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Stainless steel wires reinforced ultra-high performance concrete for self-moderating and self-sensing temperature deformations

Ding, S., Dong, S., Ashour, Ashraf, Wang, X., Han, B. 26 July 2024 (has links)
Yes / The development of self-moderating and self-sensing concrete composites with high and stable thermal/electrical conductivity is essential to mitigate and monitor the temperature deformation behaviours (TDB) of engineering infrastructures such as highways, bridge pavements, airstrips and ports. Owing to the micron-scale diameter and high aspect ratio, stainless steel wires (SSWs) can establish a comprehensive and extensive thermal/electrical, as well as reinforcing, three-dimensional network within the concrete matrix, even at a low content. This paper thus investigated the TDB self-moderating and self-sensing performances of SSWs enhanced ultra-high performance concrete (UHPC). The main experiments were carried out on SSWs enhanced UHPC slabs, measuring 250 mm×225 mm×16 mm. The volume contents of SSWs studied were 0 %, 0.5 vol%, 1.0 vol% and 1.5 vol%. The TDB self-moderating and self-sensing experiments were carried out under different conditions, including indoor and outdoor environments. Such composites showed effective and highly stable capabilities in reducing the temperature difference and diminishing the strain of pavement slabs under different environmental conditions. Compared with the UHPC without SSWs, UHPC with 1.5 vol% of SSWs can reduce the temperature difference by 7.4 °C (39.4 %) when being heated from 21.6 °C to 50 °C, thus, reducing the maximum tensile/compressive strains by 83.1 %/82.2 %, and the tensile/compressive stresses by 70.8 %/82.0 %. At a heating rate of 67.1 °C/min, incorporating 1.5 vol% of SSWs results in significant reductions in both vertical displacement and stress, amounting to 98.6 % and 89.6 %, respectively. The 1.5 vol% SSWs reinforced UHPC slab also suppressed 25.0 % of temperature difference, 76.6 % of strain and 70.7 % of stress in scorching outdoor environments. The TDB of SSWs reinforced UHPC can be real-timely reflected by monitoring the quick and small-scale resistance fluctuations, and the fractional changes in resistivity can reach 5.24 % with a response time of 0.23 s. The self-moderating and self-sensing performances of such composites remained stable after repeated heating experiments, thus suggesting its potential for promising applications in engineering infrastructures which are susceptible to deformation under high-temperature conditions. / National Science Foundation of China (Grant Nos. 51908103 , 51978127 , and 52178188 ), and the Major Science and Technology Research Project of the China Building Materials Federation ( 2023JBGS10-02 ). / The full text will be available at the end of the publisher's embargo: 13th May 2025
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Beton unter mehraxialer Beanspruchung / Concrete under multiaxial loading conditions / Ein Materialgesetz für Hochleistungsbetone unter Kurzzeitbelastung

Speck, Kerstin 21 July 2008 (has links) (PDF)
Diese Arbeit basiert auf der Untersuchung von hochfesten und ultrahochfesten Betonen mit und ohne Fasern unter zwei- und dreiaxialer Druckbeanspruchung. Die Auswirkung der unterschiedlichen Betonzusammensetzung ist für verschiedene Beanspruchungen nicht gleich ausgeprägt, dennoch konnten grundlegende Zusammenhänge herausgearbeitet werden. Anhand der Bruchbilder konnten die drei Versagensmechanismen Druck-, Spalt- und Schubbruch identifiziert werden, deren Charakteristik über die Kalibrierung an vier speziellen Versuchswerten direkt in das Bruchkriterium einfließen. Dieses stellt eine Erweiterung der Formulierung von OTTOSEN dar, so dass das spröde und z. T. anisotrope Verhalten von Hochleistungsbeton berücksichtigt wird. Die beobachteten Spannungs-Dehnungs-Verläufe korrelieren mit den Versagensformen. Deshalb wird ein Stoffgesetz getrennt für den Druck- und den Zugmeridian aufgestellt, dessen Parameter sich mit zunehmendem hydrostatischen Druck verändern. In die Anfangswerte fließen die Betonzusammensetzung und herstellungsbedingte Anisotropien ein. Die lastinduzierte Anisotropie infolge einer gerichteten Mikrorissbildung wird in dem vorgestellten Stoffgesetzt über richtungsabhängige Parameter ebenfalls berücksichtigt.
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Beton unter mehraxialer Beanspruchung: Ein Materialgesetz für Hochleistungsbetone unter Kurzzeitbelastung

Speck, Kerstin 31 January 2008 (has links)
Diese Arbeit basiert auf der Untersuchung von hochfesten und ultrahochfesten Betonen mit und ohne Fasern unter zwei- und dreiaxialer Druckbeanspruchung. Die Auswirkung der unterschiedlichen Betonzusammensetzung ist für verschiedene Beanspruchungen nicht gleich ausgeprägt, dennoch konnten grundlegende Zusammenhänge herausgearbeitet werden. Anhand der Bruchbilder konnten die drei Versagensmechanismen Druck-, Spalt- und Schubbruch identifiziert werden, deren Charakteristik über die Kalibrierung an vier speziellen Versuchswerten direkt in das Bruchkriterium einfließen. Dieses stellt eine Erweiterung der Formulierung von OTTOSEN dar, so dass das spröde und z. T. anisotrope Verhalten von Hochleistungsbeton berücksichtigt wird. Die beobachteten Spannungs-Dehnungs-Verläufe korrelieren mit den Versagensformen. Deshalb wird ein Stoffgesetz getrennt für den Druck- und den Zugmeridian aufgestellt, dessen Parameter sich mit zunehmendem hydrostatischen Druck verändern. In die Anfangswerte fließen die Betonzusammensetzung und herstellungsbedingte Anisotropien ein. Die lastinduzierte Anisotropie infolge einer gerichteten Mikrorissbildung wird in dem vorgestellten Stoffgesetzt über richtungsabhängige Parameter ebenfalls berücksichtigt.
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Reforço de vigas de concreto armado por meio de barras de aço adicionais ou chapas de aço e argamassa de alto desempenho / Rehabilitation of reinforced concrete beams by means of additional steel bars or steel plate and high performance mortar

Reis, Andréa Prado Abreu 18 June 1998 (has links)
Neste trabalho estuda-se o comportamento de vigas de concreto armado reforçadas mediante duas técnicas distintas de reabilitação: adição de armadura longitudinal no bordo tracionado envolvida com argamassa de alto desempenho com ou sem fibras de aço, ou fixação de chapa de aço, também no bordo tracionado, por meio de argamassa de alto desempenho e conectores de aço. Inicialmente foi efetuado um levantamento dos principais materiais usados em reparo/reforço e dos procedimentos e recomendações indicados na literatura, para a reabilitação de elementos estruturais de concreto armado. Apresentou-se ainda uma síntese dos estudos mais recentes realizados nesta área de pesquisa e os resultados de alguns ensaios de vigas recuperadas realizados por outros pesquisadores. Na seqüência, foram realizados sete ensaios experimentais em vigas de concreto armado com seção transversal \"T\", de tamanho real, para avaliar a eficiência das duas técnicas de reabilitação propostas. De acordo com os resultados obtidos percebe-se que vigas reabilitadas através da adição de fibras de aço na argamassa que envolve a armadura complementar e de conectores metálicos soldados na chapa de aço são eficientes. Além disso, é imprescindível, nas vigas com chapas de aço, realizar uma boa ancoragem desses elementos para evitar a ruptura prematura da peça. Finalmente foi constatado que os resultados experimentais de outros pesquisadores indicam a viabilidade da reabilitação por meio de técnicas semelhantes as empregadas neste trabalho. / This work deals with the behaviour of reinforced concrete beams rehabilitated using two different techniques. One of these techniques consists of the addition of longitudinal reinforcement embedded in a plain or steel fiber reinforced high performance mortar at the tensioned face of the member. The second technique refers to the attachment of a steel plate to the bottom face of the beam, using a high performance mortar and steel connectors. Firstly, it was performed a research about the materials that are most commonly used on repair/strengthening and the recommendations prescribed in the available literature for reinforced concrete members. The work also presents a synthesis of the recent researches in this area, showing the results of some tests carried out by several authors. Next, seven experimental tests were carried out on reinforced concrete T-beams, in full-scale, in order to assess the efficiency of the two techniques mentioned. According to the results obtained on these tests, it can be concluded that beams rehabilitated through addition of steel fibers to the mortar used to cover the complementary reinforcement and metallic connectors welded to the steel plate are efficient. Also, when using steel plate, a good anchorage must be provided to prevent premature failure of the member. Finally, it can be stated that the results obtained by other researchers indicate that the rehabilitation of beams by means of the two techniques presented is feasible.
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Análise de pilares de concreto de alta resistência com adição de fibras metálicas submetidos à compressão centrada / Experimental analysis of columns in high strength concrete with steel fibers under compression load

Guimarães, Ana Elisabete Paganelli 07 May 1999 (has links)
O Concreto de Alto Desempenho (CAD) tem sido extensivamente estudado em muitos centros de pesquisas porque seu uso tem aumentado de maneira significativa na construção civil. Mas a fragilidade deste material, quando a resistência à compressão é alta, tem levado os pesquisadores a estudar maneiras de diminuir esta característica, como por exemplo aumentando as taxas de armaduras transversal e/ou longitudinal dos elementos estruturais em concreto armado. Este trabalho trata do uso de fibras adicionadas ao concreto para uso em pilares submetidos à compressão, visando dar subsídios técnicos em outra maneira de se obter ductilidade em elementos de concreto de alta resistência, utilizando taxas usuais de armadura transversal. Apresenta-se um estudo experimental sobre pilares em concreto de alto desempenho com adição de fibras metálicas, com seção transversal de 200 mm x 200 mm e altura de 1200 mm, submetidos à compressão centrada, onde o concreto apresenta uma resistência média à compressão de 80 MPa. As taxas volumétricas de fibras foram de 0,25%; 0,50%, 0,75% e 1,00%, adotaram-se taxas volumétricas de estribos de 0,55%, 0,82% e 1,63% e a taxa geométrica de armadura longitudinal de 2,41% permaneceu a mesma para todos os pilares. Percebeu-se que a ruptura dos pilares foi mais dúctil quanto maior era a quantidade de fibras adicionadas ao concreto. Na análise teórica feita com os modelos, constatou-se que somente a seção transversal do núcleo, ou seja, aquela delimitada pelos eixos dos estribos, contribui para a resistência dos pilares, para pequenas taxas de fibras adicionadas ao concreto. / High Performance Concrete (HPC) has been studied extensively at many centres of research, because of its increasing use in reinforced concrete buildings. Since HPC is a brittle material, mainly when its strength is high (HSC), studies have been done to increase its ductility. Increases in longitudinal and/or transverse steel ratios can improve the ductility of HPC elements. This work shows a research about concrete with steel fibres for columns under compression load, in another way to obtain ductility in high strength concrete elements with usual stirrups ratio. It was made a experimental studied about columns in HSC with steel fibres addition, with 20 cm x 20 cm of cross section and 120 cm high, under compression load. The concrete strength was about 80 MPa, the volumetric fibres ratio were 0,25%, 0,50%, 0,75% and 1,00%, the stirrups ratio were 0,55%, 0,82% and 1,63% and the longitudinal bars ratio was constant for all columns. It was noted that the columns failure was more ductile when the fibres ratio was higher. It was verified on theoretical analyses made with the models that only the cross-sectional core, it means the section delimited by the stirrups, effectively contributed to the load capacity of the columns.
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Reforço de pilares curtos de concreto armado por encamisamento com concreto de ultra-alto desempenho / Strengthening of short columns with jacketing for ultra-high performance concrete

Enami, Rodrigo Mazia 16 October 2017 (has links)
O presente trabalho avaliou a influência dos concretos de ultra-alto desempenho com fibras (UHPFRC) e sem fibras (UHPC) no reforço de pilares curtos de concreto armado de seção transversal circular e quadrada. Avaliou-se também a adição de armaduras adicionais de reforço e de polímeros reforçados com fibras de carbono (PRFC) em alguns pilares reforçados. Para a avaliação deste novo sistema de reforço optou-se pela realização de um programa experimental e simulações numéricas. É importante ressaltar que no programa experimental, nenhum pilar reforçado possuía seção transversal maior que a seção do pilar de referência. Foi verificado por meio do programa experimental, que as camisas de UHPC apresentaram ruína de natureza frágil e não se recomenda a sua utilização a menos que acompanhada de mecanismos que garantam adequado confinamento do pilar reforçado. Nos pilares circulares e quadrados reforçados com UHPFRC foram verificados, respectivamente, incrementos de resistência de 106,4% e 83,6% onde o concreto do cobrimento foi substituído por UHPFRC, 154,3% e 111,7% onde além da substituição do cobrimento foram inseridas armaduras adicionais e 160% e 85,6% onde houve a colocação de PRFC após a substituição do cobrimento. Todos os pilares reforçados com UHPFRC não apresentaram destacamento da camisa de reforço. Foram realizadas simulações numéricas variando a espessura da camisa de UHPFRC e do número de camadas de PRFC tanto nos pilares de seção circular como nos pilares de seção quadrada. Por meio destas simulações, notou-se que a adição de pequenos incrementos de espessura da camisa de UHPFRC, proporciona elevados incrementos de resistência ao pilar reforçado, ao passo que o aumento do número de camadas de PRFC não influenciaria significantemente no incremento de resistência e sim na ductilidade do conjunto. / The present work evaluated the influence of ultra-high performance concrete with fibers (UHPFRC) and without fibers (UHPC) on the strengthening of short columns of reinforced concrete of circular and square cross section. It was also evaluated the addition of additional reinforcement and carbon fiber reinforced polymers (PRFC) on some strengthened columns. For the evaluation of this new system of strengthening we opted for the realization of an experimental program and numerical simulations. It is important to note that in the experimental program, no strengthened columns had a larger cross section than the reference column section. It was verified through the experimental program that the UHPC shirts presented ruin of a fragile nature and their use is not recommended unless accompanied by mechanisms that guarantee adequate confinement to the strengthened columns. In the circular and square columns strengthened with UHPFRC, respectively, resistance increments of 106.4% and 83.6% were verified, where the cover concrete was replaced by UHPFRC, 154.3% and 111.7%, in addition to the substitution of additional reinforcement were inserted and 160% and 85.6% where PRFC placement was performed after the replacement of the cover. All strengthened columns with UHPFRC did not present detachment of the strengthening jacket. Numerical simulations were performed by varying the thickness of the UHPFRC jacket and the number of PRFC layers on both the circular section columns and the square section columns. Through these simulations, it was noted that the addition of small thickness increments of the UHPFRC jacket would provide high increments of strength to the strengthened columns, while increasing the number of PRFC layers would not significantly influence the increase in strength but rather ductility of the assembly.
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Estudo do concreto de alto desempenho com adição de borracha /

Pereira, Thiago Pastre. January 2016 (has links)
Orientador: Maria da Consolação Fonseca de Albuquerque / Resumo: A inserção de resíduos de borracha de pneu no concreto, embora traga melhoras em propriedades acústicas, térmicas e redução da fadiga e da vibração no concreto, tem como consequência negativa a queda da resistência à tração e à compressão. Tendo em vista tal problema, admitiu-se uma mistura de Concreto de Alto Desempenho (CAD) como referência e a partir desta, substituíram-se diferentes granulometrias de areia por resíduos de borracha, em volume. Ao encontrar a melhor resistência respectiva ao tamanho dos grãos de resíduos, aumentaram-se as proporções de substituição do material, a fim de encontrar a viabilidade do uso. Com os dados obtidos, observou-se que até 10% de substituição de areia pelo resíduo (na granulometria e traço adotado) a interferência na resistência é mínima, ou praticamente nula. Com 15% de substituição, ocorre queda drástica na resistência à compressão axial. Neste ponto, portanto, decide-se realizar adições na mistura, a fim de diminuir a queda na resistência, ocasionada pelo resíduo. Pôde-se ainda comparar os comportamentos relacionados aos diferentes processos de curas no concreto e tratamentos superficiais nos corpos de prova para ensaios de resistência (com e sem resíduos). As substituições de areia por resíduos em até 10% ocasionaram pequena queda na resistência à compressão axial. A utilização de partículas de borracha separadas na faixa granulométrica de 0,6 mm até 1,19 mm foi a melhor solução para a diminuição da queda na resistência, quando compa... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre
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Durability of precast prestressed concrete piles in marine environments

Holland, Robert Brett 05 July 2012 (has links)
In this research, two phases of work were conducted. First, an investigation into the durability concerns for precast prestressed concrete piles exposed to marine environments was conducted. The investigation characterized the durability concerns of chemical, biological, and physical deterioration mechanisms. The results of this study were used to develop potential high performance marine concretes (HPMC) that would be capable of 100+ year service lives in marine environments. Extensive durability testing and service life modeling of the HPMC was performed. Chloride ingress resistance was investigated using accelerated and long-term test procedures and the results used to perform service life modeling to predict the time before corrosion initiation. Sulfate resistance characterization was performed using multiple techniques to characterize the physical and chemical behavior of binder compositions containing binary or ternary mixes containing cement and supplementary cementitious materials (SCM's) subjected to a sulfate-laden environment. Accelerated carbonation testing and material characterization led to the finding of relationships in the chemical composition of mix designs and the observed durability and the results used to perform corrosion initiation service life modeling. An investigation into the influence of self-healing of cracked concrete led to fundamental findings on the behavior of chloride ingress for cracked concrete structures in marine environments. The results of this research led to the development of concrete mix designs capable of providing service lives over 100 years in Georgia's marine environments, as well as the advancement of the current state of knowledge on the durability characteristics of ternary mix designs.
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Efeito da resistência e da dimensão máxima característica do agregado graúdo nas propriedades mecânicas do concreto de alto desempenho / Effect of compressive strength and the maximum size of coarse aggregate characteristics on mechanical properties of high performance concrete

Rohden, Abrahão Bernardo January 2012 (has links)
O emprego de concreto com resistência à compressão ultrapassando 100 MPa e o aumento do número de aplicações do concreto de alto desempenho em diferentes regiões do país mostra que há espaço para a consolidação desta tecnologia no meio técnico nacional. Contudo na medida em que se eleva a resistência à compressão dos concretos, os agregados passam a exercer um papel cada vez mais importante no comportamento global do material. A busca constante pelo entendimento preciso da influência das características do agregado nas propriedades do concreto tem despertado o interesse de diversos trabalhos em todo o mundo. O objetivo deste trabalho foi estudar a influência da resistência à compressão da rocha e a influência da dimensão máxima característica do agregado graúdo, nas propriedades mecânicas de concretos no estado endurecido produzidos com diferentes consumos de água (200, 160, 145, 130 e 115 litros de água). Para a produção do concreto utilizou-se como referência os princípios estabelecidos no método de dosagem proposto por Mehta e Aïtcin (1990). A metodologia baseou-se em ensaios laboratoriais e no uso de ferramentas estatísticas para validação dos resultados. Com base nesses resultados obtidos foram propostos modelos de previsão de comportamento. Em termos de resistência à compressão observou-se que a influência da dimensão máxima característica é maior para concretos produzidos com consumo de água menor. Quanto à resistência do agregado, os resultados obtidos neste trabalho negam a teoria da resistência potencial do agregado. A resistência à tração mostrou-se somente influenciada pelo consumo de água. O módulo de elasticidade do concreto, no entanto foi diretamente influenciado pela resistência da rocha. / The use of concrete with compressive strength of 100 MPa and the number of applications of high performance concrete in different regions of Brazil shows that this technology seeks to consolidate the national technical means. But to the extent that amounts to the compressive strength of concrete, aggregates start to exert an increasingly important role in the global behavior of the material. The objective was to study the influence of the compressive strength of rock and the influence of maximum size of coarse aggregate characteristic, the mechanical properties of concrete in hardened produced with different water consumption (200, 160, 145, 130 and 115 liters of water). To produce the dosage of concrete was used as a reference the principles of the determination method proposed by Mehta and Aïtcin (1990). The methodology is based on laboratory tests and the use of statistical tools to validate the results. Based on these results were proposed prediction models of behavior. In terms of compressive strength was observed that the influence of the characteristic maximum dimension is greater for concretes with lower water consumption. As the aggregate’s resistance, the results obtained in this work deny the theory of the potential resistance. The tensile strength was found to be only influenced consumption of water. The modulus of elasticity of the concrete, however it was influenced by the strength of the aggregates.
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Análise experimental da durabilidade de concretos de alto desempenho com adição de resíduo de borracha de pneu e cinza da casca de arroz

Vasconcelos, Antonio Rogério Brizante de [UNESP] 10 June 2009 (has links) (PDF)
Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:20Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-06-10Bitstream added on 2014-06-13T19:11:59Z : No. of bitstreams: 1 vasconcelos_arb_me_ilha.pdf: 4839094 bytes, checksum: 05d13cac116961ecef69f12cc45b50e0 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Desde a década de 70 o Brasil vem apresentando uma maior quantidade de estruturas de concreto armado em deterioração. A preocupação com a durabilidade destas estruturas tornou-se motivo de inúmeras pesquisas visando contribuir com a qualidade e com a redução dos custos com manutenção e reparos. Este trabalho avaliou a durabilidade do concreto de alto desempenho com adições, substituindo parte de cimento e agregados presentes no concreto pela cinza da casca de arroz e borracha de pneu respectivamente. Os ensaios de durabilidade submeteram os concretos a diversos processos de degradação, como a ação da água, temperatura, sais e solução ácida. Com a análise dos resultados foi possível verificar a interferência das adições no combate às ações deletérias no concreto para os traços dosados com Sílica Ativa, Cinza da Casca de Arroz e estes dois com a adição de borracha de pneu. Em geral o estudo mostrou que a durabilidade não foi comprometida com adição dos resíduos, além disso, a borracha mostrou-se muito eficaz no combate a ação de agentes químicos, a altas temperaturas e a entrada de água. A CCA mesmo com maior diâmetro de suas partículas conseguiu resultados similares à relação à Sílica Ativa. Os resultados também mostraram os tipos de aplicação para os concretos produzidos, em relação a sua durabilidade. Para obras que necessitam de elevada resistência à compressão, expostas à água sob pressão e com contenção à entrada de íons cloreto, os traços sem borracha foram mais favoráveis. Para obras hidráulicas com baixa pressão hidrostática, que necessitam de resistência ao ataque químico e contenção de fissurações por altas temperaturas, os traços contendo borracha apresentaram melhores resultados / Since the decade of 70 Brazil is presenting a growing degradation in their structures of armed concrete. The concern with the durability of these structures became motivate of countless researches seeking to contribute with the quality and with the reduction of the costs with maintenance and repairs. This work evaluated the behavior of the durability of the high-performance concrete with additions, substituting part of cement and aggregates, in the concrete, for the rice husk ash and tire rubber respectively. The rehearsals of durability submitted the concretes to several degradation processes, as the action of the water, temperature, salts and acid solution. With the analysis of the results it was possible to verify the interference of the additions in the combat to the harmful actions in the concrete for the mixes with silica fume, rice husk ash and these two with the addition of tire rubber. In general the study showed that the durability was not committed with addition of the residues, besides, the tire rubber showed very effective in the combat of action of chemical agents, to high temperatures and the entrance of water. Same rice husk ash with larger diameter of their particles had similar results to the silica fume. The results also showed the application types for the produced of those concretes, in relation to durability. For works that need high resistance to the compression, exposed to the water under pressure and with contention to the entrance of chlorides, the lines without tire rubber were more favorable. For hydraulic works with low water pressure, that need resistance to the chemical attack and contention of cracks for high temperatures, the lines containing tire rubber presented better results

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