung der Gestaltungsmöglichkeiten der Gehäuseverbindung und möglicher Aperturen schließen die Arbeiten ab.

This research was undertaken for studying the bond behaviour of Lightweight Fibre-reinforced Concrete (LWFC). Lightweight concrete is inherently weak in tension and has higher brittleness than the conventional concrete. To improve these and other properties, it is generally reinforced with deformed bars and fibres. There are number of studies that favour the use of Steel fibres, however such studies are mainly focused either on normal weight concrete or on the mechanical properties of different concretes. There are also different committee reports and in some cases specific sections of codes that specifically deal with the normal weight fibre-reinforced concrete. However, such is not the case with lightweight fibre-reinforced concrete; there is limited literature available especially on the Bond of lightweight fibre-reinforced concrete. In current research work effect of fibres is studied on the bond behaviour of the lightweight reinforced concrete. Since most of code provisions for bond are based on experimental work originally carried out on conventional concrete, effect of fibres on bond of conventional concrete was therefore also included in present research domain. Main bond tests were carried out using Pull-out test methodology. Test results indicate that the ultimate bond strength of conventional concrete when reinforced with steel fibres increased by 29%. However due to very low density and high porosity of lightweight aggregates, no significant improvement on bond strength of LWFC, as a result of fibres’ addition could be observed. Nevertheless, there is noteworthy improvement in the post-cracking bond strength of LWFC. Besides this, current bond-stress slip law as defined by Model Code 2010 does not reflect the positive effect of fibres, hence some modifications are suggested. It is also found that among the existing code expressions for estimation of bond strength, expression proposed by Model Code 2010 presents better results and its effectiveness can be further increased if fibre factor and factor for lightweight concrete are considered.

In der Arbeit werden die Möglichkeiten der Abschirmung elektromagnetischer Wellen durch spritzgegossene Kunststoffgehäuse aus stahlfasergefüllten Thermoplasten untersucht. Beginnend mit einer Erläuterung der Abschirmprinzipien, werden die verschiedenen Verfahren zur Schirmdämpfung erläutert und ein Überblick der elektrisch leitfähigen Kunststoffcompounds gegeben. Weiterhin werden Verfahren zur Messung der Schirmdämpfung und Leitfähigkeit vorgestellt. Der experimentelle Teil befasst sich mit der Charakterisierung der Materialeigenschaften. Es wird der Einfluss von Faserfüllgrad und -länge experimentell untersucht und mit Modellansätzen zur Beschreibung der Schirmdämpfung und Leitfähigkeit verglichen. Die Untersuchung des Verarbeitungsverhaltens beim Spritzgießen beinhaltet die Beschreibung des rheologischen Verhaltens stahlfasergefüllter Thermoplaste sowie die Auswirkungen der Prozessbedingungen und der Bindenahtbildung auf die Schirmwirkung. Ausführungen zum konstruktiven Einfluss auf die Schirmdämpfung unter Betrachtung der Gestaltungsmöglichkeiten der Gehäuseverbindung und möglicher Aperturen schließen die Arbeiten ab.

In dieser Arbeit wird das Verhalten von Normal- und Stahlfaserbeton (engl. steel fiber reinforced concrete (SFRC)) unter quasi-statischer und dynamischer Belastung untersucht. Der Fokus der Arbeit liegt dabei auf den Untersuchungen unter dynamischer Belastung. Frühere Forschungen haben gezeigt, dass die Zugabe von Stahlfasern viele der gewünschten technischen Eigenschaften des erhärteten Betons, wie Bruchzähigkeit, Biegefestigkeit, Ermüdungsfestigkeit, Temperaturwechselbeständigkeit sowie Rissbildung, erheblich verbessern kann. In diesem Zusammenhang weisen viele experimentelle und numerische Studien darauf hin, dass die Festigkeit solcher Verbundwerkstoffe ratenabhängig ist, d.h. sie wird durch die Erhöhung der dynamischen Belastung stark beeinflusst. Dieser Effekt gilt sowohl für die Verbundwerkstoffkomponenten Beton und Stahlfasern als auch für die Verbundwechselwirkung zwischen ihnen. Das Phänomen ist allgemein als Dehnraten-Effekt bekannt. Im Rahmen dieser Forschungsarbeit wurden numerische Untersuchungen durchgeführt, um den Einfluss der Zugabe von Stahlfasern in die Betonmatrix systematisch zu analysieren und die Abhängigkeit dieses Materials von der Belastungsrate zu untersuchen. Es wurden drei numerische Studien durchgeführt. In der ersten Studie wurde das Verbundverhalten zwischen Stahlfaser und der angrenzenden Betonmatrix mit verschiedenen Ansätzen mit der Finite-Elemente-Software LS-DYNA untersucht. Die Ergebnisse wurden mit zur Verfügung stehenden experimentellen Daten verglichen. In der zweiten Studie wurde das Verhalten von unverstärktem und stahlfaserverstärkten Betonplatten unter Impakt-Belastung untersucht. Die Modelle wurden entwickelt und kalibriert. Die Qualität und Zuverlässigkeit der Modelle wurden in einer Reihe von numerischen Fallstudien bewertet. Die berechneten Ergebnisse wurden durch Vergleich mit den zur Verfügung stehenden experimentellen Daten verifiziert. Das dynamische Verhalten von unverstärktem Beton und faserverstärktem Beton wurde in der dritten Studie untersucht, wobei sowohl das Druck- als auch das Zugverhalten untersucht wurden. Diese Untersuchungen zielten darauf ab, den Beitrag der Stahlfasern zur globalen Festigkeit bzw. zum Widerstandsverhalten von unverstärktem und faserverstärktem Material unter dynamischer Belastung zu untersuchen, wobei dem Einfluss der Stahlfasern auf die Rissentwicklung des faserverstärkten Betons wenig Beachtung geschenkt wurde. Darüber hinaus sind der Beitrag des Materialeffekts und seine Fähigkeit, das dynamische Verhalten von glattem und faserverstärktem Beton zu erfassen, von Interesse. Der Schwerpunkt liegt hier auf dem vorgeschlagenen Materialmodell für den Beton. Es wird gezeigt, dass das vorgeschlagene Betonmodell das druck- und zugdynamische Verhalten des unverstärkten und des faserverstärkten Betons gut abbilden und die experimentellen Ergebnisse realistisch vorhersagen kann. Schließlich folgten numerische Fallstudien zur Abhängigkeit der Ergebnisse von der Netzgröße, dem Fasergehalt, dem Verhältnis von Faserlänge zu -durchmesser, der Betonfestigkeit und der Belastungsrate. Die Parameter mit dem größten Einfluss wurden identifiziert und analysiert, und eine Schlussfolgerung wurde gezogen. Es wurde gezeigt, dass die zuvor genannten Parameter aktiv am Gesamtverhalten der Materialien beteiligt sind und eine wesentliche Rolle dabei spielen können.