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SFRSCC의 섬유 방향성에 미치는 입구 속도와 점성의 영향성에 대한 수치해석
Numerical Investigation of the Density and Inlet Velocity Effects on Fiber Orientation Inside Fresh SFRSCC 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.22 no.3, 2018년, pp.16 - 20  

(세종대학교 건설환경공학과) ,  이종재 (세종대학교 건설환경공학과) ,  이종한 (대구대학교 토목공학과) ,  이건준 (대구대학교 토목공학과) ,  안윤규 (세종대학교 건축공학과)

초록
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강섬유 보강 자기충전 콘크리트(Steel Fiber Reinforced Self-Compacting Concrete, SFRSCC)는 사회기반 시설이나 초고층 빌딩, 원자력 발전 시설, 병원, 댐, 수로 등 전반적으로 널리 사용되어지고 있는 재료이다. SFRSCC는 짧고, 개별적인 보강 섬유로 인해 일반적인 자기충전 콘크리트(Self-Compacting Concrete, SCC) 보다 인장 강도, 연성, 휨 강성 등에서 뛰어난 성능을 보인다. 하지만 SFRSCC의 이러한 성능은 섬유의 방향성에 의해 크게 좌우되는 경향이 있다. 짧고 개별적인 섬유들은 타설 과정에서 섬유의 방향성을 컨트롤 할 수 없기 때문에 무분별하게 콘크리트 내에 위치하게 된다. 섬유의 방향이 제어되지 않은 상태에서 콘크리트의 경화가 진행될 경우 휨 강성과 인장 강도의 저하를 야기하고, 이는 예상 강도 미달의 원인이 될 수 있기 때문에 SFRSCC를 사용할 때 섬유의 정렬은 중요한 요소가 된다. 따라서 본 연구에서는 유한 요소법을 사용하여 타설 공정 중 콘크리트 매트리스의 점도 및 입구 속도가 섬유 방향에 미치는 영향에 대해 분석하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Steel Fiber reinforced self-compacting concrete (SFRSCC) has been widely used in a number of structures, such as ordinary civil infrastructures, sky scrapers, nuclear power plants, hospitals, dams, channels and etc. Thanks to its short and discrete reinforcing fibers, its performance, including tens...

주제어

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제안 방법

  • , density of viscous liquid (as representative of concrete matrix). For this case of study, three different densities were chosen as 1200, 1800 and 2300 kg/m3 to represent the density effect over fiber rotation in viscous liquid, and rest of the parameters remained the same for all three simulation cases. After finishing simulation, fiber orientation acquisition was done in every five centimeter starting from the end of converging sides.
  • In order to make a comparison for this case of study, three different initial inlet velocities were chosen to be simulated; 0.1 m/s, 0.3 m/s and 0.5 m/s. According to Fig.
  • , 2007). The results of the simulations carried out for various values of the rheological parameters (Bingham model) helped to choose the target value of the minimum fluidity needed to cast the element. However, there is not much computational numerical method in case of considering fiber orientation during pumping process of concrete.
  • Then, an investigation was carried out in order to identify the effects of liquid’s density and inlet velocity on fiber orientation and alignment within different location in nozzle.
  • In this present study, affected parameters in case of numerical simulation of a viscous liquid (representative of concrete matrix in simplified simulation) and steel fibers during pumping process inside novel and exclusively designed nozzle, were discussed. two important parameters in this study were considered and their fluctuations were simulated and further on, were evaluated.

이론/모형

  • This paper was carried out through Technology Advancement Research Program (17CTAP-C132963-01) funded by the Ministry of Land, Infrastructure and Transport (MOLIT) of Korea government and Korea Agency for Infrastructure Technology Advancement (KAIA). Thank you for research support.
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참고문헌 (9)

  1. Boulekbache. B., Hamrat, M., Chemrouk, M., and Amziane, S. (2010), Flowability of fibre-reinforced concrete and its effect on the mechanical properties of the material, Construction and Building Materials, 24, 1664-1671. 

  2. K. V. Sharp, and R. J. Adrian. (2004), Transition from laminar to turbulent flow in liquid filled microtubes, Experiments in Fluids, 36, 741-747. 

  3. Lee, Jong-Han, Azad, Ali, Lee, Jong-Jae, and AN, Yun-Kyu. (2017). Numerical Investigation on Nozzle Shapes in the Alignment of Steel Fibers, KSCE conference. 

  4. Liberato Ferrara, Massimiliano Cremonesi, Nathan Tregger, Attilio Frangi, Surendra P. Shah. (2012), On the identification of rheological properties of cement suspensions: Rheometry, Computational Fluid Dynamics modeling and field test measurements. Cement and Concrete Research, 42, 1134-1146. 

  5. Manuel Hambach, Hendrik Moller, Thomas Neumann, Dirk Volkmer. (2016), Portland cement paste with aligned carbon fibers exhibiting exceptionally high flexural strength (N 100 MPa). Cement and Concrete Research, 89, 80-86. 

  6. N. Roussel, S. Staquet, L. D'aloia Schwarzentruber, R. Le Roy, F. Toutlemonde. (2007), SCC casting prediction for the realization of prototype VHPC-precambered composite beams, Materials and Structures, 40, 877-887. 

  7. West, R. P. (2015), Design issues in the alignment of steel fibers in concrete slabs using a magnetic fin, Concrete Floors and Slabs, 1, 35-44. 

  8. Yurong He, Yi Jin, Haisheng Chen, Yulong Ding, Daqiang Cang, and Huilin Lu. (2007), Heat transfer and flow behaviour of aqueous suspensions of TiO2 nanoparticles (nanofluids) flowing upward through a vertical pipe. International Journal of Heat and Mass Transfer, 50, 2272-2281. 

  9. Zhou, B., and Yuichi, U. (2013), Fiber orientation in ultra-high performance fiber reinforced concrete and its visualization, VIII International Conference on Fracture Mechanics of Concrete and Concrete Structures (FraMCoS-8), Paper no. 160. 

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