3 5 5 ‘ . $ i ; : , . . k 3 . 3 5 3 . . ) . : . ) . E . fi g m g 1 : $ 1 . n . V , . w 3 : E u . v . 2 u l 2 g . r k 1 5 a 1 i . 3 ! 1 . . . f D u . h — 7 ’ t u ‘ L u . 3 I . . . u n a i m " M a u d ; a n » : x . . . . . L I B R A R Y M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y T h i s i s t o c e r t i f y t h a t t h e t h e s i s e n t i t l e d E N H A N C E M E N T O F C O N C R E T E - B A S E D S A N I T A R Y S E W E R I N F R A S T R U C T U R E T H R O U G H S Y N T H E T I C F I B E R R E I N F O R C E M E N T p r e s e n t e d b y S H E R V I N J A H A N G I R N E J A D ‘ h a s b e e n a c c e p t e d t o w a r d s f u l f i l l m e n t o f t h e r e q u i r e m e n t s f o r t h e M S . d e g r e e i n C I V I L E N G I N E E R I N G q t . \ \ ‘ l ? \ — — — \ M a j o r P r o f e s s o r ’ s S i g n a t u r e 7 / 1 ( / J ” D a t e M S U i s a n A f fi r m a t i v e A c t i o n / E q u a l O p p o r t u n i t y I n s t i t u t i o n P L A C E I N R E T U R N B o x t o r e m o v e t h i s c h e c k o u t f r o m y o u r r e c o r d . T O A V O I D F I N E S r e t u r n o n o r b e f o r e d a t e d u e . M A Y B E R E C A L L E D w i t h e a r l i e r d u e d a t e i f r e q u e s t e d . D A T E D U E D A T E D U E D A T E D U E 6 / 0 1 c : / C I R C I D a t e D u o . p 6 5 - p . 1 5 E N H A N C E M E N T O F C O N C R E T E - B A S E D S A N I T A R Y S E W E R I N F R A S T R U C T U R E T H R O U G H S Y N T H E T C F I B E R R E I N F O R C E M E N T B y S h e r v i n J a h a n g i r n e j a d A T H E S I S S u b m i t t e d t o M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y i n p a r t i a l f u l fi l l m e n t o f t h e r e q u i r e m e n t s f o r t h e d e g r e e o f M A S T E R O F S C I E N C E D e p a r t m e n t o f C i v i l a n d E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g 2 0 0 5 A B S T R A C T E N H A N C E M E N T O F C O N C R E T E - B A S E D S A N I T A R Y S E W E R I N F R A S T R U C T U R E T H R O U G H S Y N T H E T I C F I B E R R E I N F O R C E M E N T B y S h e r v i n J a h a n g i r n e j a d A c o m p r e h e n s i v e l i t e r a t u r e r e v i e w w a s c O n d u c t e d o n fi b e r - r e i n f o r c e d c o n c r e t e , w h i c h p r o v i d e d a b a s i s f o r u s e o f s y n t h e t i c fi b e r s i n c o n c r e t e - b a s e d i n f r a s t r u c t u r e . T h e f o c u s o f t h i s r e s e a r c h w a s t o d e v e l o p s t r u c t u r a l d e s i g n s w i t h s y n t h e t i c fi b e r s , t o i n c r e a s e t h e p r o t e c t i v e c o n c r e t e c o v e r o v e r s t e e l , a n d t h e s e r v i c e l i f e o f c o n c r e t e p i p e s i n s a n i t a r y s e w e r s y s t e m s . A n i n d u s t r i a l - s c a l e p r o d u c t i o n a n d t e s t p r o g r a m w a s i m p l e m e n t e d t o v e r i f y t h e c o n s t r u c t a b i l i t y a n d s t r u c t u r a l p e r f o r m a n c e o f c o n c r e t e p i p e s i n c o r p o r a t i n g s y n t h e t i c fi - b e r s . T h e r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t s y n t h e t i c fi b e r s e n a b l e d e s i g n o f p i p e s w i t h i n c r e a s e d p r o - t e c t i v e c o n c r e t e c o v e r o v e r s t e e l ( f o r i m p r o v e d d u r a b i l i t y ) , w i t h a d e q u a t e s t r e n g t h a n d d u c t i l i t y . R e fi n e d m a t e r i a l s a n d d e s i g n s w e r e f o u n d t o b e c o m p a t i b l e w i t h c o n v e n t i o n a l p i p e p r o d u c t i o n p r a c t i c e s . A n a l y t i c a l m o d e l s w e r e d e v e l o p e d f o r p r e d i c t i o n o f t h e l o a d - c a r r y i n g c a p a c i t y o f fi b e r - r e i n f o r c e d c o n c r e t e p i p e s , w i t h o r w i t h o u t s t e e l r e i n f o r c e m e n t . T h e s e m o d e l s p r o - v i d e d a r e a s o n a b l e b a s i s t o p r e d i c t t h e e x p e r i m e n t a l v a l u e s o f t h e l o a d - c a r r y i n g c a p a c i t y o f c o n c r e t e p i p e s . T o m y w i f e , a n d m y f a m i l y i i i A C K N O W L E D G E M E N T S I w o u l d l i k e t o e x p r e s s m y d e e p e s t g r a t i t u d e t o m y m a j o r p r o f e s s o r a n d r e s e a r c h a d v i s o r , D r . P a r v i z S o r o u s h i a n , f o r h i s i n s t r u c t i o n a n d g u i d a n c e d u r i n g m y M a s t e r ’ s s t u d y , a n d h i s p a t i e n c e , a n d k i n d n e s s t o w a r d s m e . W i t h o u t h i s h e l p a n d c o n t r i b u t i o n , I c o u l d n o t p e r f o r m t h i s r e s e a r c h p r o g r a m . I w i s h t o e x p r e s s m y t h a n k s t o D r . R o n a l d H a r i c h a n d r a n a n d D r . R i g o b e r t o B u r g u e fi o f o r t h e i r a d v i c e a n d c o m m e n t s d u r i n g m y M a s t e r ’ s s t u d y . S p e c i a l t h a n k s t o m y w i f e w h o g r e a t l y h e l p e d m e d u r i n g t h e t e r m o f t h i s r e s e a r c h b y h e r u n d e r s t a n d i n g , s a c r i fi c e , a n d s u p p o r t . i v T A B L E O F C O N T E N T S L I S T O F T A B L E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v i i i L I S T O F F I G U R E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x i i C H A P T E R 1 I N T R O D U C T I O N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 . 1 C o n c r e t e B a s e d S e w e r S y s t e m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 . 2 T h e s i s O r g a n i z a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 C H A P T E R 2 F I B E R R E I N F O R C E D C O N C R E T E : F U N D A M E N T A L C O N C E P T S , T H E O R I E S A N D A P P L I C A T I O N S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2 . 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ' . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2 . 2 B a s i c C o n c e p t s a n d C l a s s e s o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 2 . 2 . 1 S t r u c t u r e o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 2 . 2 . 2 S p a c i n g o f F i b e r s i n C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 2 . 2 . 3 F i b e r W e i g h t F r a c t i o n V e r s u s V o l u m e F r a c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 2 . 2 . 4 F i b e r C o u n t P e r U n i t V o l u m e o f C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 2 . 2 . 5 F i b e r S u r f a c e A r e a P e r U n i t V o l u m e o f C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 2 . 3 F i b e r I n t e r a c t i o n s w i t h M a t r i x D a m a g e M e c h a n i s m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 2 . 3 . 1 S t r e s s C o n t r o l a n d D a m a g e S u p p r e s s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 2 . 3 . 2 M i c r o c r a c k C o n t r o l a n d D a m a g e S t a b i l i z a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 2 . 3 . 3 C r a c k C o n t r o l a n d F a i l u r e I n h i b i t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 2 . 3 . 4 P r a c t i c a l I m p l i c a t i o n s o f M i c r o c r a c k a n d C r a c k C o n t r o l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 2 . 4 P r o p e r t i e s o f S y n t h e t i c F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 2 . 5 E f f e c t s o f F i b e r s i n F r e s h c o n c r e t e M i x t u r e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 2 . 6 T e s t i n g o f F r e s h a n d H a r d e n e d F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 2 . 6 . 1 W o r k a b i l i t y o f F r e s h F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 2 . 6 . 2 R e s t r a i n e d P l a s t i c S h r i n k a g e o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 2 . 6 . 3 R e s t r a i n e d D r y i n g S h r i n k a g e R e s i s t a n c e o f F i b e r r e i n f o r c e d C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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. . . . . . 4 7 2 . 7 P r o p e r t i e s o f S y n t h e t i c F i b e r r e i n f o r c e d C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 9 2 . 7 . 1 F r e s h M i x W o r k a b i l i t y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 9 2 . 7 . 2 R e s i s t a n c e t o R e s t r a i n e d P l a s t i c S h r i n k a g e C r a c k i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2 2 . 7 . 3 R e s i s t a n c e t o R e s t r a i n e d D r y i n g S h r i n k a g e C r a c k i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 4 2 . 7 . 4 C o m p r e s s i v e B e h a v i o r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5 2 . 7 . 5 F l e x u r a l B e h a v i o r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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t e S t r u c t u r a l E l e m e n t s w i t h F i b e r R e i n f o r c e m e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 7 2 . 9 . 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 7 2 . 9 . 2 D e s i g n E q u a t i o n s f o r F l e x u r a l S t r e n g t h o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e S t r u c t u r a l E l e m e n t s w i t h C o n v e n t i o n a l S t e e l R e i n f o r c e m e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 7 2 . 9 . 3 D e s i g n E q u a t i o n s f o r C o n t r i b u t i o n s o f F i b e r R e i n f o r c e m e n t t o S h e a r S t r e n g t h o f R e i n f o r c e d C o n c r e t e S t r u c t u r a l E l e m e n t s . . . . . . . . . . . . . . . 7 1 2 . 1 0 A p p l i c a t i o n s a n d A d v a n t a g e s o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2 2 . 1 0 . 1 H i s t o r i c a l B a c k g r o u n d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2 2 . 1 0 . 2 A G e n e r a l R e v i e w o f fi b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e A p p l i c a t i o n s . . . . . . . . . 7 2 2 . 1 0 . 2 . 1 N o n - S t r u c t u r a l A p p l i c a t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2 2 . 1 0 . 2 . 2 S t r u c t u r a l A p p l i c a t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 8 2 . 1 0 . 3 S u m m a r y R e v i e w o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e a p p l i c a t i o n s . . . . . . . . . . . 8 0 2 . 1 0 . 4 P r a c t i c a l a n d C o s t C o n s i d e r a t i o n s i n U s e o f F i b e r s i n C o n c r e t e . . . . . . . 8 7 2 . 1 0 . 5 E x a m p l e A p p l i c a t i o n s a n d A d v a n t a g e s o f S y n t h e t i c F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2 2 . 1 0 . 5 . 1 S l a b s - o n - G r a d e a n d S h r i n k a g e C r a c k C o n t r o l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 4 2 . 1 0 . 5 . 2 S h o t c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 6 2 . 1 0 . 5 . 3 P r e c a s t C o n c r e t e P r o d u c t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 8 2 . 1 0 . 5 . 4 S t u c c o a n d D e c o r a t i v e C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 0 2 . 1 0 . 5 . 5 S t r u c t u r a l A p p l i c a t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 2 2 . 1 1 D e s i g n o f J o i n t S p a c i n g f o r F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 4 2 . 1 2 S o m e P r a c t i c a l C o n s i d e r a t i o n s i n U s e o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . 1 0 7 2 . 1 3 G u i d e l i n e s t o w a r d s S t a n d a r d D e v e l o p m e n t f o r U s e o f S y n t h e t i c F i b e r s i n C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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a t e r i a l a n d P i p e R e i n f o r c e m e n t C o n d i t i o n s : F i r s t P r o d u c t i o n S e r i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 5 3 . 1 . 3 M a t e r i a l a n d P i p e R e i n f o r c e m e n t C o n d i t i o n s : S e c o n d P r o d u c t i o n S e r i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 9 3 . 2 E x p e r i m e n t a l E v a l u a t i o n o f C o n c r e t e P i p e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 3 3 . 2 . 1 T h r e e - E d g e B e a r i n g T e s t P r o c e d u r e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 3 3 . 2 . 2 T h r e e - E d g e B e a r i n g T e s t R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 6 v i 3 . 2 . 3 J o i n t S h e a r T e s t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 8 3 . 3 D e s i g n a n d L i f e - C y c l e C o s t A n a l y s i s o f C o n c r e t e P i p e s w i t h S y n t h e t i c F i b e r a n d S t e e l R e i n f o r c e m e n t f o r I m p r o v e d D u r a b i l i t y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 1 3 . 4 C o n c l u s i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 4 C H A P T E R 4 D E V E L O P M E N T O F S T R U C T U R A L D E S I G N M E T H O D O L O G I E S F O R C O N C R E T E P I P E S W I T H S T E E L A N D S E C O N D A R Y S Y N T H E T I C F I B E R R E I N F O R C E M E N T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 9 4 . 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 9 4 . 2 D e s i g n E q u a t i o n s f o r 3 - E d g e B e a r i n g L o a d o n P i p e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 2 4 . 2 . 1 U l t i m a t e F l e x u r a l S t r e n g t h o f S t e e l R e i n f o r c e d C o n c r e t e P i p e s . . . . . . . . 1 5 2 4 . 2 . 2 0 . 0 1 ” C r a c k F l e x u r a l S t r e n g t h o f S t e e l R e i n f o r c e d C o n c r e t e P i p e s . . 1 5 4 4 . 2 . 3 C o n c r e t e P i p e s W i t h o u t S t e e l R e i n f o r c e m e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 7 4 . 3 M o d i fi c a t i o n s o f D e s i g n E q u a t i o n s f o r t h e E f f e c t s o f S y n t h e t i c F i b e r s . . . . . . . . . . . 1 5 9 4 . 3 . 1 U l t i m a t e F l e x u r a l S t r e n g t h o f S t e e l R e i n f o r c e d C o n c r e t e P i p e s w i t h F i b e r R e i n f o r c e m e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 9 4 . 3 . 1 . ] D e s i g n E q u a t i o n s W h e n F i b e r R u p t u r e D o m i n a t e s . . . . . . . . . . . . 1 6 0 4 . 3 . 1 . 2 D e s i g n E q u a t i o n s W h e n F i b e r P u l l - O u t D o m i n a t e s . . . . . . . . . . . 1 6 2 4 . 3 . 2 F l e x u r a l S t r e n g t h a t 0 . 0 1 ” C r a c k W i d t h f o r S t e e l R e i n f o r c e d C o n c r e t e P i p e s w i t h fi b e r R e i n f o r c e m e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 4 4 . 3 . 3 F l e x u r a l S t r e n g t h o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e P i p e s w i t h o u t S t e e l R e i n f o r c e m e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 4 4 . 4 P a r a m e t r i c S t u d y a n d D i s c u s s i o n o n R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 6 4 . 5 C o n c l u s i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 9 C H A P T E R 5 C O N C L U S I O N S A N D F U T U R E R E S E A R C H N E E D S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 0 5 . 1 C o n c l u s i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 0 5 . 2 F u t u r e R e s e a r c h N e e d s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 3 A P P E N D I C E S A P P E N D I X A . S l u m p E x p e r i m e n t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 5 A P P E N D I X B . R e s t r a i n e d P l a s t i c S h r i n k a g e E x p e r i m e n t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 5 A P P E N D I X C . R e s t r a i n e d D r y i n g S h r i n k a g e E x p e r i m e n t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 5 A P P E N D I X D . F l e x u r a l S t r e n g t h E x p e r i m e n t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 4 A P P E N D I X E . F l e x u r a l T o u g h n e s s E x p e r i m e n t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 0 A P P E N D I X F . F a t i g u e E x p e r i m e n t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 9 A P P E N D I X G . I m p a c t E x p e r i m e n t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 3 A P P E N D I X H . A b r a s i o n E x p e r i m e n t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 7 R E F E R E N C E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 9 v i i L I S T O F T A B L E S 2 . 1 . T y p i c a l V a l u e s o f F i b e r S p a c i n g f o r F i b e r V o l u m e F r a c t i o n o f 0 . 2 % . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 2 . 2 . F i b e r W e i g h t F r a c t i o n s f o r a C o n s t a n t F i b e r V o l u m e F r a c t i o n o f 0 . 2 % . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 2 . 3 . E x a m p l e s o f F i b e r C o u n t p e r U n i t V o l u m e a t a C o n s t a n t F i b e r V o l u m e F r a c t i o n o f 0 . 2 % . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 2 . 4 . C o m p a r i s o n o f F i b e r s B a s e d o n D a m a g e S u p p r e s s i o n C r i t e r i a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 2 . 5 . C o m p a r i s o n o f S t e e l a n d S y n t h e t i c F i b e r s a t D a m a g e S t a b i l i z a t i o n S t a g e o f B e h a v i o r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 2 . 6 . C o m p a r i s o n o f S t e e l a n d S y n t h e t i c F i b e r s a t C r a c k C o n t r o l a n d F a i l u r e I n h i b i t i o n S t a g e o f B e h a v i o r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 2 . 7 . P r o p e r t i e s o f S y n t h e t i c F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 2 . 8 . A S T M T e s t P r o c e d u r e s A p p l i c a b l e t o F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 8 2 . 9 . F a i l u r e M o d e s o f T y p i c a l S t r u c t u r a l M e m b e r s a n d P e r f o r m a n c e I m p r o v e m e n t s b y F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 9 2 . 1 0 . A p p l i c a t i o n s o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 0 2 . 1 1 . J o i n t S p a c i n g o f S l a b - O n - G r a d e i n T e r m s o f F i b e r R e i n f o r c e m e n t C o n d i t i o n . . . . . . . . . 1 0 6 3 . 1 . S u c c e s s f u l l y P r o d u c e d S e r i e s O n e P i p e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 6 3 . 2 . S u m m a r y P r e s e n t a t i o n o f D i f f e r e n t L o a d L e v e l s i n T h r e e - E d g e B e a r i n g T e s t s o n P i p e s o f F i r s t S e r i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 8 3 . 3 . S u c c e s s f u l l y P r o d u c e d S e r i e s T w o P i p e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 3 3 . 4 . S u m m a r y P r e s e n t a t i o n o f D i f f e r e n t L o a d L e v e l s i n T h r e e - E d g e B e a r i n g T e s t s o n P i p e s o f S e c o n d S e r i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 3 3 . 5 . A l t e r n a t i v e D e s i g n s o f C o n c r e t e P i p e s w i t h D i f f e r e n t C o v e r T h i c k n e s s , a n d S y n t h e t i c F i b e r a n d S t e e l R e i n f o r c e m e n t C o m b i n a t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 1 3 . 6 . I n i t i a l a n d L i f e - C y c l e C o s t s O v e r 6 0 Y e a r s f o r D i f f e r e n t C o n c r e t e P i p e D e s i g n s . . . . . . 1 4 3 v i i i 4 . 1 . G e o m e t r i c A t t r i b u t e s o f P V A F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 6 4 . 2 . E x p e r i m e n t a l R e s u l t s a n d A n a l y t i c a l P r e d i c t i o n s o f t h e U l t i m a t e F l e x u r a l S t r e n g t h o f D i f f e r e n t P i p e s w i t h V a r i o u s C o m b i n a t i o n s o f S t e e l a n d S y n t h e t i c F i b e r R e i n f o r c e m e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 7 A . 1 . R e f e r e n c e t o D i f f e r e n t F i b e r R e s u l t s ’ T a b l e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 6 A . 2 . S t e e l F i b e r a n d M i x P r o p e r t i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 7 A 3 . S t e e l F i b e r S l u m p R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 9 A 4 . P l a i n C o n c r e t e M i x . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 1 A 5 . P l a i n C o n c r e t e S l u m p R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 2 A 6 . S y n t h e t i c F i b e r M i x a n d S l u m p R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 3 B ] . T e s t M e t h o d I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 6 B . 2 . T e s t M e t h o d 1 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 7 8 . 3 . R e s u l t s f r o m S h r i n k a g e T e s t R e s u l t s ( 4 8 h a f t e r c a s t i n g ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 8 B 4 . T i m e o f C r a c k A p p e a r a n c e i n F r e s h M o r t a r s E x p o s e d t o R e s t r a i n e d S h r i n k a g e . . . . . . . 1 8 9 8 . 5 P o l y p r o p y l e n e M i x p r o p o r t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 2 B 6 . C o n c r e t e M i x e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 4 8 . 7 . M o r t a r M i x e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 5 8 . 8 . P r o p e r t i e s o f P o l y e s t e r F i b e r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 1 B 9 . M i x P r o p o r t i o n s F o r S u b s t r a t e B a s e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 1 B . 1 0 . M i x P r o p o r t i o n f o r O v e r l a y C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 1 B . 1 1 . R a t e o f F r e e S u r f a c e W a t e r E v a p o r a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 1 8 . 1 2 . C r a c k O b s e r v a t i o n s f o r M i x A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 2 B . 1 3 . C r a c k O b s e r v a t i o n s f o r M i x B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 3 8 . 1 4 . C r a c k O b s e r v a t i o n s f o r M i x C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 4 i x C . 1 . D i f f e r e n t F i b e r a n d M i x P r o p e r t i e s a n d R e f e r e n c e t o R e s u l t s ’ T a b l e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 7 C 2 R i n g T e s t P e r f o r m e d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 2 C 3 . C o n c r e t e m i x e s u s e d f o r r i n g t e s t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 2 C 4 . R e s u l t s o f r e s t r a i n e d s h r i n k a g e t e s t f o r t e s t s e r i e s R 1 1 - R 1 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 8 D . 1 . F i b e r P r o p e r t i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 7 D 2 F l e x u r a l , S p l i t t i n g T e n s i l e a n d C o m p r e s s i v e S t r e n g t h s o f V a r i o u s F i b e r R e i n f o r c e d M o r t a r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 7 D 3 . M i x t u r e P r o p o r t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 8 D 4 . P r o p e r t i e s o f F r e s h C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 8 D 5 . F i r s t C r a c k S t r e n g t h a n d M a x i m u m F l e x u r a l S t r e n g t h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 9 D 6 . P r o p e r t i e s o f F r e s h C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 0 D 7 . S t r e n g t h R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 0 D 8 . M i x P r o p o r t i o n s a n d F r e s h M i x P r o p e r t i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 1 D 9 . H a r d e n e d M a t e r i a l T e s t R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 2 D . 1 0 . P r o p e r t i e s o f F i b e r s I n v e s t i g a t e d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 3 D . 1 1 . S t a t i c a n d I m p a c t R e s u l t s f o r F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e B e a m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 4 D . 1 2 . M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f F i b e r R e i n f o r c e d c o n c r e t e M i x e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 5 D . 1 3 . E x p e r i m e n t a l P r o g r a m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 6 D . 1 4 . R e s u l t s o f t h e E x p e r i m e n t a l P r o g r a m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 7 D . 1 5 . F l e x u r a l S t r e n g t h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 9 E l . P r o p e r t i e s o f c a r b o n , s t e e l , a n d P P fi b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 2 B . 2 . C o n c r e t e M i x P r o p o r t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 2 E 3 . M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f F i b e r - R e i n f o r c e d C o n c r e t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 2 E 4 . M a t e r i a l P r o p e r t i e s o f M i x . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 3 E . 5 . F l e x u r a l T o u g h n e s s R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 4 E 6 . M a t e r i a l P r o p e r t i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 6 E 7 . T o u g h n e s s I n d i c e s R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 7 E 8 . P h y s i c a l P r o p e r t i e s o f F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 8 E 9 . R e s u l t s o f T o u g h n e s s I n d i c e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 8 R ] . D i f f e r e n t F i b e r a n d M i x P r o p e r t i e s a n d R e f e r e n c e t o R e s u l t s ’ F i g u r e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . l . . . 2 5 1 F . 2 . F a t i g u e t e s t r e s u l t s o n S t e e l fi b e r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 2 F 3 . F a t i g u e T e s t R e s u l t s ( P o l y p r o p y l e n e ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 5 F 4 . C o m p r e h e n s i v e a n d F l e x u r a l S t r e n g t h R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 6 F . 5 . M i x Q u a n t i t i e s a n d D e s i g n a t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 8 F . 6 . F i b e r Q u a n t i t i e s a n d D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 9 F . 7 . F a t i g u e T e s t r e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 0 G . 1 . T e s t M e t h o d ( 1 ) D r o p W e i g h t T e s t ( F i g u r e G . 2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 5 G 2 . I m p a c t r e s i s t a n c e a n d r e l a t i v e fi a c t u r e s t r e n g t h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 2 G 3 . M i x P r o p o r t i o n s f o r V a r i o u s M i x e s a r r i v e d B a s e d o n t h e M e t h o d o l o g y A d o p t e d . . . . 2 7 3 G A . I m p a c t R e s i s t a n c e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 5 H . 1 . F i b e r C h a r a c t e r i s t i c s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 1 H . 2 . E f f e c t o f C u r i n g R e g i m e n o n C o m p r e s s i v e S t r e n g t h a n d A b r a s i o n R e s i s t a n c e . . . . . . . . . 2 8 1 H . 3 . S u m m a r y o f C A N M E T M i x t u r e P r o p o r t i o n s a n d S t r e n g t h D a t a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 4 H A . P r o p e r t i e s o f C a r b o n F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 5 H . 5 . D e p t h o f W e a r ( m m , d : 9 % ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 5 H . 6 . C o m p o n e n t s a n d M i x P r o p o r t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 6 H . 7 . M i x t u r e P r o p o r t i o n s f o r M 2 0 a n d M 4 0 C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 7 x i L I S T O F F I G U R E S 1 . 1 . A n E x a m p l e o f D a m a g e t o R e i n f o r c e d C o n c r e t e C a u s e d b y M i c r o b i a l - I n d u c e d C o r r o s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 . 2 . S c h e m a t i c P r e s e n t a t i o n o f t h e P r o c e s s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 . 3 . S t r u c t u r a l C o n s i d e r a t i o n s i n R e i n f o r c e d C o n c r e t e P i p e D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 . 1 . F i b e r O r i e n t a t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 2 . 2 . F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 2 . 3 . D i s r u p t i o n o f P a c k i n g o f C e m e n t P a r t i c l e s b y F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 2 . 4 . M i c r o s t r u c t u r e o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 2 . 5 . S t r e s s C o n t r o l a n d D a m a g e S u p p r e s s i o n A c t i o n o f F i b e r s i n C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 2 . 6 . E f f e c t o f F i b e r S p a c i n g o n T e n s i l e a n d F l e x u r a l S t r e n g t h o f C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 2 . 7 . M i c r o c r a c k C o n t r o l a n d D a m a g e S t a b i l i z a t i o n b y F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 2 . 8 . I n h i b i t i o n o f U n s t a b l e M i c r o c r a c k P r o p a g a t i o n b y F i b e r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 2 . 9 . C r a c k C o n t r o l a n d F a i l u r e I n h i b i t i o n A c t i o n o f F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 2 . 1 0 . F i b e r D e b o n d i n g f o r P u l l - O u t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 2 . 1 1 . D i v e r s i t y o f t h e T e n s i l e B e h a v i o r o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 2 . 1 2 . E x a m p l e s o f T e n s i l e S t r e s s - S t r a i n C u r v e s o f S y n t h e t i c F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 2 . 1 3 . E f f e c t o f A g g r e g a t e S i z e o n F i b e r D i s p e r s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 2 . 1 4 . F r e s h M i x W o r k a b i l i t y T e s t S e t - U p s A p p l i c a b l e t o F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . . . . . . . . 3 5 2 . 1 5 . C o r r e l a t i o n s b e t w e e n D i f f e r e n t F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e F r e s h M i x W o r k a b i l i t y T e s t R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 2 . 1 6 . R e s t r a i n e d P l a s t i c S h r i n k a g e T e s t S e t - U p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8 x i i 2 . 1 7 . R e s t r a i n e d D r y i n g S h r i n k a g e T e s t S e t - U p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 9 2 . 1 8 . A S T M C 1 0 1 8 F l e x u r e T e s t S e t - U p a n d I n t e r p r e t a t i o n o f F l e x u r a l L o a d - D e fl e c t i o n C u r v e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3 2 . 1 9 . A S T M C 1 3 9 9 R e s i d u a l S t r e n g t h T e s t S e t - U p a n d R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4 2 . 2 0 . I m p a c t T e s t S e t - U p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4 2 . 2 1 . T y p i c a l E f f e c t s o f F i b e r L e n g t h a n d C o n t e n t o n F r e s h M i x W o r k a b i l i t y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 0 2 . 2 2 . T h e W a t e r / C e m e n t R a t i o N e e d e d f o r M a i n t a i n i n g 5 0 m m S l u m p v e r s u s F i b e r C o n t e n t a n d L e n g t h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1 2 . 2 3 . E f f e c t s o f S y n t h e t i c F i b e r s o n S l u m p o f F r e s h C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2 2 . 2 4 . R e s t r a i n e d P l a s t i c S h r i n k a g e C r a c k i n g T e s t R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 3 2 . 2 5 . R e s t r a i n e d D r y i n g S h r i n k a g e C r a c k i n g T e s t R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5 2 . 2 6 . T y p i c a l E f f e c t s o f F i b e r R e i n f o r c e m e n t o n C o m p r e s s i v e S t r e s s - S t r a i n B e h a v i o r o f C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 6 2 . 2 7 . T y p i c a l E f f e c t s o f F i b e r R e i n f o r c e m e n t o n F l e x u r a l L o a d - D e fl e c t i o n B e h a v i o r o f C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 7 2 . 2 8 . F l e x u r a l S t r e n g t h T e s t R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 8 2 . 2 9 . S u m m a r y P r e s e n t a t i o n o f F l e x u r a l T o u g h n e s s T e s t R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 9 2 . 3 0 . S u m m a r y P r e s e n t a t i o n o f F a t i g u e T e s t R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 0 2 . 3 1 . S u m m a r y P r e s e n t a t i o n o f I m p a c t R e s i s t a n c e ( F i r s t - C r a c k ) T e s t R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 2 . 3 2 . S u m m a r y P r e s e n t a t i o n o f A b r a s i o n R e s i s t a n c e T e s t R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3 2 . 3 3 . G e o m e t r i c A t t r i b u t e s o f F i b e r s w i t h C i r c u l a r a n d T r i a n g u l a r C r o s s - S e c t i o n s . . . . . . . . . . . . 6 6 2 . 3 4 . T y p i c a l F l e x u r a l B e h a v i o r o f P l a i n C o n c r e t e v e r s u s F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e s w i t h D i f f e r e n t F i b e r V o l u m e F r a c t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 8 2 . 3 5 . F l e x u r a l S t r a i n a n d S t r e s s D i s t r i b u t i o n s i n C r a c k e d F i b e r C o n c r e t e S e c t i o n s . . . . . . . . . . . . . 6 8 2 . 3 6 . D e s i g n A s s u m p t i o n s f o r F l e x u r a l A n a l y s i s o f S i n g l y R e i n f o r c e d C o n c r e t e B e a m s w i t h F i b e r R e i n f o r c e m e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 0 x i i i 2 . 3 7 . S l a b - O n - G r a d e a n d S h r i n k a g e C r a c k C o n t r o l A p p l i c a t i o n s o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 5 2 . 3 8 . S h o t c r e t e A p p l i c a t i o n s o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 7 2 . 3 9 . P r e c a s t A p p l i c a t i o n s o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 9 2 . 4 0 . S t u c c o a n d D e c o r a t i v e A p p l i c a t i o n s o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 1 2 . 4 1 . E x a m p l e s o f S t r u c t u r a l A p p l i c a t i o n s o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 3 3 . 1 . A d d i t i o n o f N e w A d m i x t u r e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 3 3 . 2 . A g g r e g a t e s B e i n g C a r r i e d t o t h e B a t c h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 3 3 . 3 . S t e e l C a g e o n t h e B o t t o m R i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 4 3 . 4 . C a r r y i n g t h e C a g e t o t h e C o r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 4 3 . 5 . A d j u s t m e n t o f S t e e l C a g e i n t o M o l d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 4 3 . 6 . P o u r i n g o f C o n c r e t e i n t o M o l d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 4 3 . 7 . P l a c i n g t h e T o n g u e M o l d o n t o C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 4 3 . 8 . C o m p a c t i o n u n d e r P r e s s u r e & V i b r a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 4 3 . 9 . I m m e d i a t e D e m o l d i n g o f C o n c r e t e P i p e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 5 3 . 1 0 . P r e p a r a t i o n o f C o n c r e t e S p e c i m e n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 5 3 . 1 1 . S c h e m a t i c s o f 3 - E d g e B e a r i n g T e s t S e t - U p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 3 3 . 1 2 . 3 - E d g e B e a r i n g T e s t S e t - U p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 3 3 . 1 3 . F r o n t V i e w o f 3 - E d g e B e a r i n g T e s t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 4 3 . 1 4 . L o a d i n g S t r i p s i n 3 - E d g e B e a r i n g T e s t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 4 3 . 1 5 . L o a d C e l l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 4 3 . 1 6 . D i s p l a c e m e n t T r a n s d u c e r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 4 3 . 1 7 . F i r s t V e r t i c a l C r a c k I n s i d e o f t h e P i p e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 5 x i v 3 . 1 8 . S e c o n d H o r i z o n t a l C r a c k O u t s i d e o f t h e P i p e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 5 3 . 1 9 . G l o b a l V i e w o f S e c o n d H o r i z o n t a l C r a c k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 5 3 . 2 0 . C r a c k W i d t h M e a s u r e m e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 5 3 . 2 1 . B r i t t l e F a i l u r e o f U n r e i n f o r c e d P i p e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 6 3 . 2 2 . A n o t h e r V i e w o f F a i l e d U n r e i n f o r c e d P i p e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 6 3 . 2 3 . L o a d - D e fl e c t i o n C u r v e s i n T h r e e - E d g e B e a r i n g T e s t s o n F i r s t S e r i e s P i p e s w i t h S t e e l R e i n f o r c e m e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 7 3 . 2 4 . L o a d - D e fl e c t i o n C u r v e s i n T h r e e - E d g e B e a r i n g T e s t s o n F i r s t S e r i e s P i p e s W i t h o u t S t e e l R e i n f o r c e m e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 7 3 . 2 5 . L o a d s C o r r e s p o n d i n g t o 0 . 0 1 ” C r a c k W i d t h a n d P e a k C a p a c i t y o f D i f f e r e n t P i p e s o f F i r s t S e r i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 8 3 . 2 6 . L o a d - D e fl e c t i o n C u r v e s i n T h r e e - E d g e B e a r i n g T e s t s o n S e c o n d - S e r i e s P i p e s w i t h S t e e l R e i n f o r c e m e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 3 3 . 2 7 . L o a d - D e fl e c t i o n C u r v e s i n T h r e e - E d g e B e a r i n g T e s t s o n S e c o n d - S e r i e s P i p e s w i t h o u t S t e e l R e i n f o r c e m e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 4 3 . 2 8 . L o a d s C o r r e s p o n d i n g t o 0 . 0 1 ” C r a c k W i d t h a n d P e a k C a p a c i t y o f D i f f e r e n t P i p e s o f S e c o n d S e r i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 4 3 . 2 9 . F i b e r D i s p e r s i o n C o n d i t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 6 3 . 3 0 . T h e F i r s t - C r a c k L o a d i n T h r e e - E d g e B e a r i n g T e s t s v e r s u s t h e 0 . 0 1 ” C r a c k W i d t h a n d t h e U l t i m a t e L o a d s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 7 3 . 3 1 . P i p e J o i n t T e s t U s i n g T w o P i p e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 8 3 . 3 2 . C o n c e n t r a t e d L o a d T e s t o n P i p e E d g e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 8 3 . 3 3 . C r a c k u n d e r C o n c e n t r a t e d L o a d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 9 3 . 3 4 . O v e r a l l C r a c k V i e w u n d e r C o n c e n t r a t e d L o a d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 9 3 . 3 5 . F a i l u r e u n d e r C o n c e n t r a t e d L o a d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 9 3 . 3 6 . E x t e n d e d F a i l u r e U n d e r C o n c e n t r a t e d L o a d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 9 X V 3 . 3 7 . P l a i n v s . F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e J o i n t S h e a r C a p a c i t y u n d e r C o n c e n t r a t e d E d g e L o a d C o n fi g u r a t i o n ( m e a n v a l u e s a n d r a n g e s o f t e s t r e s u l t s ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 0 4 . 1 . C o n c r e t e P i p e E x t e r n a l L o a d s , I n t e r n a l B e n d i n g M o m e n t s a n d F l e x u r a l R e i n f o r c e m e n t S y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 0 4 . 2 . L o c a t i o n o f C r o w n , I n v e r t , a n d S p r i n g l i n e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 0 4 . 3 . P i p e C r o s s - S e c t i o n u n d e r B e n d i n g M o m e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 1 4 . 4 . R e i n f o r c e m e n t C o n fi g u r a t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 1 4 . 5 . M o m e n t D i s t r i b u t i o n s i n T h r e e - E d g e B e a r i n g T e s t L o a d i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 5 4 . 6 . S t r a i n C o m p a t i b i l i t y i n t h e F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e S e c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 1 4 . 7 . F l e x u r a l S t r e s s D i s t r i b u t i o n a t U l t i m a t e C o n d i t i o n i n a S i n g l y R e i n f o r c e d F i b e r C o n c r e t e S e c t i o n w i t h P r e d o m i n a n t F i b e r R u p t u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 1 4 . 8 . F l e x u r a l S t r e s s D i s t r i b u t i o n a t U l t i m a t e C o n d i t i o n i n a S i n g l y R e i n f o r c e d F i b e r C o n c r e t e S e c t i o n w i t h P r e d o m i n a n t F i b e r P u l l - O u t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 3 4 . 9 . S t r e s s D i s t r i b u t i o n i n t h e F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e S e c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 5 4 . 1 0 . P i p e U l t i m a t e L o a d s : A n a l y t i c a l P r e d i c t i o n s a n d E x p e r i m e n t a l R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 8 A l . S u m m a r y o f t h e S l u m p R e s u l t s f o r D i f f e r e n t F i b e r T y p e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 6 A 2 . S y n t h e t i c F i b e r S l u m p R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 4 A 3 . S y n t h e t i c F i b e r S l u m p R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 4 B . 1 . S u m m a r y o f t h e P l a s t i c S h r i n k a g e R e s u l t s f o r D i f f e r e n t F i b e r T y p e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 6 B . 2 . S c h e m a t i c D i a g r a m o f t h e P l a s t i c S h r i n k a g e T e s t i n g D e v i c e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 7 B 3 . E v o l u t i o n i n t h e T o t a l C r a c k A r e a i n V a r i o u s C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 8 3 . 4 . T o t a l C r a c k A r e a P l o t t e d a s a F u n c t i o n o f F i b e r V o l u m e F r a c t i o n 4 8 h a f t e r C a s t i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 9 8 . 5 . F i r s t C r a c k P a t t e r n o f M o r t a r , M o r t a r - S i s a l , a n d M o r t a r P o l y p r o p y l e n e a t E a r l y S t a g e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 0 B 6 . P l a s t i c S h r i n k a g e o f M o r t a r s R e i n f o r c e d w i t h S i s a l a n d P o l y p r o p y l e n e F i b e r . . . . . . . . . . 1 9 0 x v i B . 7 . S h r i n k a g e i n S i s a l F i b e r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 1 3 . 8 . C o m p a r i s o n o f T o t a l a n d P r i m a r y C r a c k W i d t h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 1 B 9 . M e a s u r e d V a l u e o f P C r a c k a s a F u n c t i o n o f F i b e r V o l u m e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 2 B . 1 0 . S c h e m a t i c D i a g r a m o f t h e T e s t r i g f o r S t u d y o f C r a c k i n g T e n d e n c y D u e t o P l a s t i c S h r i n k a g e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 3 B . 1 1 . L o c a t i o n o f M e a s u r i n g S e c t i o n s S I & 8 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 3 B . 1 2 . R e l a t i o n s h i p b e t w e e n C r a c k W i d t h s a n d C o n t e n t o f F i b e r m e s h I 1 . 5 0 ” i n M o r t a r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 4 B . 1 3 . R e l a t i o n s h i p b e t w e e n C r a c k W i d t h s a n d C o n t e n t o f F i b e r m e s h I 0 . 7 5 ” i n M o r t a r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 5 B . 1 4 . R e l a t i o n s h i p b e t w e e n C r a c k W i d t h s a n d C o n t e n t o f F i b e r m e s h I I . 5 0 ” i n M o r t a r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 6 3 . 1 5 . C r a c k F o r m a t i o n D u e t o P l a s t i c S h r i n k a g e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 7 8 . 1 6 . P l a s t i c S h r i n k a g e C r a c k R e d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 8 B . 1 7 . S h r i n k a g e C r a c k A r e a v s . F i b e r T y p e a n d S i z e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 9 8 . 1 8 . S h r i n k a g e C r a c k A r e a v s . F i b e r T y p e a n d C o n t e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 9 B . 1 9 . S h r i n k a g e C r a c k A r e a v s . F i b e r T y p e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 0 B . 2 0 . S h r i n k a g e C r a c k A r e a v s . M i x D e s i g n a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 0 C . 1 . S u m m a r y o f t h e D r y i n g S h r i n k a g e R e s u l t s f o r D i f f e r e n t F i b e r T y p e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 6 C 2 . D i m e n s i o n s o f t h e R i n g S p e c i m e n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 8 C 3 . A v e r a g e C r a c k W i d t h v e r s u s S t e e l F i b e r V o l u m e F r a c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 9 C . 4 . C r a c k W i d t h v e r s u s T i m e f o r V a r i o u s S t e e l F i b e r V o l u m e F r a c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 9 C 5 . C r a c k W i d t h v e r s u s T i m e f o r P l a i n C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 0 C 6 . F r e e S h r i n k a g e v e r s u s T i m e f o r P l a i n , . S t e e l F i b e r , a n d P o l y p r o p y l e n e F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 0 C 7 A g e o f V i s i b l e C r a c k i n g a s a F u n c t i o n o f C r i m p e d S t e e l F i b e r V o l u m e F r a c t i o n . . . . . 2 1 1 x v i i C . 8 . C r a c k W i d t h v e r s u s C r i m p e d S t e e l F i b e r V o l u m e F r a c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 1 C 9 . C o r r e l a t i o n b e t w e e n T o t a l F r e e S h r i n k a g e a n d T o t a l C r a c k W i d t h f o r P l a i n C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 3 C 1 0 . C r a c k D e v e l o p m e n t i n R i n g T e s t s f o r S e r i e s R 0 1 ( P l a i n C o n c r e t e ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 3 C I ] . C r a c k D e v e l o p m e n t i n R i n g T e s t s f o r S e r i e s R 0 5 ( P l a i n C o n c r e t e ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 4 C . 1 2 . C r a c k D e v e l o p m e n t i n R i n g T e s t s f o r S e r i e s R 0 5 ( P l a i n C o n c r e t e ) L o n g P e r i o d . . . . 2 1 4 C . 1 3 . A v e r a g e C r a c k W i d t h s v e r s u s S t e e l F i b e r V o l u m e C o n t e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 5 C M . C r a c k D e v e l o p m e n t i n R i n g T e s t s f o r S e r i e s R 0 2 ( 1 0 k g / m 3 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 5 C . 1 5 . C r a c k D e v e l o p m e n t i n R i n g T e s t s f o r S e r i e s R 0 3 ( 2 0 k g / m 3 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 6 C . 1 6 . C r a c k D e v e l o p m e n t o f O n e R i n g S p e c i m e n o f T e s t S e r i e s R 1 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 6 C . 1 7 . R e s u l t s F r o m R i n g T e s t s f o r M i x A ( t a b l e C . 2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 7 C . 1 8 . R e s u l t s F r o m R i n g T e s t s f o r M i x B ( t a b l e C . 2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 7 C . 1 9 . R e s u l t s F r o m R i n g T e s t s f o r M i x C ( t a b l e C . 2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 8 C 2 0 . R e s u l t s F r o m R i n g T e s t s f o r M i x D ( t a b l e C . 2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 9 C . 2 1 . C r a c k W i d t h v e r s u s T i m e f o r C o n c r e t e w i t h 1 . 0 % V o l u m e F r a c t i o n o f - P o l y p r o p y l e n e fi b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 0 C 2 2 . C r a c k W i d t h v e r s u s T i m e f o r V a r i o u s P o l y p r o p y l e n e F i b e r V o l u m e F r a c t i o n s . . . . . . . 2 2 0 C 2 3 . A v e r a g e C r a c k W i d t h v e r s u s P o l y p r o p y l e n e F i b e r V o l u m e F r a c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 1 C 2 4 . E f f e c t o f F i b e r C o n t e n t o f W e i g h t e d C r a c k A r e a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 2 C 2 5 . C r a c k W i d t h v e r s u s F i b e r T y p e ( M i x t u r e A ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 2 C 2 6 . C r a c k W i d t h v e r s u s F i b e r T y p e ( M i x t u r e B ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 3 C 2 7 . C r a c k R e d u c t i o n o f P P , S t e e l , a n d P o l y o l e fi n F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 3 D . 1 . S u m m a r y o f t h e F l e x u r a l S t r e n g t h R e s u l t s f o r D i f f e r e n t F i b e r T y p e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 5 D 2 . D i a g r a m m a t i c V i e w o f a S u i t a b l e A p p a r a t u s f o r F l e x u r e T e s t o f C o n c r e t e b y T h i r d - P o i n t L o a d i n g M e t h o d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 6 x v i i i D . 3 . M o d u l u s o f R u p t u r e v e r s u s F i b e r C o n t e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 9 D 4 . F l e x u r a l S t r e n g t h v s . F i b e r V o l u m e F r a c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 1 D 5 . F l e x u r a l S t r e n g t h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ' . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 8 E . 1 . S u m m a r y o f t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s R e s u l t s f o r D i f f e r e n t F i b e r T y p e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 1 B . 2 . V a r i a t i o n o f F l e x u r a l T o u g h n e s s w i t h F i b e r T y p e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 5 F . 1 . S u m m a r y o f t h e F a t i g u e R e s u l t s f o r D i f f e r e n t F i b e r T y p e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 0 F . 2 . M a x i m u m F a t i g u e F l e x u r a l S t r e s s N o . o f C y c l e s t o F a i l u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 3 F 3 . C o m p a r i s o n o f P l a i n C o n c r e t e a n d F R C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 3 F . 4 . M a x i m u m F a t i g u e F l e x u r a l S t r e s s v s . F i b e r C o n t e n t % . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 4 F 5 . C o m p a r i s o n o f P l a i n C o n c r e t e a n d F R C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 4 R 6 . F l e x u r a l S t r e n g t h R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 7 F . 7 . F a t i g u e S t r e n g t h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 8 F . 8 . F a t i g u e s t r e n g t h B a r C h a r t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 2 G . 1 . S u m m a r y o f t h e I m p a c t R e s u l t s f o r D i f f e r e n t F i b e r T y p e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 4 G 2 . I n s t r u m e n t e d D r o p W e i g h t S y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 6 G B . C o m p a r i s o n o f I m p a c t R e s i s t a n c e o f P l a i n a n d S t e e l F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . . . . . 2 6 7 G 4 . C o m p a r i s o n o f I m p a c t R e s i s t a n c e o f P l a i n a n d S t e e l F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e D i f f e r e n t v o l u m e fi ' a c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 8 6 . 5 . C o m p a r i s o n o f F i r s t C r a c k S t r e n g t h f o r C o n c r e t e R e i n f o r c e d w i t h T h r e e D i f f e r e n t V o l u m e F r a c t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 9 G 6 . C o m p a r i s o n o f F a i l u r e S t r e n g t h f o r C o n c r e t e R e i n f o r c e d w i t h T h r e e D i f f e r e n t V o l u m e F r a c t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 9 G 7 . C o m p a r i s o n o f F i r s t C r a c k S t r e n g t h f o r C o n c r e t e R e i n f o r c e d w i t h V a r i o u s P o l y m e r i c F i b e r s V o l u m e F r a c t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 0 G 8 . C o m p a r i s o n o f F a i l u r e S t r e n g t h f o r C o n c r e t e R e i n f o r c e d w i t h V a r i o u s P o l y m e r i c F i b e r s V o l u m e F r a c t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 0 x i x G . 9 . C o m p a r i s o n o f F i r s t C r a c k S t r e n g t h f o r C o n c r e t e R e i n f o r c e d b y N y l o n 6 a n d P o l y p r o p y l e n e F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 1 G . 1 0 . C o m p a r i s o n o f F a i l u r e S t r e n g t h f o r C o n c r e t e R e i n f o r c e d b y N y l o n 6 a n d P o l y p r o p y l e n e F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 1 G . 1 1 . I m p a c t r e s i s t a n c e ( P o l y p r o p y l e n e fi b e r ) F i r s t c r a c k a n d F a i l u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 2 H . 1 . S u m m a r y o f t h e A b r a s i o n R e s u l t s f o r D i f f e r e n t F i b e r T y p e s . . . . . . . . . . . 2 7 8 H . 2 . B a l l B e a r i n g A b r a s i o n T e s t M a c h i n e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 9 H . 3 . T e s t A p p a r a t u s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 0 H . 4 . A b r a s i o n R e s u l t o f L a b o r a t o r y - M a d e B e a m s S u b j e c t e d t o D i f f e r e n t C u r i n g R e g i m e n s — B o t t o m S u r f a c e , A i r - D r y C o n d i t i o n , P l a i n M a t r i x . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 2 H . 5 . A b r a s i o n R e s u l t o f L a b o r a t o r y - M a d e B e a m s S u b j e c t e d t o D i f f e r e n t C u r i n g R e g i m e n s — B o t t o m S u r f a c e , A i r - D r y C o n d i t i o n , 3 P e r c e n t S t e e l F i b e r T y p e H E . . . . . . 2 8 2 H . 6 . A b r a s i o n R e s u l t o f L a b o r a t o r y - M a d e B e a m s S u b j e c t e d t o D i f f e r e n t C u r i n g R e g i m e n s — B o t t o m S u r f a c e , A i r - D r y C o n d i t i o n , 1 . 5 1 b / y d 3 = 0 . 8 9 k g / m 3 S y n t h e t i c F i b e r T y p e P B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 3 H . 7 . R e s u l t s o f A b r a s i o n T e s t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 6 X X C H A P T E R 1 I N T R O D U C T I O N 1 . 1 C o n c r e t e B a s e d S e w e r S y s t e m s C o n c r e t e p i p e s , m a n h o l e s , p u m p s t a t i o n s , w e t w e l l s , e t c . r e p r e s e n t c l o s e t o h a l f o f t h e i n - v e s t m e n t i n t h e i n f r a s t r u c t u r e f o r t h e 2 0 , 0 0 0 s e w e r s y s t e m s o f t h e U n i t e d S t a t e s . C o n - c r e t e h a s r e a c h e d i t s p o s i t i o n o f p r e v a l e n c e i n s e w e r i n f r a s t r u c t u r e t h r o u g h s a t i s f a c t o r y p e r f o r m a n c e o v e r l o n g p e r i o d s o f t i m e . S o m e c o n c r e t e a q u e d u c t s c o n s t r u c t e d b y R o m a n s a b o u t 2 0 0 0 y e a r s a g o t o t r a n s p o r t s e w a g e a r e s t i l l i n u s e . T h e c o n c r e t e - b a s e d s e w e r i n f r a - s t r u c t u r e c o m p l e m e n t s d e s i r a b l e d u r a b i l i t y w i t h s t r u c t u r a l e f fi c i e n c y a n d i n i t i a l a s w e l l a s l i f e - c y c l e e c o n o m y . I n r e c e n t y e a r s , h o w e v e r , i n c i d e n t s o f s e v e r e d a m a g e t o t h e c o n - c r e t e - b a s e d s a n i t a r y s e w e r i n f r a s t r u c t u r e ( F i g u r e 1 . 1 ) h a v e i n c r e a s e d s i g n i fi c a n t l y ; “ m i - c r o b i a l - i n d u c e d c o r r o s i o n ” h a s b e e n i d e n t i fi e d a s t h e p r i m a r y c a u s e f o r t h i s g r o w i n g p r o b l e m . T h e s i g n i fi c a n t r i s e i n m i c r o b i a l - i n d u c e d c o r r o s i o n o f c o n c r e t e s e w e r s y s t e m h a s b e e n p a r t l y a t t r i b u t e d t o n e w e n v i r o n m e n t a l r e g u l a t i o n s c o n c e r n i n g l o a d s o f t o x i c c h e m i c a l s d i s c h a r g e d i n t o s e w e r s a n d w a t e r b o d i e s . S u c h r e g u l a t i o n s h a v e l e d t o a s i g - n i fi c a n t r i s e i n m i c r o b i a l a c t i v i t y w i t h i n w a s t e w a t e r s y s t e m s . T h e p r o b l e m i s f u r t h e r a g - g r a v a t e d b y u n c o u p l i n g o f s e w a g e a n d s u r f a c e w a t e r , l e a d i n g t o h i g h e r c o n c e n t r a t i o n s o f n u t r i e n t s a n d l o n g e r r e s i d e n c e d u r a t i o n s o f s e w a g e i n p i p e s . M i c r o b i a l - i n d u c e d c o r r o s i o n o f c o n c r e t e i n s e w e r s y s t e m ( F i g u r e 1 . 2 ) i n v o l v e s s u l f u r i c a c i d a t t a c k o n c o n c r e t e , w i t h a c o m p l e x m i c r o b i a l e c o s y s t e m g e n e r a t i n g t h e s u l fi r r i c a c i d i n t h r e e d i s t i n c t s t a g e s . A n a e r o b i c c o n d i t i o n s i n s e w a g e s u p p o r t m i c r o o r g a n i s m s t h a t c o n v e r t s u l fi r r a n d s u l f a t e w i t h i n s e w a g e t o s u l fi d e s ( S t a g e 1 ) . T h e r e s u l t i n g h y d r o g e n s u l fi d e v o l a t i z e s t o t h e s e w e r a t m o s p h e r e ( S t a g e 2 ) a n d d i s s o l v e s i n t h e c o n d e n s a t e o n s e w e r c r o w n ; s u l f u r - o x i d i z i n g b a c t e r i a t h e n c o n v e r t h y d r o g e n s u l fi d e t o s u l fi i r i c a c i d ( S t a g e 3 ) w h i c h i s r e s p o n s i b l e f o r a t t a c k o n c o n c r e t e . W h i l e m a n y s a n i t a r y s e w e r c o n - c r e t e p i p e s i n s t a l l e d i n 1 8 0 0 ’ s w e r e f o u n d i n e x c e l l e n t c o n d i t i o n a f t e r m o r e t h a n 1 0 0 y e a r s , t o d a y ’ s s e v e r e m i c r o b i a l - i n d u c e d c o r r o s i o n c a n r e d u c e t h e s e r v i c e l i f e o f r e i n - f o r c e d c o n c r e t e p i p e s t o l e s s t h a n 1 0 y e a r s , w i t h s i g n i fi c a n t e c o n o m i c i m p l i c a t i o n s . F i g u r e 1 . 1 . A n E x a m p l e o f D a m a g e t o R e i n f o r c e d C o n c r e t e C a u s e d b y M i c r o b i a l — I n d u c e d C o r r o s i o n . m a i n l y o x i d a t i v e s 4 / c o r r o s i o n v o l a t i l e s u l f i d e s s e w a g e m a i n l y r e d u c t i v e F i g u r e 1 . 2 . S c h e m a t i c P r e s e n t a t i o n o f t h e P r o c e s s M i c r o b i a l - i n d u c e d c o r r o s i o n o f c o n c r e t e r e l i e s o n i n t e r d e p e n d e n t b i o l o g i c a l , p h y s i c a l a n d c h e m i c a l p h e n o m e n a t o a t t a c k t h e c o n c r e t e - b a s e d s e w e r i n f r a s t r u c t u r e . A l l t h e s e p h e - n o m e n a s h o u l d b e a d d r e s s e d f o r e f f e c t i v e m i t i g a t i o n o f t h i s c o m p l e x m o d e o f a t t a c k o n c o n c r e t e ; t h e f o l l o w i n g c o n c r e t e a t t r i b u t e s h a v e p a r t i c u l a r l y s i g n i fi c a n t e f f e c t s o n s u c h p h e n o m e n a : ( 1 ) a m e n a b i l i t y t o m i c r o b i a l g r o w t h ; ( 2 ) a l k a l i n i t y ; ( 3 ) a c i d r e s i s t a n c e ; a n d ( 4 ) a b s o r b e n c y . R e fi n e m e n t o f t h e s e a t t r i b u t e s s h o u l d d e fi n e t h e o b j e c t i v e s f o r e f f o r t s t o w a r d s d e v e l o p m e n t o f c o n c r e t e m a t e r i a l s w h i c h e f f e c t i v e l y r e s i s t m i c r o b i a l - i n d u c e d c o r r o s i o n i n s a n i t a r y s e w e r e n v i r o n m e n t . T h e f o c u s o f t h i s i n v e s t i g a t i o n i s , h o w e v e r , o n r e fi n e m e n t o f t h e s t r u c t u r a l d e s i g n o f c o n c r e t e p i p e s i n o r d e r t o i n c r e a s e t h e p r o t e c t i v e c o v e r o f c o n c r e t e o v e r s t e e l . T h i s w o u l d i n c r e a s e t h e t i m e i t t a k e s f o r m i c r o b i a l - i n d u c e d c o r r o s i o n t o r e a c h t h e l e v e l o f s t e e l , s o o n a f t e r w h i c h c o r r o s i o n o f s t e e l d e fi n e s t h e e n d o f s e r v i c e l i f e . S y n t h e t i c fi b e r r e i n f o r c e m e n t o f c o n c r e t e i s u s e d i n t h i s i n v e s t i g a t i o n t o e n - a b l e r e fi n e m e n t o f c o n c r e t e p i p e s t r u c t u r a l d e s i g n . T h e b a s i c s t r a t e g y i n v o l v e s s h i f t i n g o f s t e e l r e i n f o r c e m e n t a w a y f r o m t h e i n t e r i o r s u r f a c e o f c o n c r e t e p i p e s , w i t h s y n t h e t i c . fi b e r s c o m p e n s a t i n g f o r t h e s t r u c t u r a l l o s s e s a s s o c i a t e d w i t h t h i s s h i f t . A t t h e s a m e t i m e , o n e n e e d s t o r e d u c e t h e t o t a l v o l u m e o f s t e e l r e i n f o r c e m e n t i n o r d e r t o c o n t r o l t h e r i s e i n i n i - t i a l c o s t a s s o c i a t e d w i t h t h e i n t r o d u c t i o n o f fi b e r s . R e c e n t a d v a n c e s i n fi b e r r e i n f o r c e m e n t t e c h n o l o g y h a v e o p e n e d n e w p r o s p e c t s f o r d e s i g n o f h i g h l y e f fi c i e n t r e i n f o r c e d c o n c r e t e s y s t e m s . T o d a y ’ s c o n c r e t e p i p e d e s i g n s , r e l y i n g s t r i c t l y o n c o n v e n t i o n a l s t e e l r e i n f o r c e m e n t , h a v e n o t y e t t a k e n a d v a n t a g e o f a d v a n c e d fi b e r r e i n f o r c e m e n t s y s t e m s t o w a r d s a c h i e v i n g h i g h e r l e v e l s o f s t r u c t u r a l e f fi c i e n c y a n d r e s o l v i n g s o m e c r i t i c a l s t r u c t u r a l p e r f o r m a n c e i s s u e s . T h e w e i g h t o f s t r u c t u r a l l y i n e f fi - c i e n t p i p e s l i m i t s t h e i r e c o n o m i c a l l y v i a b l e s h i p m e n t d i s t a n c e s ; h e n c e , t o d a y ’ s c o n c r e t e p i p e p r o d u c t i o n f a c i l i t i e s h a v e l i m i t e d c a p a c i t y a n d c a n n o t b e n e fi t f r o m t h e e c o n o m y o f s c a l e . T h e s t r u c t u r a l i n e f f i c i e n c y o f c o n c r e t e p i p e s a l s o h a s n e g a t i v e d u r a b i l i t y i m p l i c a - t i o n s . T h e e x c e s s r e l i a n c e o n c o n v e n t i o n a l s t e e l r e i n f o r c e m e n t f r e q u e n t l y f o r c e s u s e o f t w o s t e e l l a y e r s ( F i g u r e 1 . 3 . a ) ; t h i s r e d u c e s t h e t h i c k n e s s o f c o n c r e t e c o v e r n e e d e d t o p r o - t e c t s t e e l a g a i n s t t h e h i g h l y c o r r o s i v e e n v i r o n m e n t i n s a n i t a r y s e w e r s y s t e m . M i c r o b i a l - i n d u c e d c o r r o s i o n w o u l d t h u s h a v e l e s s c o n c r e t e t h i c k n e s s t o o v e r c o m e b e f o r e e x p o s i n g t h e r e i n f o r c i n g s t e e l w h i c h e f f e c t i v e l y m a r k s t h e e n d o f s e r v i c e l i f e . T o d a y ’ s s t r u c t u r a l l y i n e f fi c i e n t p i p e s a l s o r e l y o n a n e n l a r g e d b e l l s e g m e n t i n o r d e r t o c o n t r o l j o i n t s h e a r f a i l - u r e ( F i g u r e 1 . 3 . b ) ; t h e e n l a r g e d b e l l s e g m e n t c o m p l i c a t e s t r a n s p o r t a t i o n a n d fi e l d p l a c e - m e n t o f c o n c r e t e p i p e s . T o d a y ’ s s t e e l r e i n f o r c e m e n t s y s t e m s c a n n o t b e c o n t i n u e d i n t o t h e s p i g o t s e g m e n t o f c o n c r e t e p i p e ( w h i c h fi t s i n t o t h e e n l a r g e d b e l l ) ; t h i s m a k e s t h e s p i g o t h i g h l y s u s c e p t i b l e t o s h e a r f a i l u r e c a u s e d b y d i f f e r e n t i a l s e t t l e m e n t s ( F i g u r e 1 . 3 . c ) w h i c h o c c u r c o m m o n l y n e a r m a n h o l e s a n d o t h e r fi x e d s t r u c t u r e s t o w h i c h c o n c r e t e p i p e s c o n n e c t . F i b e r r e i n f o r c e m e n t c a n e f f e c t i v e l y o v e r c o m e a l l s t r u c t u r a l i s s u e s d e p i c t e d i n F i g u r e 1 . 3 . T h e r e s e a r c h r e p o r t e d h e r e i n w a s p a r t o f a b r o a d e r p r o j e c t c o n c e r n e d w i t h d e v e l o p m e n t o f a n e w g e n e r a t i o n o f c o n c r e t e - b a s e d s e w e r i n f r a s t r u c t u r e s y s t e m s w h i c h e f f e c t i v e l y r e - s i s t m i c r o b i a l - i n d u c e d c o r r o s i o n a n d a l s o o f f e r h i g h l e v e l s o f s t r u c t u r a l e f fi c i e n c y a n d p e r f o r m a n c e a t t r i b u t e s . C o n t r o l o f m i c r o b i a l - i n d u c e d c o r r o s i o n i s a c c o m p l i s h e d t h r o u g h a m u l t i - f a c e t e d a p p r o a c h w h i c h m i t i g a t e s t h e c h e m i c a l , p h y s i c a l a n d m i c r o b i a l d e t e r i o r a - t i o n p r o c e s s e s t h r o u g h c o n t r o l o f c o n c r e t e a b s o r b e n c y , c h e m i s t r y a n d a m e n a b i l i t y t o m i - c r o b i a l g r o w t h . R e c e n t a d v a n c e s i n fi b e r r e i n f o r c e m e n t t e c h n o l o g y a r e a d a p t e d , i n t h e p a r t i c u l a r c o m p o n e n t o f t h e b r o a d e r p r o j e c t w h i c h i s s u b j e c t o f t h i s r e s e a r c h , t o w a r d s s t r u c t u r a l d e s i g n o f m o r e e f fi c i e n t p i p e s w i t h r e d u c e d s t e e l r e i n f o r c e m e n t , i n c r e a s e d c o v e r t h i c k n e s s o v e r r e i n f o r c e m e n t ( w h i c h g r e a t l y b e n e fi t s d u r a b i l i t y ) , r e d u c e d w e i g h t , s t r e a m l i n e d g e o m e t r y ( f o r e a s e o f h a n d l i n g a n d i n s t a l l a t i o n ) , a n d e n h a n c e d s h e a r r e s i s - t a n c e . I n t e g r a t e d a n a l y t i c a l / e x p e r i m e n t a l s t u d i e s w e r e i m p l e m e n t e d t o w a r d s d e s i g n a n d e x p e r i m e n t a l v e r i fi c a t i o n o f n e w p i p e m a t e r i a l s a n d s t r u c t u r a l s y s t e m s ; l a b o r a t o r y - s c a l e i n v e s t i g a t i o n s w e r e c o m p l e m e n t e d w i t h i n d u s t r i a l - s c a l e p r o d u c t i o n a n d s t r u c t u r a l e v a l u a - t i o n o f c o n c r e t e p i p e s e m b o d y i n g t h e n e w m a t e r i a l a n d s t r u c t u r a l d e s i g n p r i n c i p l e s . O u t e r l a y e r o f s t e e l r e i n f o r c e m e n t S e c t i o n A - A I I n n e r l a y e r o f s t e e l r e i n f o r c e m e n t ( a ) T w o - L a y e r S t e e l R e i n f o r c e m e n t 5 m . . I ‘ I . . \ . , 1 . . ‘ y r “ m " 5 “ . " " . n t i t h e - L “ ? ( c ) S h e a r F a i l u r e C a u s e d b y D i f f e r e n t i a l S e t t l e m e n t F i g u r e 1 . 3 . S t r u c t u r a l C o n s i d e r a t i o n s i n R e i n f o r c e d C o n c r e t e P i p e D e s i g n 1 . 2 . T h e s i s O r g a n i z a t i o n I n t h e n e x t c h a p t e r ( C h a p t e r 2 ) , f u n d a m e n t a l c o n c e p t s , t h e o r i e s , a n d a p p l i c a t i o n s o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e a r e p r e s e n t e d . T h e e x p e r i m e n t a l p r o g r a m f o r r e fi n e m e n t o f t h e c o n - c r e t e p i p e s t r u c t u r a l d e s i g n w i t h t h e u s e o f s y n t h e t i c fi b e r s i s d e s c r i b e d i n C h a p t e r 3 . T h e t h e o r e t i c a l c o n c e p t s l e a d i n g t o d e v e l o p m e n t o f s t r u c t u r a l d e s i g n m e t h o d o l o g i e s f o r t h e n e w c o n c r e t e p i p e s a r e i n t r o d u c e d i n C h a p t e r 4 . T h e c o n c l u s i o n s o f t h e i n v e s t i g a t i o n s a n d f u t u r e r e s e a r c h n e e d s a r e p r e s e n t e d i n C h a p t e r 5 . C H A P T E R 2 F I B E R R E I N F O R C E D C O N C R E T E : F U N D A M E N T A L C O N C E P T S , T H E O R I E S A N D A P P L I C A T I O N S " 6 4 3 4 7 2 0 2 . ] I n t r o d u c t i o n F i b e r r e i n f o r c e m e n t , w h e n u s e d p r o p e r l y , c a n e n h a n c e t h e c r a c k i n g r e s i s t a n c e , m e c h a n i - c a l p r o p e r t i e s a n d l o n g e v i t y o f c o n c r e t e i n d i f f e r e n t fi e l d s o f a p p l i c a t i o n . S e l e c t i o n o f t h e fi b e r t y p e a n d d o s a g e a r e k e y s t o s u c c e s s f u l u s a g e o f t h i s g r o w i n g t e c h n o l o g y . T r a d i t i o n a l m e a s u r e s o f c o n c r e t e p e r f o r m a n c e , i n c l u d i n g s l u m p a n d c o m p r e s s i v e s t r e n g t h , m a y n o t a d e q u a t e l y r e p r e s e n t p e r f o r m a n c e c h a r a c t e r i s t i c s o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e . T h e c o n c r e t e m i x p r o p o r t i o n s a l s o i n fl u e n c e t h e r e i n f o r c e m e n t e f fi c i e n c y o f fi b e r s . T h e p r i m a r y p u r p o s e o f t h i s c h a p t e r i s t o p r o v i d e a c l e a r p i c t u r e o f t h e s t a t e o f t h e a r t a n d p r a c t i c e i n t h e fi e l d o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e . T h e f o l l o w i n g t o p i c s w i l l b e c o v e r e d i n t h i s c h a p t e r : B a s i c C o n c e p t s a n d C l a s s e s o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e F i b e r T y p e s a n d C h a r a c t e r i s t i c s T e s t i n g o f F r e s h a n d H a r d e n e d F R C P r o p e r t i e s o f S y n t h e t i c F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e A p p l i c a t i o n s a n d A d v a n t a g e s M i x D e s i g n a n d C o n s t r u c t i o n P r a c t i c e s 2 . 2 B a s i c C o n c e p t s a n d C l a s s e s o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e T h i s s e c t i o n c o v e r s t h e s t r u c t u r e o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e , i n t e r a c t i o n s o f fi b e r s w i t h c o n c r e t e , a n d t h e m e c h a n i c s a n d e f fi c i e n c y o f fi b e r b e h a v i o r i n c o n c r e t e . 2 . 2 . 1 S t r u c t u r e o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e T h e s t r u c t u r e o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e c o m p r i s e s t h e fi b e r s , t h e b u l k m a t r i x a n d t h e i n t e r f a c e z o n e b e t w e e n fi b e r s a n d m a t r i x . F i b e r s c a n b e o r i e n t e d o r r a n d o m ( i n 2 D o r 3 D ) ; t h e y m a y a l s o b e w n t i n u o u s o r ( m o r e c o m m o n l y i n t h e c a s e o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n - c r e t e ) d i s c o n t i n u o u s ( d i s c r e t e ) , a s s h o w n i n F i g u r e 2 . 1 . A m i c r o s c o p i c i m a g e o f fi b e r r e - i n f o r c e d c o n c r e t e i s p r e s e n t e d i n F i g u r e 2 . 2 . T h e b u l k c o n c r e t e m a t r i x i s n o t s i g n i fi c a n t l y d i f f e r e n t f r o m t h a t i n c o n v e n t i o n a l c o n c r e t e , e x c e p t t h a t w i t h fi n e r a n d m o r e . n u m e r o u s fi b e r s , t h e m a t r i x m a y s u f f e r l e s s m i c r o c r a c k i n g u n d e r r e s t r a i n e d d r y i n g a n d t h e r m a l s h r i n k a g e m o v e m e n t s w h i c h a r e p r e d o m i n a n t i n fi e l d p l a c e m e n t o f c o n c r e t e . D e p e n d i n g o n t h e a p p l i c a t i o n o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e , t h e m a t r i x m i g h t b e e i t h e r c o n c r e t e ( w i t h c o a r s e a g g r e g a t e s ) o r m o r t a r ( w i t h o u t c o a r s e a g g r e g a t e s ) . D i s c r e t e fi b e r s a r e m o r e d o m i n a n t i n c o n v e n t i o n a l c o n c r e t e a p p l i c a t i o n s ; t h e i r d i s p e r s i o n i n c o n c r e t e i s r e l a t i v e l y u n i f o r m a n d t h e s h o r t fi b e r s t e n d t o a s s u m e a m o r e r a n d o m o r i e n - t a t i o n . I f t h e r a t i o o f t h e fi b e r l e n g t h t o t h e t h i c k n e s s o f c o n c r e t e p l a c e m e n t i s s u f fi c i e n t l y l a r g e , t h e fi b e r s w i l l a s s u m e a 2 - d i m e n s i o n a l d i s t r i b u t i o n . A p r e f e r r e d 2 - d i m e n s i o n a l d i s - t r i b u t i o n c a n a l s o b e p r o m o t e d i n t h i c k c o m p o n e n t s d u e t o v i b r a t i o n . 1 0 T h i s w i l l g i v e r i s e t o a n i s o t r o p i c b e h a v i o r . T h e i n t e r f a c e z o n e s b e t w e e n fi b e r a n d c o n - c r e t e m a t r i x d i f f e r i n t e r m s o f r r r i c r o s t r u c t u r e a n d c o m p o s i t i o n f r o m t h e b u l k o f c o n c r e t e m a t r i x . F i g u r e 2 . I . F i b e r O r i e n t a t i o n s . F i g u r e 2 . 2 . F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . T h e r e l a t i v e l y h i g h s u r f a c e a r e a o f fi b e r s i n t r o d u c e s a r e l a t i v e l y l a r g e v o l u m e o f i n t e r f a c e z o n e , w h i c h m a y s t r o n g l y i n fl u e n c e t h e b e h a v i o r o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e . F i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e i s c h a r a c t e r i z e d b y a t r a n s i t i o n z o n e i n t h e v i c i n i t y o f fi b e r s , i n w h i c h t h e m i c r o s t r u c t u r e i s c o n s i d e r a b l y d i f f e r e n t f r o m t h a t o f t h e b u l k c o n c r e t e a w a y f r o m i n t e r f a c e s . F i b e r t y p e a n d c o n c r e t e p r o d u c t i o n t e c h n i q u e i n fl u e n c e t h e n a t u r e a n d s i z e o f t h i s t r a n s i t i o n z o n e a n d t h u s fi b e r - t o - c o n c r e t e b o n d i n g c h a r a c t e r i s t i c s . T h e s p e c i a l m i c r o s t r u c t u r e o f t h e t r a n s i t i o n z o n e i n fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e i s c l o s e l y r e l a t e d t o t h e p a r t i c u l a t e n a t u r e o f c e m e n t ( F i g u r e 2 . 3 ) . C e m e n t c o n s i s t s o f d i s c r e t e p a r t i - - c l e s r a n g i n g i n d i a m e t e r f o r m a b o u t 1 t o a b o u t 1 0 0 m i c r o m e t e r ( a v e r a g e s i z e o f a b o u t 1 0 m i c r o m e t e r ) . H y d r a t i o n o f t h e s e p a r t i c l e s y i e l d s m a i n l y c o l l o i d a l C S H p a r t i c l e s a n d l a r - g e r c r y s t a l s o f C H . T h e p a r t i c u l a t e n a t u r e o f t h e f r e s h m i x e x e r t s a n i m p o r t a n t i n fl u e n c e o n t h e t r a n s i t i o n z o n e , s i n c e i t l e a d s t o f o r m a t i o n o f w a t e r - fi l l e d s p a c e s a r o u n d t h e fi b e r s d u e t o t w o r e l a t e d e f f e c t s : ( 1 ) i n e f fi c i e n t p a c k i n g o f t h e a b o u t 1 0 m i c r o m e t e r c e m e n t g r a i n s i n t h e 2 0 - 4 0 m i c r o m e t e r z o n e a r o u n d t h e fi b e r s u r f a c e ; a n d ( 2 ) b l e e d i n g a n d e n - t r a p m e n t o f w a t e r a r o u n d t h e r e i n f o r c i n g fi b e r s . T h e n a t u r e o f c e m e n t h y d r a t i o n p r o d u c t s i n t h e i n t e r f a c e z o n e i s t h u s d i f f e r e n t f r o m t h a t i n t h e b u l k c e m e n t p a s t e ( F i g u r e 2 . 4 ) . F i n e r fi b e r s w h i c h o f f e r d i a m e t e r s c o m p a r a b l e t o t h o s e o f c e m e n t p a r t i c l e s p r o v i d e f o r b e t t e r p a c k i n g o f t h e f r e s h s y s t e m , w h i c h f a v o r s t h e d e n s i t y a n d m i c r o s t r u c t u r e o f i n t e r - f a c e z o n e . A s s h o w n i n F i g u r e 2 . 4 , t h e m a t r i x i n t h e v i c i n i t y o f fi b e r s i s g e n e r a l l y m o r e p o r o u s t h a n t h e b u l k c o n c r e t e , a n d t h i s i s r e fl e c t e d i n t h e d e v e l o p m e n t o f t h e m i c r o s t r u c t u r e a s h y d r a - t i o n a d v a n c e s . T h e i n i t i a l l y w a t e r - fi l l e d t r a n s i t i o n z o n e d o e s n o t d e v e l o p t h e d e n s e m i c r o s t r u c t u r e t y p i - c a l o f t h e b u l k c o n c r e t e , a n d i t c o n t a i n s a c o n s i d e r a b l e v o l u m e o f C H c r y s t a l s , w h i c h t e n d t o d e p o s i t i n l a r g e c a v i t i e s . 1 2 T h e f o r m a t i o n o f a C H r i c h z o n e a t t h e fi b e r i n t e r f a c e i s p r o b a b l y t h e r e s u l t o f i t s p r e c i p i - t a t i o n f r o m t h e s o l u t i o n i n t h e s p a c e a r o u n d t h e fi b e r , w i t h t h e fi b e r s u r f a c e b e i n g a n u - c l e a t i o n s i t e . T h e C H l a y e r a d j a c e n t t o t h e fi b e r s u r f a c e s i s n o t n e c e s s a r i l y c o n t i n u o u s , a n d i t c o n t a i n s s o m e p o c k e t s o f v e r y p o r o u s m a t e r i a l c o n s i s t i n g a l s o o f C S H a n d s o m e e t t r i n g i t e . C e m e n t [ — F i b e r 0 O O O q 0 6 3 E 3 3 5 3 . 1 . . . g 0 0 t i m e s o r l ‘ ' l l : F i g u r e 2 . 3 . D i s r u p t i o n o f P a c k i n g o f C e m e n t P a r t i c l e s b y F i b e r s . D u p l e x F i l m C S H L a y e r P o r o u s z o n e B u l k C e m e n t P a s t e F i g u r e 2 . 4 . M i c r o s t r u c t u r e o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . T h e w e a k l i n k b e t w e e n t h e fi b e r a n d t h e m a t r i x i s n o t n e c e s s a r i l y a t t h e a c t u a l fi b e r - m a t r i x i n t e r f a c e ; i t c a n a l s o b e i n t h e p o r o u s l a y e r , w h i c h e x t e n d s t o a d i s t a n c e o f a b o u t 1 0 t o a b o u t 4 0 m i c r o m e t e r f r o m t h e i n t e r f a c e , b e t w e e n t h e m a s s i v e C H l a y e r a n d t h e d e n s e b u l k c o n c r e t e . I n t h e c a s e o f fi n e r fi b e r s , w h i c h p r o v i d e f o r i m p r o v e d p a c k i n g o f t h e fi b e r - c e m e n t s y s - t e m , t h e i n t e r f a c e m i c r o s t r u c t u r e a f t e r h y d r a t i o n c o u l d b e r a t h e r d e n s e s i m u l a t i n g t h a t o f b u l k c o n c r e t e . 2 . 2 . 2 S p a c i n g o f F i b e r s i n C o n c r e t e A k e y c o n t r i b u t i o n o f fi b e r s i n c o n c r e t e i n v o l v e s t h e i r i n t e r a c t i o n w i t h m i c r o c r a c k s a n d c r a c k s ; f r e q u e n t e n c o u n t e r s b e t w e e n c r a c k s p r o p a g a t i n g i n c o n c r e t e a n d fi b e r s h a v e p o s i - t i v e e f f e c t s o n c o n c r e t e p e r f o r m a n c e u n d e r l o a d a n d e n v i r o n m e n t a l e f f e c t s . C l o s e l y s p a c e d fi b e r s a r e t h u s e x p e c t e d t o p r o v i d e c o n c r e t e w i t h m o r e e f f e c t i v e r e i n f o r c e m e n t e f f e c t s . T h e a v e r a g e fi b e r s p a c i n g i n c o n c r e t e c a n b e c a l c u l a t e d a s f o l l o w s , a s s u m i n g a u n i f o r m fi b e r d i s t r i b u t i o n , a n d u s i n g b a s i c s t a t i s t i c a l c o n c e p t s : _ K . d f _ J V ? w h e r e , S = F i b e r s p a c i n g K = C o n s t a n t d f : E q u i v a l e n t fi b e r d i a m e t e r V f = F i b e r v o l u m e f r a c t i o n I n t h e e x p r e s s i o n p r e s e n t e d a b o v e , K v a r i e s i n t h e r a n g e o f 0 . 8 t o 1 . 1 2 d e p e n d i n g o n t h e o r i e n t a t i o n o f fi b e r s ( 1 - , 2 - o r 3 - d i m e n s i o n a l ) a n d t h e a s s u m p t i o n s m a d e i n c a l c u l a t i o n . T h e e q u i v a l e n t d i a m e t e r h e r e p r o v i d e s t h e s a m e c r o s s - s e c t i o n a l a r e a a s t h a t o f a c t u a l fi - b e r s . E x a m p l e s o f fi b e r s p a c i n g f o r d i f f e r e n t fi b e r d i a m e t e r s a t a c o n s t a n t fi b e r v o l u m e f r a c t i o n o f 0 . 2 % a r e p r e s e n t e d i n T a b l e s 2 . 1 . A t t h i s r e l a t i v e l y l o w fi b e r v o l u m e f r a c t i o n , t h e fi b e r s p a c i n g i s o b s e r v e d t o b e r e l a t i v e l y s m a l l ( 2 . 3 m m ) i n t h e c a s e o f s y n t h e t i c fi b e r s . F i b e r s p a c i n g , a t t h e s a m e v o l u m e f r a c t i o n , i s p r o p o r t i o n a l t o fi b e r d i a m e t e r . F i b e r s o f fi n e r d i a m e t e r s w o u l d t h u s b e p r e f e r r e d b e c a u s e t h e y y i e l d c l o s e d fi b e r s p a c i n g w i t h i n c o n - c r e t e . T a b l e 2 . ] T y p i c a l V a l u e s o f F i b e r S p a c i n g f o r F i b e r V o l u m e F r a c t i o n o f 0 . 2 % . F i b e r d i a m e t e r F i b e r S p a c i n g i n c h ( m m ) m m ( i n ) S y n t h e t i c : 0 . 0 0 4 ( 0 . 1 ) 2 . 3 ( 0 . 0 8 9 ) S t e e l : 0 . 0 1 6 ( 0 . 4 0 ) 8 . 9 ( 0 . 3 6 ) 1 5 2 . 2 . 3 F i b e r W e i g h t F r a c t i o n v e r s u s V o l u m e F r a c t i o n W h i l e p r a c t i t i o n e r s g e n e r a l l y e x p r e s s fi b e r d o s a g e i n c o n c r e t e i n t e r m s o f fi b e r w e i g h t p e r u n i t v o l u m e o f c o n c r e t e , r e s e a r c h e r s g e n e r a l l y u s e fi b e r v o l u m e f r a c t i o n a s t h e m e a s u r e o f fi b e r c o n t e n t . T a b l e 2 . 2 p r e s e n t s e x a m p l e s f o r fi b e r w e i g h t d o s a g e d e p e n d i n g o n fi b e r s p e c i fi c g r a v i t y f o r a c o n s t a n t fi b e r v o l u m e f r a c t i o n o f 0 . 2 % . T a b l e 2 . 2 . F i b e r W e i g h t F r a c t i o n s f o r a C o n s t a n t F i b e r V o l u m e F r a c t i o n o f 0 . 2 % . . S p e c i fi c k g / m 3 F 1 " “ G r a v i t y ( l b / y d 3 ) S y n t h e t i c 0 . 9 1 . 8 ( 3 ) S t e e l 7 . 8 1 5 . 6 ( 2 6 ) I t m a y a l s o b e r a t i o n a l e t o w o r k w i t h fi b e r / c e m e n t r a t i o b e c a u s e fi b e r s r e i n f o r c e t h e p a s t e , a n d m o r e fi b e r s w o u l d b e n e e d e d a s t h e c e m e n t p a s t e c o n t e n t o f c o n c r e t e i n c r e a s e s . 2 . 2 . 4 F i b e r C o u n t p e r U n i t V o l u m e o f C o n c r e t e F i b e r c o u n t p e r u n i t v o l u m e o f c o n c r e t e i s a p a r a m e t e r c o m p a r a b l e i n s i g n i fi c a n c e t o fi b e r s p a c i n g . F i b e r c o u n t p e r u n i t v o l u m e c a n b e e x p r e s s e d a s a f u n c t i o n o f t h e fi b e r v o l u m e f r a c t i o n , l e n g t h a n d d i a m e t e r : V f l . d f w h e r e , 1 6 F C = F i b e r c o u n t p e r u n i t v o l u m e o f c o n c r e t e 1 = F i b e r l e n g t h d f = F i b e r D i a m e t e r E x a m p l e s o f fi b e r c o u n t p e r u n i t v o l u m e f o r t y p i c a l s y n t h e t i c a n d s t e e l fi b e r s a r e p r e - s e n t e d i n T a b l e 2 . 3 . T h e f a c t t h a t l o w e r - d i a m e t e r fi b e r s o f f e r c l o s e r fi b e r s p a c i n g s i s a n a d v a n t a g e i n t e r m s o f m i c r o c r a c k c o n t r o l i n c o n c r e t e . T a b l e 2 . 3 . E x a m p l e s o f F i b e r C o u n t P e r U n i t V o l u m e A t A C o n s t a n t F i b e r V o l u m e F r a c - t i o n o f 0 . 2 % . F i b e r C o u n t p e r i n 3 S y n t h e t i c 1 6 0 S t e e l 1 0 2 . 2 . 5 F i b e r S u r f a c e A r e a p e r U n i t V o l u m e o f C o n c r e t e F i b e r s r e l a y t h e i r r e i n f o r c i n g e f f e c t s t o c o n c r e t e t h r o u g h t h e i r i n t e r f a c e s w i t h c o n c r e t e . L a r g e r i n t e r f a c e a r e a s t h u s e n h a n c e t h e r e i n f o r c e m e n t e f fi c i e n c y o f fi b e r s i n c o n c r e t e . T h e fi b e r s u r f a c e a r e a p e r u n i t v o l u m e o f c o n c r e t e ( S S ) c a n b e c a l c u l a t e d a s f o l l o w s : V s s : 4 — f ‘ 0 T y p i c a l s y n t h e t i c a n d s t e e l fi b e r s a t 0 . 2 % v o l u m e fi ' a c t i o n p r o v i d e 0 . 1 2 a n d 0 . 0 3 i n 2 s u r - f a c e a r e a p e r i n 3 o f c o n c r e t e , r e s p e c t i v e l y . 1 7 2 . 3 F i b e r I n t e r a c t i o n s w i t h M a t r i x D a m a g e M e c h a n i s m s F i b e r s a t r e l a t i v e l y l o w v o l u m e f r a c t i o n s e n h a n c e t h e p e r f o r m a n c e o f c o n c r e t e t h r o u g h c o n t r o l o f m i c r o c r a c k a n d c r a c k p r o p a g a t i o n a t t h r e e s t a g e s : ( i ) s t r e s s c o n t r o l a n d d a m a g e s u p p r e s s i o n ; ( i i ) m i c r o c r a c k c o n t r o l a n d d a m a g e s t a b i l i z a t i o n ; a n d ( i i i ) c r a c k c o n t r o l a n d f a i l u r e i n h i b i t i o n . T h e s e t h r e e s t a g e s o f fi b e r i n t e r a c t i o n w i t h d a m a g e m e c h a n i s m s i n m a - t r i x a r e d e s c r i b e d b e l o w . 2 . 3 . 1 S t r e s s C o n t r o l a n d D a m a g e S u p p r e s s i o n F a i l u r e o f c o n c r e t e u n d e r l o a d a n d e n v i r o n m e n t a l e f f e c t s g e n e r a l l y i n i t i a t e s t h r o u g h p r o p a g a t i o n a n d i n t e r c o n n e c t i o n o f p r e — e x i s t i n g m i c r o c r a c k s . T h e s e m i c r o c r a c k s g r o w r a t h e r e a s i l y i n c o n c r e t e d u e t o t h e c o n c e n t r a t i o n o f s t r e s s e s n e a r m i c r o c r a c k t i p s a n d t h e l o w f r a c t u r e t o u g h n e s s o f c o n c r e t e . O n c e r e l a t i v e l y s t i f f fi b e r s o f h i g h s u r f a c e a r e a a r e l o c a t e d n e a r m i c r o c r a c k t i p s , fi b e r s ( a s s u m i n g t h a t t h e y a r e s t i f f e r t h a n c o n c r e t e ) r e s i s t l a r g e d e f o r m a t i o n s ( s t r a i n s ) n e a r c r a c k t i p s a n d t h u s r e d u c e m a t r i x s t r e s s e s ( s e e F i g u r e 2 . 5 ) . T h i s p h e n o m e n o n d e l a y s ( s u p - p r e s s e s ) t h e i n i t i a t i o n o f d a m a g e ( m i c r o c r a c k p r o p a g a t i o n ) . I n e f f e c t , s i n c e i n t h e p r e s - e n c e o f c r a c k s t h e m a t r i x t e n d s t o e x t e n d m o r e t h a n t h e fi b e r s ( d u e t o s t r e s s c o n c e n t r a - t i o n s j u s t a h e a d o f c r a c k t i p s ) , fi b e r s o p p o s e t h i s t e n d e n c y ; t h r o u g h i n t e r f a c i a l s h e a r b o n d s t r e s s e s , t h e y a p p l y ‘ p i n c h i n g f o r c e s ’ w h i c h e f f e c t i v e l y r e d u c e t h e s t r e s s i n t e n s i t y f a c t o r o f t h e c r a c k ( F i g u r e 2 . 5 ) . A s a r e s u l t , h i g h e r l e v e l s o f a p p l i e d s t r e s s w o u l d b e r e q u i r e d t o 1 8 p r o d u c e a s t r e s s fi e l d a h e a d o f t h e c r a c k t i p s u c h t h a t m a x i m u m s t r e s s e x c e e d s t h e c r i t i c a l s t r e s s i n t e n s i t y f a c t o r o f c o n c r e t e . S T R E S S C O N C E N T R A T I O N U “ € 2 . 3 3 - 2 a 1 Q ‘ - — » ~ — - - — - - - — . D I S T A N C E F R O M / - C R A C K T I P V E C T O R S R E P R E S E N T _ B O N D S T R E S S D I S T R I - c B U T I O N ‘ < F i g u r e 2 . 5 . S t r e s s C o n t r o l a n d D a m a g e S u p p r e s s i o n A c t i o n o f F i b e r s i n C o n c r e t e . F i b e r c h a r a c t e r i s t i c s t h a t y i e l d e n h a n c e d s t r e s s c o n t r o l a n d d a m a g e s u p p r e s s i o n e f f e c t s i n c l u d e : 0 H i g h E l a s t i c M o d u l u s ( h i g h e r t h a n t h a t o f c o n c r e t e ) 0 C l o s e F i b e r S p a c i n g 0 H i g h F i b e r S u r f a c e A r e a a n d B o n d S t r e n g t h 0 H i g h F i b e r T e n s i l e S t r e n g t h H i g h e l a s t i c m o d u l u s o f fi b e r s ( m u s t b e h i g h e r t h a n t h a t o f c o n c r e t e m a t r i x ) i s e s s e n t i a l f o r t h e c o n t r o l o f s t r e s s e s a t m i c r o c r a c k t i p s , w h i c h d e l a y t h e i n i t i a t i o n o f d a m a g e p r o c - e s s e s . A l s o , i t i s e s s e n t i a l t h a t fi b e r b e l o c a t e d n e a r m i c r o c r a c k t i p s f o r e f f e c t i v e r e l i e f o f s t r e s s c o n c e n t r a t i o n t h e r e ; c l o s e s p a c i n g o f fi b e r s i s t h u s c r i t i c a l . S t r e s s t r a n s f e r f r o m m a - t r i x t o fi b e r s i s t h r o u g h fi b e r - m a t r i x i n t e r f a c e s ; h e n c e , l a r g e i n t e r f a c e a r e a s a n d s t r o n g b o n d s t r e n g t h s a r e a l w a y s h e l p f u l . F i n a l l y , fi b e r s s h o u l d b e c a p a b l e o f r e s i s t i n g t r a n s - f e r r e d s t r e s s e s , w h i c h m a k e s t h e i r t e n s i l e s t r e n g t h i m p o r t a n t . I t i s i m p o r t a n t t o n o t e t h a t t e n s i l e s t r e n g t h i s n o t t h e o n l y , o r i n t h i s c a s e e v e n t h e k e y , c r i t e r i o n f o r t h e j u d g m e n t o f t h e r e i n f o r c e m e n t e f fi c i e n c y o f fi b e r s i n c o n c r e t e . A S n o t e d a b o v e , fi b e r s p a c i n g i s o n e i m p o r t a n t f a c t o r d e t e r m i n i n g t h e d a m a g e s u p p r e s - s i o n e f f e c t s o f fi b e r s w h i c h l e a d t o i n c r e a s e d c r a c k i n g s t r e n g t h o f c o n c r e t e . T h e e x p e r i - m e n t a l r e s u l t s s h o w n i n F i g u r e 2 . 6 v a l i d a t e t h e ‘ s p a c i n g c o n c e p t ’ i n a p p l i c a t i o n t o s t e e l fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e . T h e c r i t e r i a g o v e r n i n g e f f e c t i v e n e s s o f fi b e r s i n d a m a g e s u p p r e s s i o n c a n n o w b e u s e d t o c o m p a r e d i f f e r e n t fi b e r t y p e s ( T a b l e 2 . 4 ) . 2 0 3 . 0 I I 1 ¥ \ . 4 o \ E \ ‘ I N D I R E C T T E N S I O N ‘ N : 1 : 2 . 0 . - ‘ o B E A M I N B E D I N G [ - 1 g ‘ \ T H E O R E T I C A L E - - E X P E R I M E N T A L \ ‘ x 1 0 - ‘ K - 4 fl F I B E R S P A C I N G , m m F i g u r e 2 . 6 . E f f e c t o f F i b e r S p a c i n g o n T e n s i l e a n d F l e x u r a l S t r e n g t h o f C o n c r e t e . T a b l e 2 . 4 . C o m p a r i s o n o f F i b e r s B a s e d o n D a m a g e S u p p r e s s i o n C r i t e r i a . F i b e r S t e e l S y n t h e t i c E l a s t i c M o d u l u s 2 9 , 0 0 0 2 , 5 0 0 S p a c i n g @ 0 . 2 % V f 0 . 3 6 0 . 0 8 9 S u r f a c e A r e a @ 0 . 2 % ( i n 2 / 1 : ? ) 0 . 0 3 0 . 1 2 B o n d S t r e n g t h ( p s i ) 3 5 0 1 0 0 T e n s i l e S t r e n g t h ( p s i ) 1 0 0 1 5 0 2 . 3 . 2 M i c r o c r a c k C o n t r o l a n d D a m a g e S t a b i l i z a t i o n T h e s t r e s s fi e l d a h e a d o f m i c r o c r a c k t i p ( F i g u r e 2 . 7 a ) c o n s i s t s o f t h e f a m i l i a r s t r e s s c o n - c e n t r a t i o n p r o fi l e i n t h e d i r e c t i o n o f t e n s i l e s t r e s s ( y d i r e c t i o n ) , a n d a t e n s i l e s t r e s s fi e l d i n t h e p e r p e n d i c u l a r d i r e c t i o n ( x d i r e c t i o n ) . T h e l a t t e r fi e l d h a s i t s m a x i m u m n o t a t t h e 2 1 c r a c k t i p , b u t s l i g h t l y a h e a d o f i t . A s t h e p r o p a g a t i n g m i c r o c r a c k a p p r o a c h e s t h e fi b e r ( F i g u r e 2 . 7 b ) , t h e p e r p e n d i c u l a r t e n s i l e s t r e s s m a y c a u s e d e b o n d i n g a t t h e fi b e r - m a t r i x i n t e r f a c e , b e f o r e t h e c r a c k h a s r e a c h e d t h e i n t e r f a c e . T h i s w i l l o c c u r i f t h e i n t e r f a c i a l b o n d s t r e n g t h i s l o w , l e s s t h a n a b o u t 1 / 5 o f t h e t e n s i l e s t r e n g t h o f t h e m a t r i x . W h e n t h e c r a c k fi n a l l y r e a c h e s t h e i n t e r f a c e , i t s t i p w i l l b e b l u n t e d b y t h e a l r e a d y p r e s e n t d e b o n d - i n g c r a c k . T h e s t r e s s c o n c e n t r a t i o n w i l l b e r e d u c e d , a n d t h e f o r w a r d p r o p a g a t i o n o f t h e c r a c k w i l l b e a r r e s t e d . T h u s , t h e c r a c k p a t h w i l l b e d i v e r t e d , a n d i n s t e a d o f c o n t i n u i n g s t r a i g h t a c r o s s t h e fi b e r i t w i l l c h o o s e t h e p a t h o f l e a s t r e s i s t a n c e w h i c h i n v o l v e s d e b o n d - i n g a l o n g t h e w e a k i n t e r f a c e . I n fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e , t h e w e a k i n t e r f a c e i s n o t a t t h e fi b e r s u r f a c e , b u t r a t h e r i n t h e p o r o u s l a y e r o f t h e t r a n s i t i o n z o n e , a n d i t i s h e r e t h a t c r a c k a r r e s t , d e b o n d i n g a n d c r a c k b r a n c h i n g t a k e s p l a c e e / E s ‘ y D - ( 1 ) : 2 : p l M A T R I X < . D d [ — z ‘ 5 z D ( 2 ) 6 O y 3 E M A T R I X [ — ( I ) D I S T A N C E F R O M ( 3 ) C R A C K T I P _ M A T R I X / 0 , ( ( 1 ) S t r e s s C o n c e n t r a t i o n ( b ) M i c r o c r a c k / F i b e r I n t e r a c t i o n F i g u r e 2 . 7 . M i c r o c r a c k C o n t r o l a n d D a m a g e S t a b i l i z a t i o n b y F i b e r s . 2 2 O n c e fi r s t m i c r o c r a c k p r o p a g a t i o n h a s t a k e n p l a c e i n c o n c r e t e , t h e fi b e r s s e r v e t o i n h i b i t u n s t a b l e c r a c k p r o p a g a t i o n ( F i g u r e 2 . 8 ) . A t t h i s s t a g e , t h e m i c r o c r a c k p r o p a g a t i o n p a t - t e r n s a r e c o m p l e x , p o s s i b l y w i t h d i s c o n t i n u o u s m i c r o c r a c k s p r e s e n t a h e a d o f t h e p r i n c i p a l m i c r o c r a c k . F i g u r e 2 . 8 . I n h i b i t i o n o f U n s t a b l e M i c r o c r a c k P r o p a g a t i o n b y F i b e r . A t t h e d a m a g e s t a b i l i z a t i o n s t a g e , t h e f o l l o w i n g p a r a m e t e r s g o v e r n , b a s e d o n a b o v e i l l u s - t r a t i o n , t h e e f f e c t i v e n e s s o f fi b e r s . 0 C l o s e F i b e r S p a c i n g 0 H i g h F i b e r S u r f a c e A r e a 0 B o n d S t r e n g t h 2 3 F i b e r s w o u l d b e m o r e e f f e c t i v e i n m i c r o c r a c k s t a b i l i z a t i o n i f t h e y p r o v i d e c l o s e r s p a c i n g a n d l a r g e r s u r f a c e a r e a s . B o n d s t r e n g t h i s a l s o i m p o r t a n t ; t h e n a t u r e o f m i c r o c r a c k s t a b i - l i z a t i o n e f f e c t s o f fi b e r s a l t e r s a s b o n d s t r e n g t h i n c r e a s e s b e y o n d a l i m i t . M o d e r a t e b o n d s t r e n g t h , n o t e x t r e m e l y l o w o r h i g h , c o u l d a c t u a l l y b e n e fi t t h e m i c r o c r a c k s t a b i l i z a t i o n a c t i o n o f fi b e r s . T a b l e 2 . 5 p r e s e n t s t y p i c a l v a l u e s f o r a b o v e p a r a m e t e r s f o r e x a m p l e c a s e s o f s t e e l a n d s y n t h e t i c fi b e r r e i n f o r c e m e n t . S y n t h e t i c fi b e r s w i t h t y p i c a l l y s m a l l e r d i a m e - t e r s h a v e a d e fi n i t e a d v a n t a g e i n t e r m s o f s p e c i fi c s u r f a c e a r e a . T a b l e 2 . 5 . C o m p a r i s o n o f S t e e l a n d S y n t h e t i c F i b e r s a t D a m a g e S t a b i l i z a t i o n S t a g e o f B e h a v i o r . F i b e r S t e e l S y n t h e t i c S p a c i n g @ 0 . 2 % V f ( i n ) 0 . 3 6 0 . 0 8 9 S u r f a c e A r e a @ 0 . 2 % ( i n z / i n 3 ) 0 . 0 3 0 . 1 2 B o n d S t r e n g t h ( p s i ) 3 5 0 1 0 0 2 . 3 . 3 C r a c k C o n t r o l a n d F a i l u r e I n h i b i t i o n E v e n t u a l l y , m i c r o c r a c k s p r o p a g a t e , c o n c e n t r a t e a n d i n t e r c o n n e c t t o t h e p o i n t t h a t l a r g e v i s i b l e c r a c k s a r e p r o d u c e d . T h e p u l l - o u t r e s i s t a n c e a n d t e n s i l e s t r e n g t h o f fi b e r s a t t h i s p o i n t e s s e n t i a l l y i n v o l v e s a p p l y i n g a c r a c k - c l o s i n g p r e s s u r e w h i c h c o n t r o l s c r a c k p r o p a - g a t i o n a n d d e l a y s fi n a l f a i l u r e o f t h e s y s t e m . 2 4 A s s h o w n i n F i g u r e 2 . 9 , t h r e e d i s t i n c t z o n e s c a n b e i d e n t i fi e d a c r o s s t h e c r a c k : ( 1 ) t r a c - t i o n f r e e z o n e ; ( 2 ) fi b e r b r i d g i n g z o n e , i n w h i c h s t r e s s i s t r a n s f e r r e d b y f r i c t i o n a l s l i p o f t h e fi b e r s ; a n d ( 3 ) m a t r i x p r o c e s s z o n e , c o n t a i n i n g m i c r o c r a c k s , b u t w i t h e n o u g h c o n t i n u - i t y a n d a g g r e g a t e i n t e r l o c k t o t r a n s f e r s o m e s t r e s s i n t h e m a t r i x i t s e l f ( t h e c o n c e p t s o f m i - c r o c r a c k s u p p r e s s i o n a n d s t a b i l i z a t i o n w o u l d a p p l y h e r e ) . L O A D P T R A C T I O N F R E E C R A C K L E N G T H r - A G G R E G A T E f A I p B R I D G I N G 1 T I L O A D P F I B R E B R I D G I N G L E N G T H F i g u r e 2 . 9 . C r a c k C o n t r o l a n d F a i l u r e I n h i b i t i o n A c t i o n o f F i b e r s . F i b e r s b r i d g i n g a c r o s s c r a c k s c o u l d e i t h e r r u p t u r e o r p u l l — o u t a f t e r d e b o n d i n g . T h e p u l l - o u t p r o c e s s i s g e n e r a l l y p r e f e r r e d a s f a r a s i t d o e s n o t o c c u r p r e m a t u r e l y b e c a u s e i t d i s s i - p a t e s l a r g e fi ' i c t i o n a l e n e r g y , a n d i n c r e a s e s t h e d e f o r m a t i o n c a p a c i t y o f c o n c r e t e a fi e r c r a c k i n g . 2 5 T h e p u l l - o u t p r o c e s s ( F i g u r e 2 . 1 0 ) s t a r t s w i t h d e b o n d i n g o f fi b e r s f r o m m a t r i x , w h i c h e s - s e n t i a l l y i n v o l v e s t h e p r o p a g a t i o n o f a c r a c k a l o n g t h e i n t e r f a c e . A fi e r f u l l d e b o n d i n g , t h e p u l l - o u t p r o c e s s s t a r t s w h i c h i s r e s i s t e d b y f r i c t i o n a l f o r c e s . F i b e r s p u l l - o u t o n t h e s i d e o f c r a c k w h e r e t h e i r e m b e d m e n t l e n g t h i s s h o r t e r , r a n g i n g f r o m 0 t o M 2 . T h e a v e r - a g e p u l l - o u t l e n g t h i s l p ’ 4 . A X I S O F S Y M M E T R Y F i g u r e 2 . 1 0 . F i b e r D e b o n d i n g f o r P u l l - O u t . B a s e d o n t h e a b o v e c o n s i d e r a t i o n s , fi b e r p a r a m e t e r s w h i c h g o v e r n t h e c r a c k c o n t r o l a n d f a i l u r e i n h i b i t i o n a c t i o n i n c l u d e : 0 H i g h F i b e r A r e a 0 H i g h B o n d S t r e n g t h a n d B a l a n c e d P u l l - O u t & R u p t u r e S t r e n g t h s E n c o u r a g i n g P u l l - O u t 0 L a r g e F i b e r L e n g t h 2 6 W i t h fi b e r l e n g t h a n d s u r f a c e a r e a b o t h c r i t i c a l , s o m e u s e fi b e r a s p e c t r a t i o ( l / d ) a s a m e a s u r e o f r e i n f o r c e m e n t e f fi c i e n c y a t t h i s s t a g e o f b e h a v i o r . A l s o , s p e c i fi c s u r f a c e a r e a t i m e s b o n d s t r e n g t h c o u l d b e u s e d a s a n o t h e r m e a s u r e o f r e i n f o r c e m e n t e f f i c i e n c y . T a b l e 2 . 6 m a k e s a t y p i c a l c o m p a r i s o n o f s t e e l a n d s y n t h e t i c fi b e r s b a s e d o n p a r a m e t e r s w h i c h g o v e r n t h e c r a c k c o n t r o l a n d f a i l u r e i n h i b i t i o n a c t i o n o f fi b e r s i n c o n c r e t e . T a b l e 2 . 6 . C o m p a r i s o n o f S t e e l a n d S y n t h e t i c F i b e r s a t C r a c k C o n t r o l a n d F a i l u r e I n h i - b i t i o n S t a g e o f B e h a v i o r . F i b e r S t e e l S y n t h e t i c S u r f a c e A r e a @ 0 . 2 % ( i n z / i n 3 ) 0 . 0 3 0 . 1 2 B o n d S t r e n g t h ( p s i ) 3 5 0 1 0 0 B o n d S t r e n g t h S p e c S u r f ( l b / i n 3 ) 1 0 . 5 1 2 P u l l - O u t / R u p t u r e S t r e n g t h 0 . 3 0 . 2 L e n g t h ( i n ) 1 . 5 0 . 7 L e n g t h / D i a m e t e r 9 4 1 8 8 2 . 3 . 4 P r a c t i c a l I m p l i c a t i o n s o f M i c r o c r a c k a n d C r a c k C o n t r o l T h e m i c r o c r a c k s u p p r e s s i o n a n d s t a b i l i z a t i o n a s w e l l a s t h e c r a c k c o n t r o l a c t i o n s o f fi b e r s i n c o n c r e t e y i e l d i m p r o v e m e n t s i n d i v e r s e a s p e c t s o f c o n c r e t e p e r f o r m a n c e , l i s t e d b e l o w . T h e d e g r e e o f i m p r o v e m e n t i n e a c h p r o p e r t y d e p e n d s o n p a r t i c u l a r fi b e r p r o p e r t i e s a n d v o l u m e f r a c t i o n s . 2 7 0 R e s t r a i n e d s h r i n k a g e m i c r o c r a c k a n d c r a c k c o n t r o l , y i e l d i n g e n h a n c e d i m p e r m e - a b i l i t y a n d d u r a b i l i t y - I n c r e a s e d t e n s i l e / fl e x u r a l s t r e n g t h , d u c t i l i t y a n d t o u g h n e s s 0 I m p r o v e d i m p a c t r e s i s t a n c e 0 I m p r o v e d f a t i g u e l i f e D e p e n d i n g o n t h e fi b e r t y p e a n d v o l u m e f r a c t i o n , v a r i o u s fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e s e x - h i b i t d i v e r s e t y p e s o f b e h a v i o r . F o r e x a m p l e , fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e c a n b e d e s i g n e d w i t h h i g h - m o d u l u s , h i g h - b o n d - s t r e n g t h , h i g h - s u r f a c e - a r e a fi b e r s t o p r o v i d e h i g h l y i m - p r o v e d l e v e l s o f t e n s i l e s t r e n g t h , b u t w i t h l i m i t e d fi b e r p u l l - o u t a n d p o s t - p e a k d u c t i l i t y a n d t o u g h n e s s ( F i g u r e 2 . 1 1 a ) . A l s o , fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e c a n b e d e s i g n e d w i t h m o d - e r a t e b o n d s t r e n g t h s w h i c h e n c o u r a g e fi b e r p u l l - o u t a n d t h u s i m p r o v e d p o s t - p e a k d u c t i l - i t y a n d t o u g h n e s s ( F i g u r e 2 . 1 l b ) . A t h i g h v o l u m e f r a c t i o n s o f h i g h - s u r f a c e - a r e a fi b e r s w i t h r e a s o n a b l e p u l l - o u t r e s i s t a n c e , o n e m a y o b s e r v e d a n a s c e n d i n g i n e l a s t i c ( p o s t - c r a c k i n g ) a s s o c i a t e d w i t h m u l t i p l e - c r a c k i n g o f c o n c r e t e ( F i g u r e 2 . 1 1 0 ) . 2 8 s s e r t s e l i s n e T F i b e r p u l l - o u t I - O F 1 t 1 > 1 e r M u l t i p l e c r a c k i n g , p u ' 0 ‘ “ d e b o n d i n g , a n d s l i p S t r a i n S t r a i n S t r a i n ( a ) ( b ) ( C ) F i g u r e 2 . 1 1 . D i v e r s i t y o f t h e T e n s i l e B e h a v i o r o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e s . 2 9 2 . 4 P r o p e r t i e s o f S y n t h e t i c F i b e r s S y n t h e t i c p o l y m e r i c fi b e r s h a v e b e e n p r o d u c e d a s a r e s u l t o f r e s e a r c h a n d d e v e l o p m e n t i n t h e p e t r o c h e m i c a l a n d t e x t i l e i n d u s t r i e s . F i b e r t y p e s t h a t h a v e b e e n t r i e d w i t h c e m e n t m a - t r i c e s i n c l u d e ( s e e T a b l e 2 . 7 ) a c r y l i c , a r a r n i d , n y l o n , p o l y e s t e r , p o l y e t h y l e n e a n d p o l y p r o - p y l e n e . T h e y a l l h a v e a v e r y h i g h t e n s i l e s t r e n g t h , b u t o n l y f e w h a v e a r e l a t i v e l y h i g h m o d u l u s o f e l a s t i c i t y . T h e q u a l i t y o f p o l y m e r i c fi b e r s t h a t m a k e s t h e m u s e f u l i n fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e i s t h e i r v e r y h i g h l e n g t h - t o - d i a m e t e r r a t i o s ; t h e i r d i a m e t e r s a r e o n t h e o r d e r o f m i c r o m e t e r . T a b l e 2 . 7 p r e s e n t s a s u m m a r y o f p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f v a r i o u s p o l y m e r i c fi b e r s . E x a m - p l e s o f t h e s t r e s s - s t r a i n c u r v e s o f d i f f e r e n t s y n t h e t i c fi b e r s a r e p r e s e n t e d i n F i g u r e 2 . 1 2 . T a b l e 2 . 7 . P r o p e r t i e s o f S y n t h e t i c F i b e r s . E f f . d i a . T e n s i l e E l a s t i c U l t i m a t e x 1 0 " 3 i n . S p e c i fi c S t r e n g t h , m o d u l u s , e l o n g a - F i b e r T y p e ( x 1 0 ' 3 m m ) G r a v i t y k s i ( M P a ) k s i ( G P a ) t i o n ( % ) A H e 0 . 5 - 4 . 1 1 . 1 7 3 0 - 1 4 5 2 0 0 0 - 2 8 0 0 7 5 - 5 0 0 “ y ( 1 3 - 1 0 4 ) ( 2 0 7 - 1 0 0 0 ) ( 1 4 . 6 - 1 9 . 6 ) N I o n 1 . 1 6 1 4 0 7 5 0 2 0 . 0 y ( 9 6 5 ) ( 5 . 1 7 ) P O ] e s t e r 1 . 3 4 - 1 . 3 9 1 3 0 - 1 6 0 2 5 0 0 y ( 8 9 6 - 1 1 0 0 ) ( 1 7 . 5 ) P 0 1 6 t h l a n e 1 0 4 0 . 0 0 . 9 6 2 9 - 3 5 7 2 5 3 . 0 y Y ( 2 5 1 0 2 0 ) ( 2 0 0 3 0 0 ) ( 5 . 0 ) P 0 1 r 0 l e n e 0 . 9 0 - 0 . 9 1 4 5 - 1 1 0 5 0 0 - 7 0 0 1 5 . 0 V P p y ( 3 1 0 - 7 6 0 ) ( 3 5 - 4 9 ) 3 0 l 2 : l 1 i 1 0 ’ N Y L O N / / ; a / / " a 8 ~ / . / ’ - 1 c u . / ' 3 / / P O L Y E S T E R o . g 6 ~ / / , I A C R Y L I C , ' I m . , 1 , " F I L A M E N T V 3 4 . x / / . _ L L ] / . ' / a ' l I — , x f f / / A C R Y L I C , m 2 - I ’ f fi / S T A P L E i f . . . _ . . . v ' I / , , , , 0 y . . E ! l J O 5 1 0 1 5 2 0 2 5 S T R A I N , % F i g u r e 2 . 1 2 . E x a m p l e s o f T e n s i l e S t r e s s - S t r a i n C u r v e s o f S y n t h e t i c F i b e r s . 3 1 2 . 5 E f f e c t s o f F i b e r s i n F r e s h C o n c r e t e M i x t u r e s F i b e r s , e v e n w h e n a d d e d t o c o n c r e t e a t r e l a t i v e l y l o w v o l u m e f r a c t i o n s , p r o v i d e a r e l a - t i v e l y h i g h s u r f a c e a r e a t h a t n e e d s t o b e c o a t e d w i t h t h e p a s t e f o r e f f e c t i v e b o d i n g t o c o n - c r e t e . T h e c o n s u m p t i o n o f w e t p a s t e f o r c o a t i n g o f fi b e r s r e d u c e s t h e p a s t e c o n t e n t f o r l u b r i c a t i o n o f a g g r e g a t e s , a n d t h u s d a m a g e s w o r k a b i l i t y . H o w e v e r , s t a t i c t e s t s s u c h a s s l u m p o v e r e s t i m a t e t h i s d a m a g e t o w o r k a b i l i t y ; l o w - s l u m p fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e m i x - t u r e s c o u l d s t i l l c o m p a c t f a v o r a b l y w h e n v i b r a t i o n i s u s e d f o r c o n s o l i d a t i o n . C o a r s e r a n d l o n g e r fi b e r s s u c h a s s t e e l e x p e r i e n c e d i f fi c u l t y i n d i s p e r s i o n w i t h i n c o n c r e t e a t h i g h e r a g g r e g a t e c o n t e n t s a n d w i t h l a r g e r m a x i m u m a g g r e g a t e s i z e ( s e e F i g u r e 2 . 1 3 ) . H e n c e , m i x e s o f s m a l l e r m a x i m u m a g g r e g a t e s i z e w h i c h a r e r i c h e r i n c e m e n t a n d s a n d c o n t e n t f a v o r u n i f o r m d i s p e r s i o n o f fi b e r s i n c o n c r e t e . F i b e r i n t e r l o c k i n g ( b a l l i n g ) c a n o c c u r i n i m p r o p e r l y p r o p o r t i o n e d o r m i x e d fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e p a r t i c u l a r l y a t h i g h e r fi b e r v o l u m e fi ‘ a c t i o n s . F i b e r s w i t h s p e c i fi c g r a v i t i e s s u b s t a n t i a l l y h i g h e r a n d l o w e r t h a n t h a t o f c o n c r e t e m a y t e n d t o s e t t l e a n d fl o w , r e s p e c t i v e l y , w i t h i n h i g h - s l u m p c o n c r e t e m i x t u r e s . S o m e fi n e r fi b e r s c o u l d a c t u a l l y i m p r o v e t h e c o h e s i v e n e s s a n d s e g r e g a t i o n r e s i s t a n c e o f f r e s h c o n - c r e t e m i x t u r e s . W h e n u s i n g fi b e r s a t r e l a t i v e l y l o w v o l u m e f r a c t i o n s o f 0 . 2 % o r l e s s , h a r d l y a n y c h a n g e w o u l d b e r e q u i r e d i n a p r o p e r l y p r o p o r t i o n e d n o r m a l c o n c r e t e m i x . 3 2 D O Q C ~ 0 0 O O O 5 m m 1 0 m m 2 0 m m A g g r e g a t A g g r e g a t A g g r e g a t F i g u r e 2 . 1 3 . E f f e c t o f A g g r e g a t e S i z e o n F i b e r D i s p e r s i o n . 3 3 2 . 6 T e s t i n g o f F r e s h a n d H a r d e n e d F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e S o m e p r o p e r t i e s o f F R C a r e m a t r i x - d e p e n d e n t , a n d c a n t h u s b e m e a s u r e d b y t h e m e t h o d s c o m m o n l y u s e d f o r c o n v e n t i o n a l c o n c r e t e , e . g . , c o m p r e s s i v e s t r e n g t h . O t h e r p r o p e r t i e s , h o w e v e r , d i f f e r s u b s t a n t i a l l y f r o m t h o s e o f m a t r i x , a n d m u s t b e e v a l u a t e d b y t e s t m e t h o d s w h i c h a r e n o t u s e d f o r n o r m a l c o n c r e t e . T h e s e p r o p e r t i e s a r e o f t h e g r e a t e s t i n t e r e s t b e - c a u s e t h e y r e p r e s e n t t h e a r e a s i n w h i c h t h e a d d i t i o n o f fi b e r s y i e l d s t h e g r e a t e s t e f f e c t s o n p r o p e r t i e s , s u c h a s c r a c k c o n t r o l a n d i m p a c t r e s i s t a n c e . S o m e , b u t n o t a l l , o f t h e s e t e s t s h a v e b e e n d e v e l o p e d t o t h e l e v e l o f s t a n d a r d p r a c t i c e s . 2 . 6 . 1 W o r k a b i l i t y o f F r e s h F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e F i b e r s u s u a l l y t e n d t o s t i f f e n t h e f r e s h m i x , a n d m a k e i t s e e m h a r s h i n s t a t i c c o n d i t i o n ; i n s p i t e o f t h i s , t h e m i x c a n s t i l l r e s p o n d w e l l t o v i b r a t i o n . U n d e r v i b r a t i o n , t h e s t i f f e n i n g e f f e c t o f t h e fi b e r s m a y l a r g e l y d i s a p p e a r , a n d a p r o p e r l y d e s i g n e d F R C m i x c a n b e h a n - d l e d i n m u c h t h e s a m e w a y a s p l a i n c o n c r e t e i n t e r m s o f m o b i l i t y a n d a b i l i t y t o fl o w . T h e r e f o r e , w o r k a b i l i t y t e s t s b a s e d o n s t a t i c c o n d i t i o n s , s u c h a s t h e s l u m p t e s t , c a n y i e l d m i s l e a d i n g r e s u l t s s i n c e t h e f r e s h fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e i s i n f a c t w o r k a b l e w h e n v i - b r a t e d . H e n c e , i t i s g e n e r a l l y r e c o m m e n d e d t h a t w o r k a b i l i t y t e s t s i n w h i c h d y n a m i c e f - f e c t s a r e i n v o l v e d s h o u l d b e u s e d t o a s s e s s t h e p r o p e r t i e s o f f r e s h fi b e r r e i n f o r c e d c o n - c r e t e m i x e s . A t l o w v o l u m e f r a c t i o n s o f a b o u t 0 . 1 % , o n e m a y s t i l l u s e t h e s l u m p t e s t . V a r i o u s t e s t s i n v o l v i n g d y n a m i c e f f e c t s h a v e b e e n c o n s i d e r e d ; t h e s e i n c l u d e I n v e r t e d S l u m p C o n e ( A S T M C 9 9 5 ) , a n d V e b e C o n s i s t o m e t e r ( F i g u r e 2 . 1 4 ) . 3 4 L o o s e T o t a l w e i g h t = 2 7 5 0 1 5 0 g B R A C K E T I N C O N T A C T W I T H F O O T P I E C E O F S L U M P M O L D T r a n s p a r e n t d i s k S L U M P M O L D ( C — 1 9 ) S t a n d a r d s l u m p c o n e I _ _ _ _ , ' _ _ 2 4 0 _ L _ _ _ . P L Y W O O D B A S E W I T H V i b r a t i n g t a b l e ‘ ‘ _ ‘ — - _ , _ — - N O O P L Y W O O D B A S E T O C E N T E R T H E S L U M P M O L D I N T H E B U C K E T O J 5 0 7 < m L y n / £ 7 . 9 9 " ! / , ” ' 0 3 - . , . , u r ” m u m m n y t , I / , ‘ / / / r I M a i n / 7 x % u r u n / . t l f l l . ’ 1 . 1 / t , / r ‘ , r . . . I . I / / . , / A ’ r 7 " Z i g g y / 1 , , “ 1 . 1 / ~ 1 n u / I n r / A u / r E i ‘ r f t / B U C K E T ( C — l 9 ) ( a ) I n v e r t e d S l u m p C o n e ( b ) V e b e C o n s i s t o m e t e r F i g u r e 2 . 1 4 . F r e s h M i x W o r k a b i l i t y T e s t S e t - U p s A p p l i c a b l e t o F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . E x a m p l e c o r r e l a t i o n s b e t w e e n d i f f e r e n t w o r k a b i l i t y t e s t m e t h o d s a r e p r e s e n t e d i n F i g u r e 2 . 1 5 , i n d i c a t i n g t h a t e v e n a t a l o w s l u m p t h e f r e s h fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e c o u l d r e s p o n d w e l l t o v i b r a t i o n . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t a l l w o r k a b i l i t y t e s t s d i s c u s s e d h e r e , i n c l u d i n g S l u m p , p r o v i d e a c o m p a r a t i v e a s s e s s m e n t o f d i f f e r e n t f r e s h fi b e r r e i n f o r c e d m i x e s ; t h e y d o n o t m e a s u r e p a r a m e t e r s o f p h y s i c a l s i g n i fi c a n c e . 3 5 ) s ( e m i t B - V 3 0 3 0 E E E 2 0 " ' 2 0 E 8 1 5 ‘ ' 1 5 8 B 1 0 . . 1 0 ' 8 5 ~ 5 a 5 * - s e 0 u x r O 1 0 8 6 4 2 2 V - B t i m e ( s ) ‘ 1 4 4 6 i 8 . 1 1 0 1 t T 0 0 . 5 1 . 0 1 . 5 2 . 0 S l u m p ( i n . ) ( 5 0 m m ) F i g u r e 2 . 1 5 . C o r r e l a t i o n s B e t w e e n D i fl r e r e n t F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e F r e s h M i x W o r k a b i l i t y T e s t R e s u l t s . 2 . 6 . 2 R e s t r a i n e d P l a s t i c S h r i n k a g e C r a c k i n g R e s i s t a n c e o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e M a n y a p p l i c a t i o n s o f fi b e r s , i n p a r t i c u l a r t h o s e i n v o l v i n g r e l a t i v e l y s m a l l d o s a g e s ( l e s s t h a n 0 . 3 v o l . % ) o f l o w - m o d u l u s fi b e r s , a r e i n t e n d e d t o i n c r e a s e r e s i s t a n c e t o p l a s t i c s h r i n k a g e ( a n d p l a s t i c s e t t l e m e n t ) c r a c k i n g a t e a r l y a g e s ( w i t h i n f e w h o u r s a f t e r c o n c r e t e p l a c e m e n t ) . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t m e a s u r e m e n t o f f r e e p l a s t i c s h r i n k a g e d o e s n o t g i v e a n i n d i c a t i o n o f t h e e f f e c t o f fi b e r s o n r e s i s t a n c e t o p l a s t i c s h r i n k a g e c r a c k i n g . T h e c r a c k i n g t e n d e n c y c a n o n l y b e j u d g e d o n t h e b a s i s o f t e s t s i n w h i c h s h r i n k a g e m o v e m e n t s 3 6 a r e r e s t r a i n e d i n o r d e r t o p r o m o t e t e n s i l e s t r e s s e s i n c o n c r e t e , a n d b y o b s e r v i n g t h e t i m i n g a n d e x t e n t o f c r a c k d e v e l o p m e n t . T h e p h y s i c a l s i g n i fi c a n c e o f m o s t t e s t s u s e d f o r t h i s p u r p o s e i s l i m i t e d , a n d t h e r e f o r e t h e y c a n b e u s e d o n l y f o r q u a l i t a t i v e , c o m p a r a t i v e a s - s e s s m e n t o f t h e e f f e c t s o f fi b e r s o n t h e r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e t o p l a s t i c S h r i n k a g e c r a c k - i n g . O n e c o m m o n p l a s t i c s h r i n k a g e t e s t ( F i g u r e 2 . 1 6 ) p a s s e s d r y , w a r m a i r o v e r a s l a b . T h e s l a b i s r e s t r a i n e d a t i t s b o t t o m f a c e b y t w o e n d d e f o r m a t i o n s , w i t h a n o t h e r c e n t r a l d e f o r - m a t i o n r a i s i n g s t r e s s l e v e l t o p r o m o t e c r a c k i n g . T h e t o t a l c r a c k a r e a i s t y p i c a l l y u s e d a s a m e a s u r e o f p l a s t i c s h r i n k a g e c r a c k i n g . O t h e r t e s t s a r e a l s o a v a i l a b l e , b u t n o n e h a s b e e n d e v e l o p e d t o t h e l e v e l o f a r e c o g n i z e d s t a n d a r d . T h e s e t e s t s e x h i b i t a r e l a t i v e l y h i g h l e v e l o f v a r i a b i l i t y , a n d a n y c o n c l u s i o n s , s h o u l d b e d e r i v e d b a s e d o n s e v e r a l r e p l i c a t i o n s , o f t h e o r d e r o f 1 0 o r m o r e . 3 7 7 " - - _ 2 4 m ! ' 1 . g ( I , r 2 2 . 2 7 7 u J J ( 1 ! " . , . I n ; W 2 7 [ 4 7 / A J A A J I W S I D E V I E W P L A N V I E W F i g u r e 2 . 1 6 . R e s t r a i n e d P l a s t i c S h r i n k a g e T e s t S e t - U p . 2 . 6 . 3 R e s t r a i n e d D r y i n g S h r i n k a g e R e s i s t a n c e o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e T h e p r o b l e m o f e v a l u a t i n g t h e s h r i n k a g e a n d c r a c k i n g p o t e n t i a l i n h a r d e n e d fi b e r r e i n - f o r c e d c o n c r e t e i n v o l v e s t h e s a r n e c o n c e p t s d i s c u s s e d e a r l i e r f o r p l a s t i c s h r i n k a g e c r a c k - i n g o f f r e s h fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e . H e r e t o o , t h e e v a l u a t i o n o f f r e e s h r i n k a g e i s n o t r e l e v a n t . T h e s e n s i t i v i t y t o c r a c k i n g i s a fi m c t i o n o f b o t h t h e s h r i n k a g e s t r a i n a n d t h e i m - p r o v e m e n t s i n t e n s i l e r e s i s t a n c e a n d t o u g h n e s s p r o v i d e d b y fi b e r s . T h e t e s t p r o c e d u r e s h o u l d i n v o l v e r e s t r a i n t o f s h r i n k a g e m o v e m e n t s . A r i n g t e s t ( F i g u r e 2 . 1 7 ) i s c o m m o n l y u s e d w h e r e a n i n t e r n a l s t e e l r i n g r e s t r a i n s s h r i n k a g e m o v e m e n t s o f a n e x t e r n a l c o n c r e t e 3 8 r i n g . C o n c r e t e i s c u r e d , a n d t h e e x t e r n a l r i n g a n d b a s e a r e r e m o v e d b e f o r e d r y i n g i s i n i t i - a t e d . T h e c o n c r e t e r i n g i s a l l o w e d t o d r y o n l y f r o m i t s o u t s i d e p e r i m e t e r s u r f a c e ( t o p a n d b o t t o m s u r f a c e s a r e s e a l e d ) . A s a r e s u l t o f c o n c r e t e s h r i n k a g e , c o m p r e s s i v e s t r e s s e s a r e i n d u c e d i n t h e s t e e l r i n g , a n d t e n s i l e s t r e s s e s d e v e l o p i n t h e c o n c r e t e r i n g . B y m o n i t o r i n g t h e t i m e o f c r a c k i n g a n d t h e c r a c k w i d t h o v e r t i m e , a s t h e r i n g i s e x p o s e d t o a c o n t r o l l e d r e l a t i v e h u m i d i t y o f , s a y , 5 0 % , o n e c a n a s s e s s t h e r e s i s t a n c e o f h a r d e n e d fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e t o r e s t r a i n e d d r y i n g s h r i n k a g e c r a c k i n g . N o r m a l c o n c r e t e m i x t u r e s m a y r e q u i r e m o r e t h a n a m o n t h o f d r y i n g b e f o r e a p p e a r a n c e o f r e s t r a i n e d d r y i n g s h r i n k a g e c r a c k s ; m a n y i n v e s t i g a t o r s u s e m i x t u r e s w h i c h a r e r i c h i n c e m e n t a n d h i g h i n w a t e r - c e m e n t r a t i o i n o r d e r t o p r o m o t e e a r l y c r a c k i n g a n d m a k e a q u i c k c o m p a r a t i v e a s s e s s m e n t o f d i f f e r e n t fi b e r t y p e s a n d v o l u m e f r a c t i o n s . A 9 I A R u b b e r s e a l e r S p e c i m e n S t e e l r i n g 1 2 7 m m 1 8 7 m m W o o d e n 7 5 4 m m b a s e 3 0 5 m m / 3 7 5 m m / S i l i c o n e S e c t i o n A - A A F i g u r e 2 . 1 7 . R e s t r a i n e d D r y i n g S h r i n k a g e T e s t S e t - U p . 3 9 2 . 6 . 4 F l e x u r a l T o u g h n e s s ( a n d S t r e n g t h ) F i b e r s e n h a n c e t o u g h n e s s o f c o n c r e t e b y d e l a y i n g m i c r o c r a c k f o r m a t i o n a n d p r o p a g a t i o n ( o c c u r r i n g m o s t l y i n t h e p r e - p e a k r e g i o n u n d e r t e n s i l e / fl e x u r a l s t r e s s e s ) , a n d b y c o n t r o l - l i n g t h e p r o p a g a t i o n o f c r a c k s ( o c c u r r i n g i n t h e p o s t - p e a k r e g i o n ) . A v a i l a b l e t e s t m e t h - o d s f o c u s o n p o s t - p e a k t o u g h n e s s a s s o c i a t e d w i t h c r a c k c o n t r o l , w h i c h i s s i g n i fi c a n t a t h i g h e r fi b e r v o l u m e f r a c t i o n s a n d w h e n fi b e r p u l l - o u t ( i n l i e u o f fi b e r r u p t u r e ) i s p r e v a - l e n t . A S T M C 1 0 1 8 i s a t y p i c a l s p e c i fi c a t i o n c o n c e r n i n g c a l c u l a t i o n o f p o s t - p e a k t o u g h n e s s i n fl e x u r e t e s t s ( 4 - p o i n t l o a d i n g ) . T h e c o m p l e t e l o a d - d e fl e c t i o n c u r v e i s n e c e s s a r y f o r t h e p e r f o r m a n c e o f t h i s t e s t . T h e i n t e r p r e t a t i o n o f t h e c u r v e s a c c o r d i n g t o A S T M C 1 0 1 8 i n t e r m s o f m o d u l u s o f e l a s t i c i t y , fi r s t - c r a c k s t r e s s a n d fl e x u r a l s t r e n g t h i s p r e s e n t e d s c h e - m a t i c a l l y i n F i g u r e 1 . 1 8 , w i t h , l o a d s s h o w n a t c h a r a c t e r i s t i c p o i n t s . T h e fi r s t - c r a c k s t r e s s m a y n o t c o r r e s p o n d e x a c t l y w i t h t h e l i m i t o f p r o p o r t i o n a l i t y . H o w e v e r , t h e v a l u e s a r e v e r y c l o s e a n d , a s a p r a c t i c a l m a t t e r , t h e t w o t e r m s a r e u s e d i n t e r c h a n g e a b l y b y d i f f e r e n t i n v e s t i g a t o r s . O f p a r t i c u l a r i m p o r t a n c e i n t h e i n t e r p r e t a t i o n o f t h e l o a d - d e fl e c t i o n c u r v e s i s t h e p o s t - c r a c k i n g z o n e . V a r i o u s a t t e m p t s h a v e b e e n m a d e t o q u a n t i f y s u c h c u r v e s i n t e r m s o f a p a r a m e t e r w h i c h w o u l d b e u s e f u l f o r c o m p a r i s o n b e t w e e n d i f f e r e n t fi b e r s a n d fi b e r c o n t e n t s , a n d f o r s p e c i fi c a t i o n s a n d q u a l i t y c o n t r o l . S o m e a t t e m p t s u s e t h e a r e a u n - d e r l o a d - d e fl e c t i o n c u r v e s u p t o a p a r t i c u l a r d e fl e c t i o n . T h i s a r e a , t e r m e d t o u g h n e s s , r e p r e s e n t s t h e e n e r g y e x p e n d e d i n d e fl e c t i n g t h e s p e c i m e n t o t h e s p e c i fi e d p o i n t . I f t h e t e s t i s c o n t i n u e d u n t i l t h e s p e c i m e n i s c o m p l e t e l y b r o k e n , i . e . t h e l o a d d r o p s t o z e r o , t h e 4 0 a r e a u n d e r t h e l o a d - d e fl e c t i o n c u r v e w o u l d r e p r e s e n t t h e t o t a l e n e r g y t o f r a c t u r e . T h e d i s a d v a n t a g e o f s u c h p a r a m e t e r s i s t h a t t h e y a r e h i g h l y d e p e n d e n t o n t h e s p e c i m e n s i z e a n d l o a d i n g g e o m e t r y , a n d t h e r e f o r e t h e i r p h y s i c a l s i g n i fi c a n c e i s l i m i t e d . A l s o , t o u g h - n e s s v a l u e s o f t h i s t y p e a r e i n fl u e n c e d b y t h e m a t r i x q u a l i t y , a n d t h e r e f o r e d o n o t p r o v i d e a n i n d i c a t i o n w h i c h i s d e p e n d e n t o n l y o n t h e fi b e r s . T o o v e r c o m e a t l e a s t s o m e o f t h e s e d i f fi c u l t i e s , A S T M C 1 0 1 8 u s e s a d i f f e r e n t a p p r o a c h i n w h i c h t o u g h n e s s i s c h a r a c t e r i z e d b y a u n i t - l e s s v a l u e . T h i s v a l u e , t e r m e d t o u g h n e s s i n d e x , i s t h e a r e a u n d e r t h e fl e x u r a l l o a d - d e fl e c t i o n c u r v e u p t o a s p e c i fi e d d e fl e c t i o n , r e l a t i v e t o t h e a r e a u p t o t h e p o i n t o f fi r s t c r a c k i n g ( i . e . t h e t o t a l e n e r g y e x p e n d e d r e l a t i v e t o t h e e l a s t i c e n e r g y ) . T h e t o u g h - n e s s i n d i c e s a t d e fl e c t i o n s o f 3 d , 5 . 5 d a n d 1 5 . 5 d a r e t e r m e d I - 5 , I - 1 0 a n d I - 3 0 , r e s p e c - t i v e l y ( 5 , 1 0 a n d 3 0 w o u l d b e t o u g h n e s s i n d i c e s f o r a n i d e a l l y e l a s t i c - p l a s t i c m a t e r i a l ) . T h e d e fi n i t i o n o f t o u g h n e s s i n d e x p e r A S T M C 1 0 1 8 h a s b e e n s u b j e c t o f m u c h c r i t i c i s m . T h e d e p e n d e n c e o f t h i s i n d e x o n p r e - p e a k m e a s u r e m e n t s m a k e s i t q u i t e v a r i a b l e a n d s u s - c e p t i b l e t o e r r o r . T h i s i s b e c a u s e c o n v e n t i o n a l fl e x u r a l d e fl e c t i o n m e a s u r e m e n t s a r e s u b - j e c t t o l a r g e e r r o r s i n t h e p r e - p e a k r e g i o n , l a r g e l y d u e t o l o c a l p e n e t r a t i o n s a t s u p p o r t s a n d l o a d p o i n t s i n t o c o n c r e t e . I t i s t h u s i m p o r t a n t t o m e a s u r e a e t u a l fl e x u r a l d e fl e c t i o n s u s i n g t h e ‘ y o k e ’ a p p a r a t u s s h o w n i n F i g u r e 2 . 1 8 a . 2 . 6 . 5 . R e s i d u a l F l e x u r a l S t r e n g t h ( a n i n d i r e c t m e a s u r e o f t o u g h n e s s ) I n a m o r e p r a c t i c a l a p p r o a c h t o a s s e s s m e n t o f t o u g h n e s s , A S T M C 1 3 9 9 s u g g e s t s a t w o - s t e p fl e x u r e t e s t w h e r e t h e b e a m s p e c i m e n i s fi r s t c r a c k e d w i t h a s u p p o r t i n g s t e e l p l a t e 4 1 p r e v e n t i n g c a t a s t r o p h i c f a i l u r e ( F i g u r e 2 . 1 9 ) w h i c h i s q u i t e p o s s i b l e g i v e n t h e e l a s t i c e n - e r g y b u i l d u p w i t h i n b a s i c h y d r a u l i c t e s t m a c h i n e s a s t h e s p e c i m e n a p p r o a c h e s i t s c r a c k - i n g l o a d . T h i s c a t a s t r o p h i c f a i l u r e o c c u r s c o m m o n l y a t r e l a t i v e l y l o w fi b e r v o l u m e f r a c - t i o n s . T h e s u p p o r t i n g s t e e l p l a t e i s t h e n r e m o v e d , a n d t h e b e a m s p e c i m e n i s t e s t e d a g a i n , w i t h t h e n e w p e a k l o a d , d e n o t e d r e s i d u a l s t r e n g t h , p r o v i d i n g a n i n d i r e c t m e a s u r e o f t o u g h n e s s i n t e r m s o f p o s t - p e a k fl e x u r a l r e s i s t a n c e . 2 . 6 . 6 I m p a c t R e s i s t a n c e F i b e r r e i n f o r c e m e n t i m p r o v e s t h e p e r f o r m a n c e o f c o n c r e t e u n d e r d y n a m i c l o a d i n g . I n a q u a l i t a t i v e t e s t ( F i g u r e 2 . 2 0 ) , t h e r e s p o n s e t o i m p a c t i s e v a l u a t e d b y d e t e r m i n i n g t h e n u m b e r o f b l o w s u p t o fi r s t c r a c k a n d u l t i m a t e f a i l u r e . T h i s t y p e o f t e s t h a s b e e n u s e d m a i n l y f o r a c o m p a r a t i v e e v a l u a t i o n o f t h e d i f f e r e n c e s b e t w e e n p l a i n a n d fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e . T h e r e s u l t s a r e v a r i a b l e , a n d s e v e r a l r e p l i c a t i o n s a r e n e e d e d t o d e r i v e r e l i a b l e c o n c l u s i o n s . H o w e v e r , g i v e n t h e e f f e c t i v e n e s s o f fi b e r s i n i m p r o v e m e n t o f c o n c r e t e i m - p a c t r e s i s t a n c e , t h i s t e s t p r o v i d e s a s t r o n g b a s i s f o r c o m p a r a t i v e e v a l u a t i o n o f t h e r e i n - f o r c e m e n t e f fi c i e n c y o f d i f f e r e n t fi b e r t y p e s a n d v o l u m e f r a c t i o n s . 4 2 L V D T h o l d i n g s c r e w P i e c e o f S t e e l C o n n e c t e d w i t h B e a m i t ” I \ / l \ S p e c i m e n L 0 ; ‘ ‘ 9 r — r ‘ \ A / T L e a d s . . L V D T / \ ( L V D T S p e c i m e n P i n s L e a d s S i d e e l e v a t i o n E n d e l e v a t i o n ( a ) T e s t S e t - U p F i r s t 7 I c r a c k A E C E A C E . . G l I I ' - ‘ l I I I I = l E G 2 a s 5 l I | I I 1 I ' a : l | l I I I : . : l l : : : 1 O ; I l I I l ' l t - l , I 1 1 5 . 5 5 - I : : : I 5 : B 3 6 { D 5 5 5 g H : . B , D . F - . H ‘ l ' ‘ 0 a 3 5 5 . 5 5 1 5 . 5 5 0 D E F L E C T I O N — > D E F L E C T I O N — + ( b ) I n t e r p r e t a t i o n o f F l e x u r a l L o a d — D e fl e c t i o n C u r v e s F i g u r e 2 . 1 8 . A S T M C 1 0 1 8 F l e x u r e T e s t S e t - U p a n d I n t e r p r e t a t i o n o f F l e x u r a l L o a d - D e fl e c t i o n C u r v e s . 4 3 H e a d o f ‘ , T e s t i n g M a c h i n e L o a d C e l l 2 5 m m m i n . — — Q ' + — - + — < — — - 2 5 m m m i n . S t o p i n i t i a l l o a d i n g a f t e r 1 ' Z / b e a m c r a c k i n g o r 0 . 5 0 m m . ' “ : 5 d e fl e c t i o n D e fl e c t i o n l ' 8 G a e & 1 — 1 _ S u g p o r t Y o k e w — I O O X 1 0 0 X 3 5 0 m m R e l o a d l n g C u r v e ( o t h e r d e s i g n s T e s t B e a m ( P r e - c r a c k e d B e a m ) P m n e d ) ~ 1 2 x 1 0 0 x 3 5 0 m m S t a i n l e s s S t e e l P l a t e . n l / M I N / { 1 . 0 0 . 1 . 0 I n i t i a l L o a d i n g C u r v e - 0 : I O O m m l l o o m m l o o n E E . l l l l l . S p a n L e n g t h — 4 B e d o f T e s t i n g 3 0 0 m m M a c h i n e N o t e : A l l d i m e n s i o n s a r e : t 2 % F i g u r e 2 . 1 9 . A S T M C 1 3 9 9 R e s i d u a l S t r e n g t h T e s t S e t - U p a n d R e s u l t s 2 . 5 i n . d i a . h a r d e n e d s t e e l b a l l 2 . 5 i n . d i a . s t e e l p i p e 2 X 2 . 5 i n . s t e e l b a r “ s u n - m u d - - \ s — u s u ~ ~ - ~ ~ r s t s “ w * “ \ \ \ \ ? S p e c i m e n l 9 \ ‘ g 2 X 2 X 0 . 5 i n . b a r - 6 . a 2 . 5 1 1 1 . ( \ g I n . r a t . J . E ‘ \ V ' 4 ' _ - _ . ‘ § 1 m . B x W W W W W / / W / W / / / / / / / / / / / / / / / / / / I / / / / / / 0 . 2 5 i n . 0 . 1 8 7 5 i n . 3 i n . F i g u r e 2 . 2 0 . I m p a c t T e s t S e t - U p . \ 0 0 . 2 5 0 . 5 0 0 . 7 5 1 . 0 0 1 . 2 5 m m N o t e : f r e e fi t b e t w e e n b a l l a n d p i p e 2 X 3 . 3 7 5 X 0 . 2 5 i n . b a r 2 . 6 . 7 D u r a b i l i t y T e s t P r i n c i p l e s D u r a b i l i t y e v a l u a t i o n i s i m p o r t a n t f o r fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e . T h e s e r v i c e l i f e o f c o n - s t r u c t i o n m a t e r i a l s i s e x p e c t e d t o b e s e v e r a l d e c a d e s , a n d c o n s i d e r i n g t h e f a c t t h a t t h e fi e l d e x p e r i e n c e w i t h m o d e r n fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e i s r e l a t i v e l y l i m i t e d , t h e r e i s a n e e d t o e v a l u a t e t h e l o n g - t e r m p e r f o r m a n c e o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e o n t h e b a s i s o f r e l a t i v e l y s h o r t - t e r m a c c e l e r a t e d t e s t s . S i n c e t h e c a u s e s f o r p o t e n t i a l d e g r a d a t i o n m a y b e d i f f e r e n t i n e a c h c a t e g o r y o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e , i t i s i m p o s s i b l e t o d e v e l o p a s i n g l e a c c e l e r a t e d p r o c e d u r e t h a t i s u n i v e r s a l l y a p p l i c a b l e t o a l l fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e . A c - c e l e r a t e d a g i n g t e s t s m u s t b e d e v e l o p e d i n t w o s t a g e s . F i r s t , t h e p o t e n t i a l a g i n g m e c h a - n i s m s s h o u l d b e i d e n t i fi e d i n o r d e r t o c h o o s e a n a p p r o p r i a t e m e a n s o f a c c e l e r a t i n g t h e m , s u c h a s t e m p e r a t u r e , r a d i a t i o n o r m o i s t u r e c o n d i t i o n . S e c o n d , t h e d u r a t i o n o r n u m b e r o f c y c l e s i n a c c e l e r a t e d a g i n g t e s t s s h o u l d b e t r a n s l a t e d i n t o t i m e u n d e r n a t u r a l w e a t h e r i n g c o n d i t i o n s . T h e c o r r e l a t i o n b e t w e e n t h e t i m e i n a c c e l e r a t e d a n d n a t u r a l a g i n g i s n o t u n i q u e , s i n c e i t d e p e n d s o n t h e c l i m a t i c c o n d i t i o n s i n d i f f e r e n t z o n e s , a n d e v e n w i t h i n t h e s a m e z o n e s t h e r e m a y b e d i f f e r e n c e s i n m i c r o - c l i m a t e , f o r i n s t a n c e , t h e d i r e c t i o n i n w h i c h t h e c o m p o n e n t f a c e s . E s t a b l i s h i n g c o r r e l a t i o n s o f t h i s k i n d r e q u i r e s a t l e a s t s o m e l i m i t e d t i m e d a t a f r o m b e h a v i o r i n e x p o s u r e s i t e s , w h i c h c o u l d b e c o m p a r e d w i t h t h e r e - s u l t s o f a c c e l e r a t e d t e s t s . H o w e v e r , e v e n w i t h o u t t h i s i n f o r m a t i o n , i t i s v e r y u s e f u l t o c a r r y o u t a c c e l e r a t e d a g i n g t e s t s s i n c e t h e y c a n p r o v i d e a n i n d i c a t i o n o f w h e t h e r t h e r e i s a n a g i n g p r o b l e m , a n d h o w s e v e r e i t m i g h t b e . A l s o , a c c e l e r a t e d t e s t s p r o v i d e d a t a f o r c o m p a r i n g t h e d u r a b i l i t y p e r f o r m a n c e o f d i f f e r e n t c o m m e r c i a l p r o d u c t s . 4 5 T h e r e a r e t h r e e c l a s s e s o f a g i n g p r o c e s s e s t o b e c o n s i d e r e d f o r a c c e l e r a t e d d u r a b i l i t y t e s t s o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e . T h e s e c o v e r a g i n g e f f e c t s a s s o c i a t e d w i t h : ( I ) t h e m a t r i x , ( 2 ) t h e fi b e r , o r ( 3 ) c h a n g e s a t t h e fi b e r - m a t r i x i n t e r f a c e . M a t r i x p r o b l e m s s u c h a s f r e e z e - t h a w a n d s u l f a t e a t t a c k a r e n o t u n i q u e t o fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e , a n d t h e y c a n b e t e s t e d b y p r o c e d u r e s d e v e l o p e d f o r c o n v e n t i o n a l m o r t a r s a n d c o n c r e t e s . T h e m o s t c o m m o n fi - b e r p r o b l e m i s i t s s e n s i t i v i t y t o a l k a l i a t t a c k . T h i s i s a c o n c e r n w i t h , s a y , g l a s s fi b e r s . T h e m o s t d i r e c t t e s t u s u a l l y a p p l i e d i s t o e x p o s e t h e fi b e r s t o c e m e n t e x t r a c t s o l u t i o n s a t v a r i o u s t e m p e r a t u r e s , a n d t e s t i n g t h e s t r e n g t h o f t h e fi b e r s b e f o r e a n d a f t e r a g i n g . S i n c e t h e r e i s u n c e r t a i n t y a s t o h o w w e l l t h e e x t r a c t s o l u t i o n r e p r e s e n t s t h e a c t u a l p o r e s o l u t i o n i n c o n c r e t e , v a r i o u s a l t e r n a t i v e s h a v e b e e n d e v e l o p e d i n w h i c h t h e fi b e r s a r e c a s t i n a b l o c k o f c o n c r e t e , a n d t h e w h o l e a s s e m b l y i s t e s t e d , b e f o r e a n d a f t e r e x p o s u r e t o w a r m w a t e r . I m m u n i t y o f fi b e r s t o a l k a l i a t t a c k i s n o t b y i t s e l f s u f fi c i e n t t o e n s u r e a n a d e q u a t e d u r a b i l i t y . A g i n g e f f e c t s w h i c h l e a d t o d e n s i fi c a t i o n o f t h e m a t r i x a t t h e i n t e r f a c e a n d i n c r e a s e d b o n d s t r e n g t h m a y c a u s e a r e d u c t i o n i n t o u g h n e s s ( i . e . e m b i t t e r m e n t ) , a n d u n - d e r c e r t a i n c o n d i t i o n s m a y a l s o r e s u l t i n r e d u c e d t e n s i l e ( fl e x u r a l ) s t r e n g t h . T h i s c a n b e m o s t e f fi c i e n t l y e v a l u a t e d b y t e s t i n g t h e p r o p e r t i e s o f t h e a c t u a l c o m p o s i t e b e f o r e a n d a f t e r a g i n g , w h i c h i s a s u i t a b l e w a y t o p r o c e e d w i t h d u r a b i l i t y t e s t i n g , f o r o b t a i n i n g t h e o v e r a l l e f f e c t s a s s o c i a t e d w i t h t h e c o m b i n a t i o n o f c h a n g e s i n t h e fi b e r i t s e l f a n d a t t h e fi b e r - m a t r i x i n t e r f a c e . T h e c h a n g e s i n p r o p e r t i e s b y w h i c h t h e d u r a b i l i t y p e r f o r m a n c e s h o u l d b e a s s e s s e d m u s t i n c l u d e s t r e n g t h a s w e l l a s t o u g h n e s s ; p r o p e r t i e s w h i c h g r e a t l y b e n e fi t f r o m t h e p r e s e n c e o f fi b e r s ( e . g . , i m p a c t r e s i s t a n c e a n d r e s i d u a l fl e x u r a l s t r e n g t h ) p r o v i d e e f f e c t i v e m e a n s o f e v a l u a t i n g t h e e f f e c t s o f a c c e l e r a t e d a g i n g e f f e c t s o n fi b e r r e - 4 6 i n f o r c e d c o n c r e t e p e r f o r m a n c e . T h e a c c e l e r a t e d a g i n g c o n d i t i o n s d e p e n d o n t h e p a r t i c u - l a r a g i n g p h e n o m e n a b e i n g a c c e l e r a t e d , a n d m a y i n v o l v e i m m e r s i o n i n w a r m w a t e r , e x - p o s u r e t o w e t t i n g - d r y i n g c y c l e s , e x p o s u r e t o c a r b o n d i o x i d e - r i c h e n v i r o n m e n t s , o r d i f f e r - e n t c o m b i n a t i o n s t h e r e o f . 2 . 6 . 8 A S T M S t a n d a r d s A p p l i c a b l e t o F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e T a b l e 2 . 8 l i s t s v a r i o u s A S T M t e s t s w h i c h a r e a p p l i c a b l e t o fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e . T h e s e t e s t s e i t h e r m e a s u r e t h e p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e m a t r i x a n d t h u s s u i t a s s e s s m e n t o f t h e m a t r i x - d e p e n d e n t a t t r i b u t e s o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e , o r a r e s p e c i fi c a l l y d e v e l o p e d t o m e a s u r e t h e r e i n f o r c i n g e f f e c t s o f fi b e r s i n c o n c r e t e . 4 7 T a b l e 2 . 8 . A S T M T e s t P r o c e d u r e s A p p l i c a b l e t o F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . A 8 2 0 C 3 1 C 3 9 C 4 2 C 7 8 C 9 4 C 1 3 8 C 1 4 3 C 1 5 7 C 1 7 2 C 1 7 3 C 2 3 1 C 2 9 3 C 3 6 0 C 4 1 8 C 4 6 9 C 4 9 6 C 5 1 2 C 5 9 7 C 6 6 6 C 6 8 5 C 7 7 9 C 8 2 7 C 9 4 7 C 9 4 8 C 9 9 5 C 1 0 1 8 C 1 1 1 6 C 1 1 8 5 C 1 2 2 8 C 1 2 2 9 C 1 2 3 0 C 1 3 9 9 E 8 4 E 1 1 9 E 1 3 6 S p e c i fi c a t i o n o f S t e e l F i b e r s f o r F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e P r a c t i c e f o r M a k i n g a n d C u r i n g T e s t S p e c i m e n i n F i e l d C o m p r e s s i v e S t r e n g t h O b t a i n i n g a n d T e s t i n g D r i l l e d C o r e s a n d S e w e d B e a m s o f C o n c r e t e F l e x u r a l S t r e n g t h S p e c i fi c a t i o n s f o r R e a d y - M i x e d C o n c r e t e U n i t W e i g h t , Y i e l d a n d A i r C o n t e n t ( G r a v i m e t r i c ) o f C o n c r e t e S l u m p L e n g t h C h a n g e o f H a r d e n e d H y d r a u l i c C e m e n t M o r t a r a n d C o n c r e t e P r o c e d u r e f o r S a m p l i n g F r e s h l y M i x e d C o n c r e t e A i r C o n t e n t b y V o l u m e t r i c M e t h o d A i r C o n t e n t b y P r e s s u r e M e t h o d F l e x u r a l S t r e n g t h o f C o n c r e t e ( C e n t e r - P o i n t L o a d i n g ) B a l l P e n e t r a t i o n i n F r e s h l y M i x e d C o n c r e t e A b r a s i o n R e s i s t a n c e b y S a n d b l a s t i n g S t a t i c M o d u l u s o f E l a s t i c i t y a n d P o i s s o n ’ s R a t i o o f C o n c r e t e i n C o m p r e s s i o n S p l i t t i n g T e n s i l e T e s t C r e e p o f C o n c r e t e i n C o m p r e s s i o n P u l s e V e l o c i t y t h r o u g h C o n c r e t e F r e e z e - T h a w D u r a b i l i t y S p e c i fi c a t i o n f o r C o n c r e t e M a d e b y V o l u m e t r i c B a t c h i n g a n d C o n t i n u o u s M i x i n g A b r a s i o n R e s i s t a n c e o f H o r i z o n t a l C o n c r e t e S u r f a c e s E a r l y V o l u m e C h a n g e o f C e m e n t i t i o u s M i x t u r e s F l e x u r a l P r o p e r t i e s o f T h i n - S e c t i o n G l a s s - F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e B u l k D e n s i t y , W a t e r A b s o r p t i o n , a n d P o r o s i t y o f T h i n - S e c t i o n G l a s s F R C T i m e o f F l o w o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e T h r o u g h I n v e r t e d S l u m p C o n e F l e x u r a l T o u g h n e s s a n d F i r s t C r a c k S t r e n g t h o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e S p e c i fi c a t i o n f o r F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e a n d S h o t c r e t e T h i n R e i n f o r c e d C e m e n t P r o d u c t s P r e p a r i n g C o u p o n s f o r F l e x u r a l a n d W a s h o u t T e s t o n G l a s s F R C G l a s s fi b e r C o n t e n t i n G R F C T e n s i o n T e s t s o n G l a s s F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e B o n d i n g P a d s O b t a i n i n g A v e r a g e R e s i d u a l - S t r e n g t h o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e S u r f a c e B u r n i n g C h a r a c t e r i s t i c s o f B u i l d i n g M a t e r i a l s F i r e T e s t o f B u i l d i n g C o n s t r u c t i o n a n d M a t e r i a l s B e h a v i o r o f M a t e r i a l s i n a V e r t i c a l T u b e F u r n a c e a t 7 5 0 C 4 8 2 . 7 P r o p e r t i e s o f S y n t h e t i c F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e 2 . 7 . 1 F r e s h M i x W o r k a b i l i t y I n t r o d u c t i o n o f s y n t h e t i c fi b e r s i n t o c o n c r e t e m a t r i x h a s a c o n s i d e r a b l e i n fl u e n c e o n t h e p r o p e r t i e s o f t h e f r e s h m i x i n p a r t i c u l a r o n fl o w ( w o r k a b i l i t y ) a n d p l a s t i c s h r i n k a g e c r a c k i n g . A n i n c r e a s e i n fi b e r c o n t e n t r e s u l t s i n a r e d u c t i o n i n t h e c o n s i s t e n c y o f t h e c o n c r e t e ; t h i s r e d u c t i o n i s g r e a t e r f o r fi b e r s o f h i g h e r a s p e c t r a t i o a n d a l s o f o r h i g h e r fi b e r c o n t e n t s ( F i g u r e 2 . 2 1 ) T y p i c a l e f f e c t s o f v a r y i n g t h e v o l u m e c o n t e n t a n d l e n g t h o f s y n t h e t i c fi b e r s o n t h e w a - t e r / c e m e n t r a t i o o f c o n c r e t e w h i c h i s ‘ r e q u i r e d f o r m a i n t a i n i n g a c o n s t a n t s l u m p o f 5 0 m m a r e p r e s e n t e d i n F i g u r e 2 . 2 2 . I n c r e a s i n g t h e fi b e r c o n t e n t a n d a s p e c t r a t i o i s o b s e r v e d t o i n c r e a s e t h e w a t e r / c e m e n t r a t i o n r e q u i r e d f o r m a i n t a i n i n g c o n s t a n t w o r k a b i l i t y . F i g u r e 2 . 2 3 s u m m a r i z e s t h e r e s u l t s r e p o r t e d i n t h e l i t e r a t u r e ( s e e A p p e n d i x A ) o n t h e d r o p i n s l u m p o f c o n c r e t e w i t h i n t r o d u c t i o n o f d i f f e r e n t t y p e s o f s y n t h e t i c fi b e r s a t r e l a t i v e l y l o w v o l u m e f r a c t i o n s . 4 9 l l l 5 0 [ ( a ) 0 W i t h o u t fi b r e . . 8 A 1 9 m m 4 0 — a o 0 3 8 m m _ E o 0 5 7 m m 8 . a : — 0 z 2 3 0 A : 3 t . ) m 2 0 - — 1 0 1 0 _ - u 1 ‘ l 0 1 1 1 1 2 — ( b ) D 1 0 - . . 8 r g . . " i . D I - L I ' - . - 2 6 { - — 8 4 _ 8 U _ 2 _ 0 ’ I 1 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 F I B R E C O N T E N T , % V o l . F i g u r e 2 . 2 1 . T y p i c a l E fl e c t s o f F i b e r L e n g t h a n d C o n t e n t o n F r e s h M i x W o r k a b i l i t y : ( a ) S l u m p ; ( b ) V e b e T i m e . 5 0 0 0 . 1 0 . 2 0 . 6 8 1 1 0 . 6 6 - - g 0 1 9 m m 1 " 0 3 8 m m 0 . 6 4 - é a 5 7 m m 4 ” , [ - 1 / l l 5 0 . 6 2 ~ A / 2 o - — — — n ( ” i 0 . 6 0 - / 0 / 4 7 1 ° 1 3 0 . 5 8 7 I - ' < 3 0 . 5 6 - - . 0 . 5 4 ' 1 ' 0 . 3 0 . 4 F I B R E C O N T E N T , % V o l . F i g u r e 2 . 2 2 . T h e W a t e r / C e m e n t R a t i o N e e d e d f o r M a i n t a i n i n g 5 0 m m S l u m p V e r s u s F i - b e r C o n t e n t a n d L e n g t h . 5 1 S l u m p 1 0 0 P l a i n N I o n o 8 0 l y P o l y p r o p y l e n e E ' N y l o n _ g - P o l y e s t e r P o l y p r o p y l e n e o 6 0 i 1 ; } . E - “ - 2 g " N y l o n . \ ° . : 3 E 2 : 3 . w 2 ; : 2 0 ‘ ' 0 a . . 1 ' ‘ e 0 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 F i b e r V o l u m e F r a c t i o n ( 9 6 ) I N y l o n l P o l y p r o p y l e n e P o l y e s t e r I P l a i n F i g u r e 2 . 2 3 . E f f e c t s o f S y n t h e t i c F i b e r s o n S l u m p o f F r e s h C o n c r e t e . 2 . 7 . 2 R e s i s t a n c e t o R e s t r a i n e d P l a s t i c S h r i n k a g e C r a c k i n g T h e a v a i l a b l e t e s t d a t a o n r e s t r a i n e d p l a s t i c s h r i n k a g e c r a c k i n g o f s y n t h e t i c ( a n d s t e e l ) fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e a r e s u m m a r i z e d i n F i g u r e 2 . 2 4 . T h e s y n t h e t i c fi b e r t y p e s c o v - e r e d i n F i g u r e 2 . 2 4 i n c l u d e p o l y e s t e r ( R e c r o n 3 S ) , p o l y p r o p y l e n e , n y l o n , a n d p o l y e t h y l - e n e . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e t e s t d a t a p r e s e n t e d i n F i g u r e 1 . 2 4 w e r e g e n e r a t e d u s i n g d i f f e r e n t c o n c r e t e m a t e r i a l s a n d fi b e r g e o m e t r i c a t t r i b u t e s ; t h e t e s t p r o c e d u r e s w e r e a l s o s o m e w h a t d i f f e r e n t i n v a r i o u s e x p e r i m e n t a l s t u d i e s r e p o r t e d h e r e . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t c o n t r o l o f r e s t r a i n e d p l a s t i c s h r i n k a g e c r a c k i n g i s t h e p r i m a r y r e a s o n ( b a s e d o n t e c h n i - c a l l y s o u n d c r i t e r i a ) f o r u s e o f s y n t h e t i c fi b e r s a t l o w v o l u m e f r a c t i o n s ( o f a b o u t 0 . 1 % ) i n 5 2 c o n c r e t e . G i v e n t h e f a c t t h a t d i f f e r e n t m a t e r i a l s a n d t e s t c o n d i t i o n s a r e e x p e c t e d t o c a u s e v a r i a t i o n s i n t e s t r e s u l t s , F i g u r e 2 . 2 4 p r o v i d e s t h e g e n e r a l i n d i c a t i o n t h a t v a r i o u s s y n t h e t i c fi b e r s a t r e l a t i v e l y l o w v o l u m e f r a c t i o n s c a n s i g n i fi c a n t l y r e d u c e t h e p l a s t i c s h r i n k a g e c r a c k i n g o f c o n c r e t e . I n t h e c a s e o f s t e e l fi b e r s , h o w e v e r , h i g h e r fi b e r v o l u m e f r a c t i o n s ( e x c e e d i n g 0 . 5 % ) w o u l d b e n e e d e d f o r e f f e c t i v e r e s t r a i n e d p l a s t i c s h r i n k a g e c r a c k c o n - t r o l . T h e e x p e r i m e n t a l p r o c e d u r e s a n d t e s t d a t a b a s e d o n w h i c h F i g u r e 2 . 2 4 w a s d e v e l - o p e d a r e p r e s e n t e d i n A p p e n d i x B . P l a s t i c S h r i n k a g e 1 2 0 g 8 _ u 2 L g 2 1 0 0 _ 5 : 3 a O 0 a ) . C r ? 3 t i 8 n - a c 8 0 2 5 . . i ' 8 . — g ) ‘ 1 - 1 o — l a g 3 , ‘ ” a ; . 5 a 8 a e \ 6 0 5 ‘ g c ‘ g N _ > 1 a E 9 ( E z < o a : , _ x 4 0 g g a 0 > 1 3 g ( n ' - ° ‘ 6 5 ‘ “ e O — ; 2 n . a 2 0 n . 8 " ‘ T ) O o . - [ | I a 0 1 I I - I 1 l - N V L O ( . 0 Q ‘ — N ( ' 0 l 0 N ‘ — 0 . o . O . o _ o . o o ' o ' o o ' O O O O 0 F i b e r V o l u m e F r a c t i o n ( % ) l l P l a i n I N y l o n [ : 1 P o l y p r o p y l e n e E l P o l y e t h y l e n e I P o l y e s t e r S t e e l 1 F i g u r e 2 . 2 4 R e s t r a i n e d P l a s t i c S h r i n k a g e C r a c k i n g T e s t R e s u l t s . 5 3 2 . 7 . 3 R e s i s t a n c e t o R e s t r a i n e d D r y i n g S h r i n k a g e C r a c k i n g D r y i n g s h r i n k a g e c r a c k i n g i s a m a j o r p r o b l e m i n c o n c r e t e fl a t w o r k c o n s t r u c t i o n . C o n t r o l o f d r y i n g s h r i n k a g e c r a c k s w i t h s y n t h e t i c fi b e r s w o u l d e n a b l e i n c r e a s e d j o i n t s p a c i n g , w h i c h b e n e fi t s t h e c o n s t r u c t i o n p r o c e s s a n d l o n g - t e r m p e r f o r m a n c e o f d i v e r s e c o n c r e t e fl a t w o r k s y s t e m s i n c l u d i n g i n d u s t r i a l fl o o r s a n d p a v e m e n t s . T h e a v a i l a b l e t e s t d a t a o n r e s t r a i n e d d r y i n g s h r i n k a g e c r a c k i n g o f s y n t h e t i c ( a n d s t e e l ) fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e a r e s u m m a r i z e d i n F i g u r e 2 . 2 5 . S y n t h e t i c fi b e r s a r e o b s e r v e d t o p r o v i d e f o r a b o u t 7 0 % r e d u c t i o n o f d r y i n g s h r i n k a g e c r a c k p o t e n t i a l w h e n a d d e d t o c o n - c r e t e a t v o l u m e f r a c t i o n s e x c e e d i n g a b o u t 0 . 3 % ( d e p e n d i n g o n t h e p a r t i c u l a r t y p e o f s y n - t h e t i c fi b e r ) . T h e a v a i l a b l e t e s t d a t a c o v e r l a r g e l y l o w - m o d u l u s fi b e r s ; h i g h e r - m o d u l u s s y n t h e t i c fi b e r s w i t h g r e a t e r r e i n f o r c e m e n t e f fi c i e n c y a r e e x p e c t e d t o o f f e r e n h a n c e d d r y - i n g s h r i n k a g e c r a c k c o n t r o l a t t r i b u t e s . T h e e x p e r i m e n t a l p r o c e d u r e s a n d t e s t d a t a b a s e d o n w h i c h F i g u r e 2 . 2 5 w a s d e v e l o p e d a r e p r e s e n t e d i n A p p e n d i x C . 5 4 1 1 R e s t r a i n e d D r y i n g S h r i n k a g e 1 2 0 c : _ “ E g o ( B n . _ : 3 A 1 0 0 ‘ a 2 c 3 o o o > ‘ O C C 5 Q ' 5 8 a ) 2 o . 9 a g 8 0 - ' 5 . > - g g 2 a x 0 ° ' ' 5 o — ° 3 ‘ 0 9 ( D — > ‘ D . o 5 . 5 6 ° 2 3 S 9 . a 2 6 3 a 2 z o c “ ’ 1 1 . o $ - 2 u n - 4 0 ‘ Q ' 5 > 5 « I . - 4 : O _ i n Z C \ o 8 2 ‘ t a , . . — ° . : 2 0 ~ ( I ) m I L ( 0 2 . 1 » 7 0 " I I ' T T I 0 0 . 2 5 0 . 5 0 . 7 5 1 1 . 5 F i b e r V o l u m e F r a c t i o n ( % ) P l a i n I N y l o n E l P o l y p r o p y l e n e E l P o l y e t h y l e n e I S t e e l 1 F i g u r e 2 . 2 5 R e s t r a i n e d D r y i n g S h r i n k a g e C r a c k i n g T e s t R e s u l t s . 2 . 7 . 4 C o m p r e s s i v e B e h a v i o r T y p i c a l e f f e c t s o f fi b e r r e i n f o r c e m e n t o n c o m p r e s s i v e s t r e s s - s t r a i n b e h a v i o r o f c o n c r e t e a r e d e p i c t e d i n F i g u r e 2 . 2 6 . T h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e i s a l t e r e d o n l y s l i g h t l y w i t h t h e a d d i t i o n o f fi b e r s . T h e r e a r e , h o w e v e r , i m p o r t a n t g a i n s i n p o s t - p e a k d u c t i l i t y o f c o n c r e t e i n c o m p r e s s i o n w i t h t h e a d d i t i o n o f i n c r e a s i n g v o l u m e f r a c t i o n s o f fi b e r s . 5 5 3 0 - ( 4 . 4 k s i ) 2 0 - ’ 1 1 ? \ E ' - e " 1 g 1 0 - U ) \ N o fi b e r s — A ‘ I n c r e a s i n g F i b e r c o n t e n t 0 I T T 0 0 . 0 0 3 0 . 0 0 6 0 . 0 0 9 S t r a i n F i g u r e 2 . 2 6 . T y p i c a l E fl e c t s o f F i b e r R e i n f o r c e m e n t o n C o m p r e s s i v e S t r e s s - S t r a i n B e h a v i o r o f C o n c r e t e . 2 . 7 . 5 F l e x u r a l B e h a v i o r F i b e r s m a k e i m p o r t a n t c o n t r i b u t i o n s t o b o t h t h e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s o f c o n - c r e t e . F i g u r e 2 . 2 7 s c h e m a t i c a l l y p r e s e n t s t h e e f f e c t s o f i n c r e a s i n g fi b e r v o l u m e f r a c t i o n o n fl e x u r a l l o a d - d e fl e c t i o n b e h a v i o r o f c o n c r e t e . F i g u r e 2 . 2 8 s u m m a r i z e s t h e t e s t d a t a r e p o r t e d i n t h e l i t e r a t u r e o n t h e g a i n s i n fl e x u r a l s t r e n g t h o f c o n c r e t e w i t h t h e i n t r o d u c t i o n o f d i f f e r e n t t y p e s a n d v o l u m e f r a c t i o n s o f fi - b e r s . T h e r e s u l t s s u g g e s t t h a t s y n t h e t i c fi b e r s a t v o l u m e f r a c t i o n s o f a b o u t 0 . 5 % o r h i g h e r m a k e s i g n i fi c a n t c o n t r i b u t i o n s t o t h e fl e x u r a l s t r e n g t h o f c o n c r e t e . T h e t e s t d a t a b a s e d o n w h i c h F i g u r e 1 . 2 8 w a s d e v e l o p e d a r e p r e s e n t e d i n A p p e n d i x D . 5 6 1 5 0 0 0 — N 1 0 0 0 0 ‘ - L o a d 5 0 0 0 7 1 I n c r e a s i n g F i b e r c o n t e n t 0 1 2 D e fl e c t i o n , m m F i g u r e 2 . 2 7 . T y p i c a l E fi k c t s o f F i b e r R e i n f o r c e m e n t o n F l e x u r a l L o a d - D e fl e c t i o n B e h a v i o r o f C o n c r e t e . T h e a v a i l a b l e t e s t d a t a o n fl e x u r a l t o u g h n e s s o f s y n t h e t i c ( a n d s t e e l ) fi b e r r e i n f o r c e d c o n - c r e t e a r e s u m m a r i z e d i n F i g u r e 1 . 2 9 . T h e t e s t d a t a r e p o r t e d h e r e a r e p r e s e n t e d a s d i f f e r e n t t o u g h n e s s i n d i c e s ( 1 5 , 1 1 0 & 1 3 0 ) o f A S T M C 1 0 1 8 . F l e x u r a l t o u g h n e s s a s d e fi n e d h e r e b e n e fi t s f r o m fi b e r p u l l - o u t a t r e l a t i v e l y h i g h b o n d s t r e s s v a l u e s w h i c h c a n a c c o u n t f o r s u b s t a n t i a l fi i c t i o n a l e n e r g y a b s o r p t i o n . H i g h b o n d s t r e n g t h s w h i c h , d e p e n d i n g o n t h e fi b e r g e o m e t r y a n d t e n s i l e s t r e n g t h , f a v o r fi b e r r u p t u r e p r i o r t o p u l l - o u t c o u l d f a v o r fl e x u r a l s t r e n g t h o f fi b e r c o n c r e t e b u t a d v e r s e l y i n fl u e n c e fl e x u r a l t o u g h n e s s . 5 7 F L E X U R A L S T R E N G T H 2 5 0 N O O P o l y e t h y l e n e S t e e l E I . " p . I . ” I U z 0 0 1 5 0 — E n ' e S I : a : o r g 1 0 0 — U a E ° 1 . E : 3 . a F , C 0 E 1 . 3 E 2 C < 0 E o _ > _ ~ a > 2 E ‘ 7 6 n . o 5 0 - ~ 5 > i 3 3 _ a 0 : c o 0 Q “ : 1 0 0 2 , ° 0 + - 3 9 c e g a a — O z 8 t : o o . 2 . D O O " > . 2 0 . 3 > 1 1 1 . o 0 - ? ) > ‘ ” 0 Z i n . ” D . Z - 0 . 3 1 0 E o I . . I . . 0 . 0 5 0 . 1 0 . 2 0 . 5 0 . 7 5 1 1 . 5 F I B E R V O L U M E F R A C T I O N ( % ) l A r a m i d I A c r y l i c D C a r b o n D S t e e l I C o p o l y m e r I P o l y o l e fi n I N o n n D P o l y e t h y l e n e I P o l y p r o p y l e n e l P o l y e s t e T ; F i g u r e 2 . 2 8 . F l e x u r a l S t r e n g t h T e s t R e s u l t s . A l s o , fi n e r fi b e r s ( w i t h s m a l l e r l e n g t h s a n d d i a m e t e r s ) w i t h r e l a t i v e l y h i g h s u r f a c e a r e a a n d r e l a t i v e l y s m a l l fi b e r s p a c i n g , w h i c h c o u l d b e h i g h l y e f f e c t i v e i n m i c r o c r a c k c o n t r o l a n d e n h a n c e m e n t o f t e n s i l e s t r e n g t h , m a y n o t y i e l d f a v o r a b l e r e s u l t s i n t e r m s o f fl e x u r a l t o u g h n e s s . T h e r e s u l t s p r e s e n t e d i n F i g u r e 2 . 2 9 s h o u l d b e e v a l u a t e d w i t h c a u t i o n b e c a u s e t h e y a r e p r o d u c e d w i t h fi b e r s o f d i f f e r e n t g e o m e t r i c a t t r i b u t e s ( a n d a l s o w i t h c o n c r e t e m a t e r i a l s o f d i f f e r e n t m i x p r o p o r t i o n s ) . T h e r e s u l t s , h o w e v e r , p r o v i d e a g l o b a l v i e w o f t h e p o t e n t i a l s f o r e n h a n c e m e n t o f t h e fl e x u r a l t o u g h n e s s o f c o n c r e t e t h r o u g h fi b e r r e i n - f o r c e m e n t . G a i n s o f a b o u t 2 5 % i n fl e x u r a l t o u g h n e s s o f c o n c r e t e c a n r e s u l t f r o m i n t r o - d u c t i o n o f s y n t h e t i c fi b e r s a t a b o u t 0 . 5 % v o l u m e f r a c t i o n . . T h e e x p e r i m e n t a l p r o c e d u r e s a n d t e s t d a t a b a s e d o n w h i c h F i g u r e 2 . 2 9 w a s d e v e l o p e d a r e p r e s e n t e d i n A p p e n d i x E . 5 8 F L E X U R A L T O U G H N E S S 1 4 0 " d 3 2 m I ( ' 3 ' _ 1 2 0 ‘ m g : a U ; ’ ( 2 ) 1 0 0 « g Q n : o . z > - 3 s o - 2 ‘ 6 n . “ J z i Z L U O z 1 : ' fl 2 c o L U 6 0 1 L U > ‘ I i i [ E 5 w ” 2 4 E 5 0 : > ‘ L I Z J — ’ 2 : : L u — ' g ' - _ J > ' - ‘ O n . l — U J Z z > - o . L u m > — a ) m o m , 1 m 4 o ~ I L 0 E r r — 1 Z u J v — m g m E O D : U J < O o ) . ( 0 1 ! ; Z } _ a : I n ‘ 1 g 0 “ : 5 5 0 9 ‘ ” l i ‘ ” - - I z C L > ‘ - “ u : > > 2 2 0 . > . o . 1 0 O O 2 . 1 “ J m 2 0 ‘ o _ , a ; o 5 n . 0 ' ; 2 C L 0 E , E a o ’ E 0 . 1 % ( l 5 ) 0 . 1 % ( I 1 0 ) 0 . 5 % ( 1 5 ) 0 . 5 % ( I 1 0 ) 0 . 5 % ( I 3 0 ) F I B E R V O L U M E F R A C T I O N ( % ) L I S T E E L D C A R B O N D P O L Y P R O P Y L E N E I P O L Y P R O P Y L E N E E N Y L O N I N Y L O N D P O L Y E S T E R l F i g u r e 2 . 2 9 S u m m a r y P r e s e n t a t i o n o f F l e x u r a l T o u g h n e s s T e s t R e s u l t s . 2 . 7 . 6 F a t i g u e L i f e T h e c o n t r i b u t i o n o f fi b e r s t o f a t i g u e l i f e o f c o n c r e t e i s a p r i m a r y r e a s o n f o r u s e o f fi b e r s i n a p p l i c a t i o n s i n v o l v i n g r e p e a t e d l o a d a p p l i c a t i o n , s u c h a s p a v e m e n t s a n d m a c h i n e f o u n d a t i o n s . W h i l e s t e e l fi b e r s h a v e b e e n t r a d i t i o n a l l y u s e d i n s u c h a p p l i c a t i o n s , t h e s u m m a r y p r e s e n t a t i o n o f f a t i g u e t e s t d a t a i s i n F i g u r e 2 . 3 0 . i n d i c a t e s t h a t s y n t h e t i c fi b e r s c a n c o m p e t e r e a s o n a b l y w e l l w i t h s t e e l fi b e r s i n t e r m s o f c o n t r i b u t i o n s t o t h e f a t i g u e l i f e o f c o n c r e t e . F i b e r v o l u m e f r a c t i o n s o f a b o u t 0 . 5 % o r m o r e w o u l d b e n e e d e d i f m e a n i n g - f u l c o n t r i b u t i o n s t o f a t i g u e l i f e a r e d e s i r e d . S y n t h e t i c fi b e r s o f f e r a m o r e c o n v e n i e n t a n d 5 9 p r a c t i c a l r e p l a c e m e n t f o r s t e e l fi b e r s i n c o n c r e t e a p p l i c a t i o n s w h e r e f a t i g u e l i f e i s a n i m — p o r t a n t c o n s i d e r a t i o n . T h e a v a i l a b l e t e s t d a t a p r e s e n t e d i n F i g u r e 2 . 3 0 o n t h e f a t i g u e l i f e o f s y n t h e t i c fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e c o v e r l o w — m o d u l u s fi b e r s ; s y n t h e t i c fi b e r s o f h i g h e r m o d u l u s c o u l d b e e v e n m o r e e f f e c t i v e i n e n h a n c e m e n t o f t h e f a t i g u e l i f e o f c o n c r e t e . T h e t e s t d a t a b a s e d o n w h i c h F i g u r e 2 . 3 0 w a s d e v e l o p e d a r e p r e s e n t e d i n A p p e n d i x F . 3 0 0 F a t i g u e S t r e n g t h N 8 2 0 0 — 1 0 0 - M a x i m u m F a t i g u e S t r e n g t h ( % P l a i n C o n c r e t e ) 8 1 5 0 - L E _ g I z m a . ) Q ) g 9 m L L c 8 2 ( I ) _ z 2 — > . E D 3 a : a Q o u : . “ C O L C 2 ( D 2 g a ) ' 5 . 9 . 3 2 r O 3 o 2 c c : 5 3 3 ‘ B 9 a ) E E D . o “ 9 9 S E e S ’ " ’ a a s e 9 o : 1 : a D . ‘ 2 . 0 L L 0 _ ‘ . 0 0 . 1 0 . 2 5 0 . 5 1 F i b e r V o l u m e F r a c t i o n ( % ) P l a i n I P o l y p r o p y l e n e D P o l y p r o p y l e n e N F l C l P o l y p r o p y l e n e G I P o l y p r o p y l e n e D S t e e l 1 I S t e e l A [ 2 ! S t e e l B I S t e e l C J F i g u r e 2 . 3 0 . S u m m a r y P r e s e n t a t i o n o f F a t i g u e T e s t R e s u l t s . 6 0 2 . 7 . 7 I m p a c t R e s i s t a n c e F i g u r e 2 . 3 1 s u m m a r i z e s t h e ( d r o p - b a l l ) i m p a c t t e s t d a t a o n s y n t h e t i c fi b e r r e i n f o r c e d c o n - c r e t e r e p o r t e d i n t h e l i t e r a t u r e . T h e r e p o r t e d d a t a c o v e r v a r i o u s fi b e r g e o m e t r i c a t t r i b u t e s a n d c o n c r e t e m i x p r o p o r t i o n s . T h e r e s u l t s , h o w e v e r , p r o v i d e s t r o n g i n d i c a t i o n s t h a t t h e R e c r o n 3 8 ( p o l y e s t e r ) fi b e r s a r e m o r e e f f e c t i v e t h a n c o m p e t i n g s y n t h e t i c fi b e r s i n e n — h a n c e m e n t o f t h e i m p a c t r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e . M o r e t h a n 1 0 0 % g a i n i n i m p a c t r e s i s - t a n c e ( o v e r p l a i n c o n c r e t e ) i s a c h i e v e d a t a fi b e r v o l u m e f r a c t i o n o f 0 . 0 8 % . T h e e f f e c - t i v e n e s s o f R e c r o n 3 8 i n e n h a n c e m e n t o f i m p a c t r e s i s t a n c e c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e f o l - l o w i n g f a v o r a b l e a s p e c t s o f i t s p h y s i c a l a n d g e o m e t r i c a t t r i b u t e s : ( i ) h i g h e l a s t i c m o d u l u s ; ( i i ) fi n e d i a m e t e r a n d h i g h a s p e c t r a t i o ; a n d ( i i i ) t r i a n g u l a r c r o s s - s e c t i o n , w h i c h y i e l d s h i g h e r s u r f a c e a r e a s p e r u n i t v o l u m e o f fi b e r s w h e n c o m p a r e d w i t h t h e p r e v a l e n t c i r c u l a r c r o s s — s e c t i o n . T h e t e s t d a t a b a s e d o n w h i c h F i g u r e 1 . 3 1 w a s d e v e l o p e d a r e p r e s e n t e d i n A p p e n d i x G . 6 1 I m p a c t F i r s t C r a c k E n e r g y 1 2 0 o a ) a — a 3 1 0 0 ~ L 3 ‘ c . 9 a , 8 - 8 3 f g a ‘ F 8 0 - T ‘ 3 ‘ 9 3 3 l ' 5 I — U ’ O . O — a ) n . a : 0 C L 3 w o _ > a > 6 0 - 2 ‘ 0 - 0 a t ; ‘ O I — o o - [ l r : g ; , 0 G ) t ' z ‘ » 2 $ 3 » " ’ " ‘ 5 i ” 5 ‘ a w 4 0 - . 9 o 8 a 2 8 2 a ) W 2 — > 8 E a : _ o . ‘ 3 2 0 _ C L 2 . g > . \ ° 6 2 % . 0 0 ' i t ‘ : 3 3 } _ 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 5 0 . 0 8 0 . 1 0 . 2 0 . 5 F i b e r V o l u m e F r a c t i o n ( % ) [ I P o l y p r o p y l e n e I N y l o n E l P o l y e s t e r [ : 1 P o l y e s t e r Z J F i g u r e 2 . 3 1 . S u m m a r y P r e s e n t a t i o n o f I m p a c t R e s i s t a n c e ( F i r s t - C r a c k ) T e s t R e s u l t s . 2 . 7 . 8 A b r a s i o n R e s i s t a n c e T h e a v a i l a b l e t e s t d a t a o n a b r a s i o n r e s i s t a n c e o f s y n t h e t i c ( a n d s t e e l ) fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e a r e s u m m a r i z e d i n F i g u r e 2 . 3 2 . T h e a b r a s i o n t e s t r e s u l t s a r e n o t c o n s i s t e n t , a n d t h e r e p o r t e d g a i n s i n a b r a s i o n r e s i s t a n c e w i t h s y n t h e t i c fi b e r r e i n f o r c e m e n t v a r y b e t w e e n 0 % t o 2 0 % ( f o r fi b e r v o l u m e f r a c t i o n s u p t o 0 . 1 % ) ; t h e l a c k o f c o n s i s t e n c y i n a b r a s i o n t e s t d a t a a l s o a p p l i e s t o s t e e l fi b e r c o n c r e t e w h e r e t h e r e p o r t e d g a i n s i n a b r a s i o n r e s i s - t a n c e r a n g e f r o m 0 % t o 6 0 % ( f o r fi b e r v o l u m e f r a c t i o n s o f 0 . 5 % t o 1 % ) . M o r e c o m p r e - h e n s i v e e x p e r i m e n t a l i n v e s t i g a t i o n s a r e n e e d e d b e f o r e r e l i a b l e c o n c l u s i o n s c a n b e d e r i v e d 6 2 r e g a r d i n g t h e c o n t r i b u t i o n s o f fi b e r s t o t h e a b r a s i o n r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e . T h e t e s t d a t a b a s e d o n w h i c h F i g u r e 2 . 3 2 w a s d e v e l o p e d a r e p r e s e n t e d i n A p p e n d i x H . A B R A S I O N R E S I S T A N C E 6 0 - N E l I l l 2 L U E 5 0 — g : 3 5 r : z < 8 a ° 5 4 0 ~ g D : n . a E 8 N E E 3 0 — a c ; > > ' . 1 O “ J - ’ O 2 O n E U J n . ‘ L . 1 I n 2 0 ~ ; ' L E 3 E 0 . N J I — u : 0 ‘ - — : m > 1 3 : > ' O o . n . E 1 0 — 5 8 " _ J E E & m a : 2 2 m c l 1 l l 0 . 0 1 0 . 0 7 0 . 1 0 . 2 7 0 . 6 0 . 8 0 . 9 F I B E R V O L U M E F R A C T I O N ( % ) I S T E E L 1 I S T E E L 2 _ 1 : 1 S T E E L 3 c 1 P O L Y P R O P Y L E N E 1 l I P O L Y P R O P Y L E N E 2 P O L Y P R O P Y L E N E 3 I C A R B O N n P O L Y E S T E R F i g u r e 2 . 3 2 . S u m m a r y P r e s e n t a t i o n o f A b r a s i o n R e s i s t a n c e T e s t R e s u l t s . 6 3 2 . 8 C o m p a r a t i v e A s s e s s m e n t o f T r i a n g u l a r V e r s u s C i r c u l a r F i b e r C r o s s - S e c t i o n s F i b e r s u r f a c e a r e a i s a k e y m e a s u r e o f i t s r e i n f o r c e m e n t e f fi c i e n c y i n c o n c r e t e . F i b e r v o l - u m e f r a c t i o n , o n t h e o t h e r h a n d , i s a m e a s u r e o f c o s t a n d m i x i n g d i f fi c u l t y . H i g h e r fi b e r s u r f a c e a r e a - t o - v o l u m e r a t i o s a r e t h u s i n d i c a t i v e o f m o r e e f fi c i e n t fi b e r r e i n f o r c e m e n t s y s t e m s f o r c o n c r e t e . T h e a n a l y s i s p r e s e n t e d b e l o w c o m p a r e s t h e s u r f a c e a r e a - t o - v o l u m e r a t i o o f fi b e r s w i t h t r i a n g u l a r a n d c i r c u l a r c r o s s - s e c t i o n s . T h e g e o m e t r i c a t t r i b u t e s o f fi b e r s w i t h c i r c u l a r a n d ( e q u i l a t e r a l ) t r i a n g u l a r c r o s s - s e c t i o n s a r e d e p i c t e d i n F i g u r e 1 . 3 3 . T h e s u r f a c e a r e a s ( A ) o f t h e c i r c u l a r a n d t r i a n g u l a r fi b e r s c a n b e c a l c u l a t e d a s f o l l o w s : C i r c u l a r : A c i r c u l a r = ( fl fl d f ) l f T r i a n g u l a r : A , , , - a n g u l a r = ( 3 . a ) . l f T h e v o l u m e s ( V ) o f t h e t w o fi b e r s c a n b e c a l c u l a t e d a s f o l l o w s : 2 7 r . d f C i r c u l a r : V c i r c u l a r = . I f , h . a a . s i n 6 0 . a T r l a n g u l a r : V t r i a n g u l a r : ( 7 ) 1 ! ” = { T j ’ l f : ( 0 4 3 3 a 2 ) ’ I f F o r t h e c i r c u l a r a n d t r i a n g u l a r fi b e r s t o p r o v i d e t h e s a m e s u r f a c e a r e a s , t h e f o l l o w i n g r e - l a t i o n s h i p s h o u l d b e m e t : 6 4 ( 7 1 ' . . d f ) l f = ( 3 a ) . 1 f F o r t h e s a m e fi b e r l e n g t h , t h i s r e l a t i o n s h i p i m p l i e s t h a t : 7 t . d a z — f 3 T h e t r i a n g u l a r f i b e r v o l u m e c a n b e c a l c u l a t e d w i t h t h i s v a l u e o f “ a ” a s f o l l o w s : 2 - . 2 7 r . d T r i a n g u l a r . V m - a n g u l a , = ( 0 . 4 3 3 a ) . I f = [ 0 . 4 3 3 ( 7 ) J 1 ] : T h e r a t i o o f t r i a n g u l a r - t O - c i r c u l a r fi b e r v o l u m e f o r a c h i e v i n g s i m i l a r fi b e r s u r f a c e s a r e a s w o u l d t h u s b e : 2 7 r . d f 0 . 4 3 3 — . l V c i r c u l a r 7 : . d 2 f . l 4 f V t r i a n g u l a r _ = 0 . 6 T h e a b o v e c a l c u l a t i o n i n d i c a t e s t h a t , i n o r d e r t o p r o v i d e t h e s a m e fi b e r s u r f a c e a r e a ( a k e y m e a s u r e o f fi b e r r e i n f o r c e m e n t e f fi c i e n c y ) , w i t h t r i a n g u l a r fi b e r s o n e n e e d s o n l y 6 0 % t h e v o l u m e n e e d e d w i t h c i r c u l a r fi b e r s . F o r e x a m p l e , i n o r d e r t o p r o v i d e t h e s a m e fi b e r s u r f a c e a r e a a s c i r c u l a r fi b e r s a t 0 . 3 % v o l u m e f r a c t i o n , o n e n e e d s o n l y 0 . 1 8 % v o l u m e f r a c t i o n o f t r i a n g u l a r fi b e r s . 6 5 F i g u r e 2 . 3 3 . G e o m e t r i c A t t r i b u t e s o f F i b e r s w i t h C i r c u l a r a n d T r i a n g u l a r C r o s s - S e c t i o n s . 6 6 2 . 9 F l e x u r a l a n d S h e a r A n a l y s i s o f R e i n f o r c e d C o n c r e t e S t r u c t u r a l E l e m e n t s W i t h F i b e r R e i n f o r c e m e n t 2 . 9 . 1 I n t r o d u c t i o n S t r u c t u r a l a p p l i c a t i o n s o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e r e q u i r e d e s i g n m e t h o d o l o g i e s w h i c h a c c o u n t f o r t h e c o n t r i b u t i o n s o f fi b e r s t o s t r u c t u r a l p e r f o r m a n c e o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e s y s t e m s . I n o r d e r t o f a c i l i t a t e s t r u c t u r a l a p p l i c a t i o n s o f fi b e r c o n c r e t e , e q u a t i o n s w e r e d e v e l o p e d w h i c h a c c o u n t f o r t h e c o n t r i b u t i o n s o f fi b e r s t o fl e x u r a l a n d s h e a r s t r e n g t h o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t r u c t u r e s . 2 . 9 . 2 D e s i g n E q u a t i o n s F l e x u r a l S t r e n g t h o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e S t r u c t u r a l E l e m e n t s w i t h C o n v e n t i o n a l S t e e l R e i n f o r c e m e n t T h e b e h a v i o r o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e i n fl e x u r e c o m p r i s e s a l i n e a r b e h a v i o r u p t o fi r s t c r a c k , f o l l o w e d b y a p o s t - c r a c k n o n l i n e a r b e h a v i o r ( F i g u r e 2 . 3 4 ) . T h e p o s t - c r a c k i n g fl e x u r a l b e h a v i o r f o r d i f f e r e n t fi b e r t y p e s a n d c o n t e n t s c a n b e e x p l a i n e d b y t h e fl e x u r a l ( t e n s i l e ) s t r e s s d i s t r i b u t i o n a t fi b e r c o n c r e t e s e c t i o n s b e y o n d fi r s t c r a c k ( F i g u r e 2 . 3 5 ) , w h i c h d e t e r m i n e s t h e e f f e c t i v e n e s s o f fi b e r s i n e n h a n c e m e n t o f t h e fl e x u r a l s t r e n g t h o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t r u c t u r a l e l e m e n t s . 6 7 > — D A O L . 1 F I R S T C R A C K V U L T I M A T E B R I T T L E ( M A T R I X ) S T R A I N - H A R D E N I N G ( F R C ) S U D D E N S T R A I N - S O F T E N I N G F O L L O W E D B Y P L A S T I C ( F R C ) D E F L E C T I O N — > F i g u r e 2 . 3 4 . T y p i c a l F l e x u r a l B e h a v i o r o f P l a i n C o n c r e t e V e r s u s F i b e r R e i n f o r c e d C o n — c r e t e s W i t h D i fl k r e n t F i b e r V o l u m e F r a c t i o n s . I 7 ‘ — J — — [ C o m p . S t r a i n N e u t r a l l " m j l l T e n s i l e S t r a i n ( a ) ( b ) T e n s i l e S t r e s s ( C ) ( d ) ( 6 ) F i g u r e 2 . 3 5 . F l e x u r a l S t r a i n a n d S t r e s s D i s t r i b u t i o n s i n C r a c k e d F i b e r C o n c r e t e S e c - i t i o n s . ( a ) F l e x u r a l S p e c i m e n U n d e r L o a d ; ( b ) S t r a i n D i s t r i b u t i o n A f t e r C r a c k i n g ; ( c ) ( d ) ( e ) A l t e r n a t i v e S t r e s s D i s t r i b u t i o n s D e p e n d i n g o n F i b e r T y p e a n d C o n t e n t . 1 3 6 8 = ( ) 5 ( v o l u m e f r a c t i o n o f fi b e r s ) ( fi ' i c t i o n a l b o n d r e s i s t a n c e o f fi b e r s ) [ l e n g t h O f fi b e r s J A b e a m r e i n f o r c e d w i t h b o t h fi b e r s a n d s t e e l b a r s , t h e t e n s i l e s t r e n g t h c o m p u t e d f o r t h e fi b r o u s c o n c r e t e i s a d d e d t o t h e t e n s i l e c o n t r i b u t i o n o f r e i n f o r c i n g b a r s a t fl e x u r a l f a i l u r e . T h e b a s i c d e s i g n a s s u m p t i o n s a n d n o m e n c l a t u r e f o r f o r m u l a a r e s h o w n i n fi g u r e 2 . 3 6 . T h e e q u a t i o n f o r n o m i n a l fl e x u r a l s t r e n g t h , M n , o f a s i n g l y r e i n f o r c e d fi b r o u s c o n c r e t e b e a m i s : h e a M n = A S f ) 7 [ d — % ) + G t b ( h — e ) ( § + § — E ) w h e r e , e = [ a s ( fi b e r s ) + 0 . 0 0 3 ] . c / 0 . 0 0 3 T h e t e n s i l e s t r e n g t h i n fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e ( 0 ' , ) f o r u s e i n a b o v e e q u a t i o n c a n b e c a l c u l a t e d a s f o l l o w s : 0 ' , = ( n u m b e r o f fi b e r s p e r u n i t a r e a ) . ( m e a n fi b e r f r i c t i o n a l b o n d r e s i s t a n c e ) ( \ C " : i f T f fl d f i ] ’ t h u s : a t : O . 5 f o f - L a d f ( 4 d f \ 4 ) d i a m e t e r o f fi b e r s F o r s y n t h e t i c fi b e r s w h i c h o f f e r a n u l t i m a t e b o n d s t r e n g t h e x c e e d i n g fi ' i c t i o n a l b o n d s t r e n g t h , w e c a n a s s u m e t h a t “ e ” i s e q u a l t o “ c ” , y i e l d i n g t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n f o r n o m i n a l fl e x u r a l s t r e n g t h : I [ 0 . 5 V f I f 3 ) ? l e — e ) ( % + — : - — % ) ] 0 M n = A s f y [ d — § ) + 6 6 9 9 I n t h e a b o v e e q u a t i o n , a c a n b e d e r i v e d b a s e d o n e q u i l i b r i u m o f a x i a l f o r c e s : 6 9 1 A s f y + | : 0 . 5 V f r f é b ( h — c ) ] 0 . 8 5 f c ’ . b a : S i n c e c = — a — , a t r i a l a n d a d j u s t m e n t a p p r o a c h w o u l d b e n e e d e d t o s o l v e t h e a b o v e e q u a — 1 t i o n ; A c a n b e d e r i v e d a s f o l l o w s : 1 3 1 = 0 . 8 5 — [ 0 . 0 5 J 3 1 ? ) 0 . 6 5 s [ 3 , s 0 . 8 5 T h e a b o v e e x p r e s s i o n s a s s u m e t h a t fi b e r s p u l l o u t o f t h e m a t r i x r a t h e r t h a n r u p t u r e . F o r t h i s t o b e t r u e , t h e f o l l o w i n g e x p r e s s i o n n e e d s t o b e s a t i s fi e d : O ' f u z r f u . 7 r . d f . ( 0 . 5 I f ) w h e r e , O f u = u l t i m a t e t e n s i l e s t r e n g t h o f fi b e r s , a n d T f u = u l t i m a t e fi b e r - t o - m a u i x b o n d s t r e n g t h . 0 . 8 5 f c ’ “ L J a / 2 h d a ; C C H ? ' C N e w ” — - 9 c h . . * * T r b — — l L fi f 8 5 ( B a r s ) A s s u m e d S t r e s s S i m p l i fi e d S t r a i n D i s t r i b u t i o n R e p r e s e n t a t i o n D i a g r a m 8 5 ( F i b e r s ) F i g u r e 2 . 3 6 . D e s i g n A s s u m p t i o n s f o r F l e x u r a l A n a l y s i s o f S i n g l y R e i n f o r c e d C o n c r e t e B e a m s W i t h F i b e r R e i n f o r c e m e n t ] 7 0 f v = 9 - 1 6 [ ( f f ) 2 / 3 ( m l / 3 ( ) ] 1 a ( f o r a / d s 2 . 5 ) 2 . 9 . 3 D e s i g n E q u a t i o n s f o r C o n t r i b u t i o n s o f F i b e r R e i n f o r c e m e n t t o S h e a r S t r e n g t h o f R e i n f o r c e d C o n c r e t e S t r u c t u r a l E l e m e n t s 2 ° T h e r a n d o m d i s t r i b u t i o n o f fi b e r s i n c o n c r e t e p r o v i d e s f o r c l o s e s p a c i n g o f fi b e r s i n t h r e e d i m e n s i o n s t h a t h e l p s w i t h e f f e c t i v e b r i d g i n g o f c r a c k s i n a l l d i r e c t i o n s . T h i s b e h a v i o r i n c r e a s e s t h e s h e a r c a p a c i t y a s w e l l a s t h e p o S t - p e a k d u c t i l i t y o f s h e a r f a i l u r e i n s t r u c t u r a l e l e m e n t s . T h e k e y f a c t o r s g o v e r n i n g s h e a r b e h a v i o r o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e e l e m e n t s w i t h fi b e r r e i n f o r c e m e n t a r e s h e a r s p a n - t o - d e p t h r a t i o ( a / d ) , fi b e r t y p e , fi b e r v o l u m e f r a c t i o n , a n d t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e . W h e n u s i n g fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e w i t h c o n v e n t i o n a l s h e a r r e i n f o r c e m e n t ( s t i r r u p s ) , i t i s p o s s i b l e t o i n c r e a s e t h e s p a c i n g o f s t i r - r u p s a n d r e d u c e c o n g e s t i o n o f r e i n f o r c e m e n t t h r o u g h i n t r o d u c t i o n o f fi b e r s . I n a fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e w i t h s t e e l r e i n f o r c e m e n t , t h e c o n t r i b u t i o n o f r e i n f o r c e m e n t i s a s s u m e d t o b e t h e s a m e a s t h a t w i t h o u t fi b e r r e i n f o r c e m e n t ; t h i s i s b e c a u s e t h i s c o n t r i - b u t i o n i s g o v e r n e d b y y i e l d i n g o f s t e e l r e i n f o r c e m e n t . T h e a d d i t i o n a l c o n t r i b u t i o n o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e t o s h e a r s t r e n g t h ( fl ) c a n b e c a l c u l a t e d a s f o l l o w s : 1 / 3 f v = a + , 8 ( f f , ) 3 / 4 p i ( ( 1 ) - V 3 ( f o r a / d 2 2 . 5 ) , ( f o r c o n c r e t e a = 1 . 2 5 , B = 4 . 6 8 ) f a w h e r e , f f a n d fl a r e t h e fl e x u r a l a n d t e n s i l e s t r e n g t h s o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e , r e s p e c - t i v e l y , p i s t h e r e i n f o r c e m e n t r a t i o , a n d a / d i s t h e s h e a r s p a n - t o - d e p t h r a t i o . 7 1 2 . 1 0 A p p l i c a t i o n s a n d A d v a n t a g e s o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e 2 . 1 0 . 1 H i s t o r i c a l B a c k g r o u n d T h e u s e o f fi b e r s t o i m p r o v e t h e p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f a b r i t t l e m a t r i x d a t e s b a c k t o a n - c i e n t t i m e s w h e r e s t r a w s o r a n i m a l h a i r w a s u s e d t o r e i n f o r c e m u d b r i c k s . R a n d o m l y o r i - e n t e d s h o r t fi b e r s l i k e s t r a w w e r e u s e d i n s u n - b a k e d b r i c k s a n d h o r s e h a i r w a s u s e d t o r e - i n f o r c e m a s o n r y m o r t a r a n d p l a s t e r . I n m o d e r n t i m e s , t h e u s e o f a s b e s t o s fi b e r s i n a c e m e n t p a s t e m a t r i x b e g a n i n e a r l y 1 9 0 0 5 . M o r e r e c e n t l y , s t e e l fi b e r s w a s u s e d i n c o n c r e t e i n e a r l y 1 9 6 0 8 . T h e c o n c e p t o f u s i n g p o l y m e r i c fi b e r s i n c o n c r e t e w a s t r i e d i n 1 9 6 5 , a n d t h e i r l a r g e - s c a l e u s e b e g a n i n l a t e 1 9 7 0 8 . C u r r e n t l y , a w i d e v a r i e t y o f s t e e l , g l a s s , s y n t h e t i c , a n d n a t u r a l fi b e r s a r e u s e d i n d i f f e r e n t c o n s t r u c t i o n a p p l i c a t i o n s . C o n s i d e r a b l e r e s e a r c h , d e v e l o p m e n t , a n d a p p l i c a t i o n s o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e a r e t a k i n g p l a c e t h r o u g h o u t t h e w o r l d . 2 . 1 0 . 2 A G e n e r a l R e v i e w o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e A p p l i c a t i o n s ' 9 C u r r e n t a p p l i c a t i o n s o f fi b e r s i n c o n s t r u c t i o n c a n b e d i v i d e d t o t w o c a t e g o r i e s : ( 1 ) n o n - s t r u c t u r a l a n d s e m i - S t r u c t u r a l a p p l i c a t i o n s ; a n d ( 2 ) s t r u c t u r a l a p p l i c a t i o n s . 2 . 1 0 . 2 . 1 N o n - S t r u c t u r a l A p p l i c a t i o n s T h e s e a p p l i c a t i o n s u s u a l l y a f f e c t t h e s e r v i c e a b i l i t y a n d a e s t h e t i c o f t h e s t r u c t u r e . I n t h e s e c a s e s , fi b e r s a r e i n t e n d e d p r i n c i p a l l y t o a u g m e n t t h e i n t e g r i t y o f t h e m a t r i x a n d s u b s e - q u e n t l y e n h a n c e t h e i n t e g r i t y o f t h e s t r u c t u r a l s y s t e m . T h i s c a n b e d o n e b y c r a c k c o n t r o l 7 2 ( c r a c k w i d t h a n d a r e a r e d u c t i o n ) . T h e u s e o f r e l a t i v e l y l o w fi b e r v o l u m e f r a c t i o n s m i n i - m i z e s t h e e f f e c t o f fi b e r s o n t h e b a t c h i n g , m i x i n g , a n d p l a c i n g o p e r a t i o n s . A l s o , t h e e n - e r g y a b s o r p t i o n c a p a b i l i t y o f t h e m a t r i x c a n b e i m p r o v e d b y fi b e r s . M o s t c u r r e n t a p p l i c a t i o n s o f fi b e r s a r e n o n - s t r u c t u r a l . F i b e r s a r e o f t e n u s e d f o r c o n t r o l o f ( p l a s t i c a n d d r y i n g ) s h r i n k a g e c r a c k s , a r o l e c l a s s i c a l l y p l a y e d b y s t e e l r e i n f o r c i n g b a r s o r s t e e l w i r e m e s h . E x a m p l e s i n c l u d e fl o o r s a n d s l a b s , l a r g e c o n c r e t e c o n t a i n e r s , a n d c o n c r e t e p a v e m e n t s . I n g e n e r a l , t h e s e s t r u c t u r e s a n d p r o d u c t s h a v e e x t e n s i v e e x p o s e d s u r f a c e a r e a s a s w e l l a s m o v e m e n t c o n s t r a i n t s , r e s u l t i n g i n h i g h c r a c k i n g p o t e n t i a l . F o r s u c h a p p l i c a t i o n s , fi b e r s h a v e a n u m b e r o f a d v a n t a g e s o v e r c o n v e n t i o n a l s t e e l r e i n f o r c e - m e n t . T h e s e i n c l u d e : ( a ) u n i f o r m r e i n f o r c e m e n t d i s t r i b u t i o n ( w i t h r e s p e c t t o l o c a t i o n a n d o r i e n t a t i o n ) ; ( b ) c o r r o s i o n r e s i s t a n c e , e s p e c i a l l y f o r s y n t h e t i c fi b e r s ; a n d ( c ) l a b o r s a v i n g b y a v o i d i n g t h e n e e d o f d e f o r m i n g t h e r e i n f o r c i n g b a r s a n d p l a c i n g t h e m i n f o r r n - w o r k , y i e l d i n g s a v i n g s i n c o n s t r u c t i o n t i m e . E l i m i n a t i o n o f r e i n f o r c i n g b a r s a l s o r e l a x e s t h e c o n s t r a i n t s o n c o n c r e t e e l e m e n t s h a p e . I n s o m e a p p l i c a t i o n s , t h e u s e o f fi b e r s e n a b l e s e l i m i n a t i o n o r r e d u c t i o n o f t h e n u m b e r o f c u t - j o i n t s i n l a r g e c o n t i n u o u s s t r u c t u r e s s u c h a s c o n t a i n e r s a n d p a v e m e n t s . E s p e c i a l l y i n p a v e m e n t s , j o i n t s a r e l o c a t i o n s o f w e a k n e s s e s a t w h i c h f a i l u r e f r e q u e n t l y o c c u r s . T h u s , fi b e r s h a v e b e e n e x p l o i t e d t o e n h a n c e t h e d u r a b i l - i t y o f c o n c r e t e e l e m e n t s . D u r a b i l i t y i s a n i m p o r t a n t p e r f o r m a n c e - e n h a n c e m e n t c h a r a c t e r i s t i c i n m a n y i n d u s t r i a l a p p l i c a t i o n s o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e . N a t u r a l l y , d u r a b i l i t y h a s d i f f e r e n t c o n n o t a t i o n s i n d i f f e r e n t a p p l i c a t i o n c o n t e x t s . F o r e x a m p l e , f o r c o n t a i n e r s , d u r a b i l i t y i m p l i e s t h e l i f e - 7 3 t i m e p r i o r t o u n a c c e p t a b l e l e a k a g e . F o r p a v e m e n t s , d u r a b i l i t y i m p l i e s t h e r e p a i r t i m e i n - t e r v a l i n o r d e r t o m a i n t a i n d r i v a b i l i t y . T h e r e a s o n s f o r l o s s o f d u r a b i l i t y a r e a l s o v e r y m u c h d e p e n d e n t o n t h e s p e c i fi c a p p l i c a t i o n a n d fi e l d c o n d i t i o n s . R e p a i r o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s a p p e a r s t o b e a s i z a b l e a p p l i c a t i o n o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n - c r e t e . T h i s i n c l u d e s r e s t o r a t i o n o f p a v e m e n t s , a i r fi e l d s , b r i d g e d e c k s , a n d fl o o r s l a b s . W i t h t h e d e c a y i n g i n f r a s t r u c t u r e c o u p l e d w i t h i n c r e a s i n g d e m a n d o n t h e i r p e r f o r m a n c e , i t i s e x p e c t e d t h a t t h e n e e d f o r d u r a b l e r e p a i r s w i l l i n c r e a s e o v e r t i m e . A f u n d a m e n t a l u n - d e r s t a n d i n g o f d u r a b l e r e p a i r s i s l a c k i n g a t p r e s e n t . H o w e v e r , i t i s g e n e r a l l y a g r e e d t h a t r e p a i r f a i l u r e s a r e o f t e n r e l a t e d t o m e c h a n i c a l p r o p e r t y i n c o m p a t i b i l i t y b e t w e e n t h e r e p a i r m a t e r i a l a n d t h e s u b s t r a t e c o n c r e t e . D i m e n s i o n a l s t a b i l i t y o f t h e r e p a i r m a t e r i a l a n d d e - l a m i n a t i o n r e s i s t a n C e i s o f t e n c i t e d a s s o m e o f t h e c o n t r o l l i n g f a c t o r s . F i b e r s h a v e b e e n u s e d t o a d v a n t a g e i n t h i s a r e a . T h e a d o p t i o n o f n e w m a t e r i a l s i n t h e h i g h l y c o s t - s e n s i t i v e c o n s t r u c t i o n , b u i l d i n g , a n d p r e c a s t p r o d u c t s i n d u s t r i e s g e n e r a l l y r e q u i r e s d e m o n s t r a t i o n o f c o s t a d v a n t a g e s . T h e e c o n o m i c v a l u e o f d u r a b i l i t y i s d i f fi c u l t t o q u a n t i f y , b u t t h e d e - m a n d f o r d u r a b i l i t y c l e a r l y r e p r e s e n t s o n e o f t h e d r i v i n g f o r c e s i n u s e o f fi b e r s , e s p e c i a l l y w h e n s h r i n k a g e c r a c k r e s i s t a n c e ' i s c o n s i d e r e d . A s m e n t i o n e d a b o v e , l a b o r s a v i n g v i a e l i m i n a t i o n o f j o i n t s o r s t e e l r e i n f o r c e m e n t p r o v i d e s e x t r a fi n a n c i a l i n c e n t i v e s . A n o t h e r c o s t a d v a n t a g e a s s o c i a t e d w i t h t h e u s e o f fi b e r s i n c o n c r e t e r e s u l t s f r o m e l e m e n t t h i c k - n e s s a n d / o r w e i g h t r e d u c t i o n , s u c h a s i n c o n c r e t e p i p e s , p a v e m e n t s a n d b u i l d i n g c u r t a i n w a l l p a n e l s . I n t h e c a s e o f b u i l d i n g c u r t a i n w a l l s , w e i g h t r e d u c t i o n c a n l e a d t o s i g n i fi c a n t s a v i n g s i n b u i l d i n g f o u n d a t i o n c o s t , h o i s t i n g m a c h i n e r y , s t e e l r e i n f o r c e m e n t , a n d t r a n s - p o r t a t i o n c o s t . R e d u c t i o n o f c o n s t r u c t i o n t i m e i s a l s o h i g h l y v a l u e d ( e . g . , i n fi b e r r e i n - 7 4 f o r c e d c o n c r e t e s h o t c r e t i n g o f t u n n e l l i n i n g s ) , a n d t r a n s l a t e s i n t o m a j o r c o s t s a v i n g s f o r t h e c o n s t r u c t i o n i n d u s t r y . T h e p e r f o r m a n c e i m p r o v e m e n t s a s s o c i a t e d w i t h t h e u s e o f fi b e r s i n c o n c r e t e f a v o r t h e b e n e fi t p a r t o f t h e c o s t / b e n e fi t r a t i o c o n s i d e r a t i o n . A p a r t fi ' o m e n h a n c e m e n t o f c r a c k r e - s i s t a n c e , fi b e r s a r e v a l u e d f o r e n h a n c i n g t h e e n e r g y a b s o r p t i o n c a p a b i l i t y o f c o n c r e t e - o f t e n d e s c r i b e d i n t e r m s o f i m p a c t r e s i s t a n c e ( e . g . i n fl o o r s a n d s l a b s ) , a n d d e l a m i n a t i o n a n d s p a l l r e s i s t a n c e ( e . g . , i n c o n c r e t e r e p a i r ) . O t h e r p e r f o r m a n c e i m p r O v e m e n t s i n c l u d e c o r r o s i o n a n d f a t i g u e r e s i s t a n c e . T o a c h i e v e s u c h p e r f o r m a n c e g a i n s , t w o e s s e n t i a l p r o p - e r t i e s o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e a r e u t i l i z e d . A s r e p l a c e m e n t s f o r s t e e l r e i n f o r c e m e n t s a n d j o i n t s , fi b e r s c o n t r i b u t e t o t h e s h r i n k a g e c r a c k r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e . I m p a c t r e s i s - t a n c e ( a n d t o a c e r t a i n e x t e n t fl e x u r a l s t r e n g t h ) i s l i n k e d t o t h e f r a c t u r e t o u g h n e s s o f c o n - c r e t e . F i b e r s a r e v e r y e f f e c t i v e i n t h i s r e s p e c t , m u c h m o r e s o t h a n i n i n c r e a s i n g t e n s i l e s t r e n g t h . T h e s h r i n k a g e c r a c k r e s i s t a n c e a n d t o u g h n e s s a t t r i b u t e s o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n - c r e t e a r e w e l l r e c o g n i z e d a n d e x p l o i t e d i n c o n c r e t e a p p l i c a t i o n s i n t h e c o n s t r u c t i o n i n d u s - t r y . B e c a u s e o f t h e i m p r o v e d m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e , s o m e i n d u s t r i a l a p p l i c a t i o n s c a n b e c a t e g o r i z e d a s s e m i - s t r u c t u r a l . T h e s e a p p l i c a t i o n s i n v o l v e c a r r y i n g d e a d l o a d s , h a n d l i n g ( o r c o n s t r u c t i o n ) l o a d s , l o a d s r e l a t e d t o r e s t r a i n t s a g a i n s t d i m e n s i o n a l m o v e m e n t s , e t c . W a l l p a n e l s a n d s o m e p a v e m e n t a p p l i c a t i o n s b e l o n g t o t h i s c a t e g o r y . H o w e v e r , i n m o s t o f t h e s e a p p l i c a t i o n s , fi b e r s a r e n o t e x p e c t e d t o c o n t r i b u t e t o t h e l o a d - c a r r y i n g f u n c t i o n o f e l e m e n t s . A t t h e p r e s e n t t i m e , s t r u c t u r a l a p p l i c a t i o n s o f F R C a r e r e l a t i v e l y s m a l l . 7 5 M o s t c o m m e r c i a l a p p l i c a t i o n s o f s y n t h e t i c fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e u s e r e l a t i v e l y l o w v o l u m e p e r c e n t a g e s o f fi b e r s . T h e s e a p p l i c a t i o n s i n c l u d e n o n - s t r u c t u r a l a n d n o n - p r i m a r y l o a d b e a r i n g s y s t e m s . M a j o r a p p l i c a t i o n s i n c l u d e r e s i d e n t i a l , c o m m e r c i a l , a n d i n d u s t r i a l s l a b s - o n - g r a d e , s l a b s f o r c o m p o s i t e m e t a l d e c k c o n s t r u c t i o n , fl o o r o v e r l a y s , S h o t c r e t e f o r s l o p e s t a b i l i z a t i o n a n d p o o l c o n s t r u c t i o n , p r e c a s t u n i t s , s l i p - f o r m e d c u r b s , a n d m o r t a r a p - p l i c a t i o n s i n v o l v i n g s p r a y e d a n d p l a s t e r e d P o r t l a n d c e m e n t s t u c c o . T h e fi b e r c o n t e n t i n fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e i s g e n e r a l l y l i m i t e d b y c o s t ( t h e c o s t o f fi - b e r s p e r u n i t w e i g h t i s r e l a t i v e l y h i g h w h e n c o m p a r e d w i t h P o r t l a n d c e m e n t a n d a g g r e - g a t e s ) a n d p r o c e s s a b i l i t y ( m e a s u r e d i n t e r m s o f w o r k a b i l i t y f o r c o n c r e t e m i x i n g a n d c a s t - i n g ) . I n s p e c i a l p r o d u c t l i n e s , s u c h a s t h i n r o o fi n g t i l e s a n d o t h e r t h i n — s h e e t p r o d u c t s , a s w e l l a s i n p r o t e c t i v e s h i e l d s a n d o t h e r p r o d u c t s t h a t c a n t o l e r a t e h i g h e r c o s t f o r a d d i t i o n a l p e r f o r m a n c e n e e d s , l a r g e r a m o u n t s o f fi b e r s h a v e b e e n u s e d . E x a m p l e s i n c l u d e S I F C O N ( s l u r r y i n fi l t r a t e d fi b e r c o n c r e t e , i n v e n t e d i n t h e U n i t e d S t a t e s a n d u s e d i n a i r fi e l d p a v e - m e n t s ) a n d C R C ( c o m p a c t r e i n f o r c e d c o n c r e t e , i n v e n t e d i n D e n m a r k a n d u s e d i n s a f e t y v a u l t s ) . T h e s e fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e s h a v e fi b e r c o n t e n t r a n g i n g f r o m 5 % t o 2 0 % ; s p e c i a l p r o c e s s i n g t e c h n i q u e s a r e u s e d f o r t h e i r p r o d u c t i o n . S I F C O N r e q u i r e s b e d d i n g o f fi b e r s i n t o a c o n c r e t e f o r m f o l l o w e d b y i n fi l t r a t i o n o f t h e fi b e r b e d b y h i g h w a t e r / c e m e n t r a t i o m o r t a r s l u r r y . C R C r e q u i r e s h i g h f r e q u e n c y v i b r a t i o n a p p l i e d d i r e c t l y t o a d e n s e a r - r a y o f s t e e l r e i n f o r c e m e n t s t o r e a c h a c c e p t a b l e m a t e r i a l c o m p a c t i o n . F o r t h i n - s h e e t p r o d - u c t s , t h e s l u r r y - d e w a t e r i n g t e c h n i q u e i s c o m m o n l y u s e d w i t h h i g h fi b e r c o n t e n t s w h i c h s e r v e a s t h e m a i n r e i n f o r c e m e n t i n s u c h p r o d u c t s . 7 6 O n e o f t h e m a j o r d r a w b a c k s i n m a n y c u r r e n t a p p l i c a t i o n s o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e i s t h a t t h e d e t a i l e d e f f e c t o f fi b e r a d d i t i o n o n p e r f o r m a n c e i m p r o v e m e n t s o f c o n c r e t e a r e o f t e n n o t q u a n t i fi e d . I n s t e a d , d e c i s i o n s o n t h e c h o i c e o f fi b e r s a n d t h e fi b e r c o n t e n t a r e o f t e n r e fl e c t i o n s o f e x p e r i e n c e o n t h e p a r t o f t h e u s e r . U n f o r t u n a t e l y , t h i s o f t e n l e a d s t o r e s u l t s t h a t f a i l t o m e e t e x p e c t a t i o n s . A g o o d e x a m p l e i s t h e u s e o f s t e e l fi b e r s i n p a v e - m e n t s . M a n y s u c c e s s f u l u s e s o f fi b e r s i n p a v e m e n t s h a v e b e e n r e p o r t e d , i n s o m e c a s e s e v e n w i t h t h e p a v e m e n t t h i c k n e s s r e d u c e d . H o w e v e r , j u s t a s m a n y c a s e s h a v e s h o w n d i s — a p p o i n t i n g r e s u l t s . T h e r e a r e a v a r i e t y o f r e a s o n s f o r t h i s ; f o r e x a m p l e , l o a d i n g c o n d i - t i o n s ( e n v i r o n m e n t a l o r m e c h a n i c a l ) c a n b e d i f f e r e n t , a n d t h e r e i s a c e r t a i n a m o u n t o f l u c k f a c t o r i n v o l v e d i n s u c c e s s f u l a p p l i c a t i o n s . A r a m i fi c a t i o n o f t h i s c o n d i t i o n i s t h a t u s e r s b e c o m e d i s e n c h a n t e d o v e r t h e u s e o f fi b e r s . T h e l a c k o f s y s t e m a t i c d e s i g n g u i d e - l i n e s c o m p l e m e n t e d w i t h m i x e d e x p e r i e n c e w i t h fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e a p p l i c a t i o n s c a n s l o w t h e s p r e a d o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e t o e v e n b r o a d e r i n d u s t r i a l a p p l i c a t i o n s , d e s p i t e t h e i r m a n y a d v a n t a g e s a s d e s c r i b e d a b o v e . E f f o r t s t o b r o a d e n t h e s c o p e o f fi b e r c o n c r e t e a p p l i c a t i o n s s h o u l d a l s o a c c o u n t f o r : ( 1 ) t h e h i g h c o s t o f fi b e r s c o m p a r e d w i t h o t h e r c o n s t i t u e n t s o f c o n c r e t e ; ( 2 ) t h e c o s t - s e n s i t i v e n a t u r e o f t h e c o n s t r u c t i o n i n d u s t r y ; ( 3 ) t h e m i x e d e x p e r i e n c e w i t h t h e u s e o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e i n c e r t a i n a p p l i c a t i o n s ; a n d ( 4 ) t h e l a c k o f q u a n t i t a t i v e d a t a o n t h e c o n t r i b u t i o n s o f fi b e r s t o r e l e v a n t a s p e c t s o f c o n c r e t e p e r f o r m a n c e . B o t h e n d - u s e r s a n d fi b e r s u p p l i e r s n e e d t o b e r e a l i s t i c i n w h a t p e r f o r m a n c e g a i n s c a n b e a c h i e v e d w i t h d i f f e r e n t fi b e r t y p e s a n d c o n t e n t s . R e s e a r c h i s n e e d e d t o c o n t i n u o u s l y i m p r o v e t h e b e n e fi t s b r o u g h t a b o u t b y fi b e r s , w h i l e r e d u c i n g t h e c o s t o f fi b e r a p p l i c a t i o n s . U s e r s n e e d t o b e e d u c a t e d t h a t p a r t o f t h e fi b e r c o s t c a n b e o f f - s e t b y r e d u c t i o n o r e l i m i n a t i o n o f o t h e r c o s t s a s s o c i a t e d w i t h t h e u s e o f c o n v e n t i o n a l c o n - 7 7 c r e t e w i t h o u t fi b e r s . T h e c o s t p r e s s u r e w i l l a l w a y s b e p r e s e n t . O n e w a y t o o v e r c o m e t h i s p r e s s u r e i s t o c o n t i n u o u s l y a n d s y s t e m a t i c a l l y e n h a n c e t h e b e n e fi t / c o s t r a t i o o f fi b e r a d d i - t i o n t o c o n c r e t e . 2 . 1 0 . 2 . 2 S t r u c t u r a l A p p l i c a t i o n s I n s t r u c t u r a l a p p l i c a t i o n s , fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e a c t s a s a p r i m a r y l o a d - c a r r y i n g c o m - p o n e n t t o p r o v i d e s t r u c t u r a l i n t e g r i t y . A t p r e s e n t , d e s p i t e m u c h l a b o r a t o r y r e s e a r c h , t h e u s e o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e i n l o a d - c a r r y i n g s t r u c t u r a l m e m b e r s i s v e r y l i m i t e d . U s e o f fi b e r s t o c a r r y l o a d a c r o s s c r a c k s i n a h a r d e n e d c o n c r e t e i n s t r u c t u r a l d e s i g n i s s t i l l a n o v e l p r a c t i c e . T h i s i s b e c a u s e o f a l a c k o f c l e a r u n d e r s t a n d i n g o f h o w fi b e r s c o n t r i b u t e t o l o a d - c a r r y i n g c a p a c i t y , c o n fi r s i o n b e t w e e n m a t e r i a l a n d s t r u c t u r a l s t r e n g t h s , l a c k o f s t r u c t u r a l d e s i g n g u i d e l i n e s f o r fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e m e m b e r s , u n c e r t a i n c o s t / b e n e fi t r a t i o , a n d i n s u f fi c i e n t m a t e r i a l p r o p e r t y s p e c i fi c a t i o n , c h a r a c t e r i z a t i o n , a n d t e s t s t a n d a r d s . T h e s e d e fi c i e n c i e s n o t o n l y l i m i t b r o a d e r u s e o f fi b e r s i n s t r u c t u r a l a p p l i c a t i o n s , b u t a l s o m a k e i t d i f fi c u l t f o r fi b e r s u p p l i e r s t o o p t i m i z e fi b e r s f o r c o n c r e t e s t r u c t u r a l a p p l i c a t i o n s . R e s e a r c h fi n d i n g s i n t h e l a s t d e c a d e c l e a r l y e s t a b l i s h t h a t d u c t i l i t y o f c e r t a i n s t r u c t u r a l m e m b e r s c a n b e g r e a t l y e n h a n c e d w i t h t h e u s e o f fi b e r s . I n a d d i t i o n , fi b e r s g e n e r a l l y f a - v o r i m p r o v e m e n t s i n fi r s t - c r a c k a n d u l t i m a t e s t r e n g t h s , i m p a c t r e s i s t a n c e , a n d s h e a r r e s i s - t a n c e . I f p r o p e r l y d e s i g n e d , fi b e r s c a n a d d t o m e m b e r s t r u c t u r a l p e r f o r m a n c e e v e n w h e n u s e d t o g e t h e r w i t h c o n v e n t i o n a l s t e e l r e i n f o r c e m e n t s . C u r r e n t l y , s e v e r a l c o n s t r u c t i o n p r o j e c t s a r e c o n t e m p l a t i n g t h e a p p l i c a t i o n o f fi b e r s i n l o a d - c a r r y i n g c o n c r e t e m e m b e r s . 7 8 T a b l e 2 . 9 r e v i e w s s t r u c t u r a l a p p l i c a t i o n s o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e , c a t e g o r i z e d b y f a i l - u r e m o d e s , a n d p r e s e n t s t h e p e r f o r m a n c e g a i n s a s s o c i a t e d w i t h t h e a d d i t i o n o f fi b e r s i n e a c h a p p l i c a t i o n . T a b l e 2 . 9 . F a i l u r e M o d e s o f T y p i c a l S t r u c t u r a l M e m b e r s a n d P e r f o r m a n c e I m p r o v e m e n t s b y F b e r s . I 9 S t r u c t u r a l M e m b e r / L o a d E x a m p l e A p p l i c a t i o n P e r f o r m a n c e M o d i fi c a t i o n b y F i b e r F l e x u r a l M e m b e r s T u n n e l L i n i n g B e n d i n g S t r e n g t h W ‘ C I D B e a m s P r e - p e a k a n d P o s t - p e a k , A S l a b s D u c t i l i t y S h e a r M e m b e r s + B r i d g e D e c k s S h e a r C a p a c i t y C o r b e l s P o s t - c r a c k i n g S a f e t y I / \ | K e y s i n S e g m e n t a l C o n s t r u c t i o n A A S t e e l A n c h o r s i n T o r s i o n a l M e m b e r s C o n c r e t e M e m b e r s « — — { f — j | - — > - p , , , P o l e s T o r s i o n a l C a p a c i t y U m a x r a l T e n s r o n M e m b e r s B r i d g e D e c k s P o s t - c r a c k i n g S a f e t y t r ‘ I \ E : P a v e m e n t s E x p a n d J o i n t S p a c i n g B e a m - C o l u m n ¢ C o n n e c t i o n s B u i l d i n g F r a m e s S e i s m i c R e s i s t a n c e R e d u c e R e i n f o r c e m e n t a n d C o n g e s t i o n B u i l d i n g C o l u m n s S e i s m i c R e s i s t a n c e B r i d g e C o l u m n s R e d u c e S p a l l i n g a n d E n h a n c e S t e e l C o n fi n e m e n t 7 9 — 2 . 1 0 . 3 S u m m a r y R e v i e w o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e A p p l i c a t i o n s T a b l e 2 . 1 0 p r e s e n t s t h e a p p l i c a t i o n s o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e t o g e t h e r w i t h t h e fi b e r t y p e s , v o l u m e f r a c t i o n s , a n d p e r f o r m a n c e a n d c o s t i m p l i c a t i o n s a s s o c i a t e d w i t h t h e s e a p - p l i c a t i o n s . T a b l e 2 . 1 0 . A p p l i c a t i o n s o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e ( S = S t r u c t u r a l ; S S = S e m i - S t r u c t u r a l ; N = N o n - S t r u c t u r a l ) . I 9 A l i c a - . P r o p e r t i e s P e r f o r m a n c e C o s t R e - I f i l z m s F r b e r V f ( % ) S ? U t i l i z e d I m p r o v e m e n t s d u c t i o n P a v e m e n t s y n t h e t i c 0 . 7 5 + O . 7 5 S S S h r i n k a g e D u r a b i l i t y : n o T h i c k . o v e r l a y + s t e e l c r a c k r e s . f a i l u r e a t r e d . t o 1 / 2 9 5 m T e n s i l e j o i n t s N o s t e e l l o n g , 1 0 s t r e n g t h R e i n f . c m t h i c k c a p . N o c u t j o i n t P a v e m e n t s t e e l 0 . 5 - 1 S S S h r i n k a g e D r a b i l i t y ? G r e a t e r 7 5 - 1 7 5 c r a c k r e s . j o i n t s p a c - m m t h i c k F l e x u r a l i n g S t r e n g t h P a v e m e n t s y n t h e t i c 1 S S M O R , I m p a c t r e s i s - c o m p a r e “ f u l l d e p t h ” m o n o fi l s t o u g h n e s s t a n c e w i t h s t e e l T h i n c h e m i c a l r e - fi b e r s b r i d g e d e c k s i s t a n c e o v e r l a y f a t i g u e r e s i s - t a n c e P a v e m e n t s y n t h e t i c 0 . 7 N S h r i n k a g e D r a b i l i t y N o s t e e l 2 0 0 m m c r a c k r e s . N o s h r i n k - t h i c k , 8 0 m a g e c o n - l o n g t r o l j o i n t P a v e m e n t s t e e l 1 N W e a r r e - D u r a b i l i t y L e s s t h a n w h i t e t o p - s i s t a n c e S t o p r u t t i n g o f c o m p l e t e p i n g 1 0 0 a s p h a l t r e p l a c e - m m N o i s e r e d u c - m e n t o f t i o n fl e x . p a v e - m e n t R e p a i r s y n t h e t i c l - 1 . 5 N t o u g h n e s s C r a c k r e s . L i f e - c o s t p a v e m e n t I n t e r f a c e D e l a m i n a t i o n b o n d r e s . 8 0 T a b l e 2 . 1 0 . C o n t i n u e d A l i c a - . P r o p e r t i e s P e r f o r m a n c e C o s t R e - I t i l d n s F r b e r V f ( % ) S ? U t i l i z e d I m p r o v e m e n t s d u c t i o n R e p a i r A i r - S I F C O N 5 S S T o u g h n e s s I C r a c k & s p a l l L i f e - c o s t fi e l d s t e e l 0 . 7 5 I n t e r f a c e r e s . S i m p l i c i t y p a v e m e n t b o n d D e l a m i n a t i o n i n s l i p - E n e r g y r e s . f o r m p a v - a b s o r p t i o n I m p a c t r e s . i n g M O R ( d y n . L o a d I n c r . i n T e n s i l e f r o m p l a n e s ) j o i n t s p a c - s t r a i n c a p . F a t i g u e r e s . i n g R e p a i r A i r - s t e e l ? N E l a s t i c C o m p a t i b i l i t y L i f e - c o s t fi e l d m o d u l u s w i t h s u b s t r a t e r u n w a y C O E c o n c r e t e p a t c h D u r a b i l i t y R e p a i r s t e e l 0 . 3 N T o u g h n e s s F a t i g u e r e s . R e d u c e d B r i d g e s u b - s y n t h e t i c 0 . 2 h n p a c t r e s . t h i c k n e s s s t r u c t u r e R e p a i r G e n - s y n t h e t i c 1 . 7 - 2 . 5 S S T o u g h n e s s C r a c k r e s . L i f e - c o s t e r a l + s t e e l I n t e r f a c e D e l a m i n a t i o n N o s h r i n k . b o n d r e s . R e i n f . T h i c k r e d . I n d u s t r i a l M e t g l a s 1 S S A d h e s i o n S e l f - l e v e l i n g , L i f e - c o s t fl o o r r e s t o - 3 M P a , C h e m . c o r r . r a t i o n c o m p r e s s . R e s . 8 0 M P a S h o c k , a b r a - M O R 1 2 s i o n , c r a c k M P a r e s . I n d u s t r i a l s t e e l 0 . 5 S S D u c t i l i t y L o n g t e r m R e d u c e fl o o r r e h a - T o u g h n e s s b o n d t o e x i s t - p r o d u c t i o n b i l i t a t i o n i n g b a s e f a c i l i t y T h i n o v e r - S p a l l r e s . d o w n t i m e l a y D a m a g e r e s . L o n g t e r m F r o m f o r k l i f t p e r f o r m - a n c e R e n d e r i n g , s y n t h e t i c ? N S h r i n k a g e D u r a b i l i t y N o n e e d fl o o r s c r e e d - c r a c k r e - f o r s a n d i n g s i s t . c r a c k — + s t r e n g t h s t o p ' a n d b o n d 8 1 T a b l e 2 . 1 0 . C o n t i n u e d A p p l i c a - ' . P r o p e r t i e s P e r f o r m a n c e C o s t R e - t i o n s F r b e r V f ( % ) S ? U t i l i z e d I m p r o v e m e n t s d u c t i o n F l o o r s & s y n t h e t i c 0 . 1 N S h r i n k a g e D u r a b i l i t y L i f e - c o s t S l a b s s t e e l 0 . 3 - 0 . 5 c r a c k r e - M e t g l a s s s i s t . I m p a c t r e s . r e p l a c e s T o u g h n e s s ( d y n . W h e e l m e s h , r e - E n e r g y l o a d fi o m f o r k d u c e l a - a b s o r p t . l i f t ) : E a s y b o r , i n c r . , M O R , p r o c e s s i n g , j o i n t s p a c - t o u g h n e s s H i g h r e l i a b i l - i n g , f a s t e r i t y c o n s t r u c - S p a l l r e s . t i o n , l o w e r F a t i g u e r e s . m a i n t . C h e m i c a l r e s . c o s t P a r k i n g g a — s y n t h e t i c 0 . 9 N S h r i n k a g e D u r a b i l i t y N o s t e e l r a g e fl o o r c r a c k r e s . m e s h 1 5 0 m m t h i c k s l a b s 1 6 x 8 m B r i d g e d e c k s y n t h e t i c 0 . 8 8 S S S h r i n k a g e D u r a b i l i t y R e p l a c e s l a b s c r a c k r e s . s t e e l r e - S h e a r R e - i n f . , c o n - s i s t a n c e t r o l c o r r o - s i o n C u r t a i n w a l l c a r b o n 2 - 4 S S L o w d e n - L i g h t - w e i g h t B u i l d . p a n e l s s i t y S e i s m i c f o r c e w e i g h t S t r e n g t h r e d . r e d . S h r i n k a g e F i r e r e s . F o u n d . c r a c k r e s . D i m . S t a b i l i t y c o s t r e d . D u r a b i l i t y S t e e l r e d . T r a n s p . C o s t r e d . E r e c . C o s t r e d . C o n s t . t i m e r e d . S h a p e fl e x i b i l i t y 8 2 T a b l e 2 . 1 0 . C o n t i n u e d A p p l i c a - . P r o p e r t i e s P e r f o r m a n c e C o s t R e - t i o n s F i b e r V f ( % ) S ? U t i l i z e d I m p r o v e m e n t s d u c t i o n w a l l p a n e l s c a r b o n 2 S S M O R A v o i d c o r n e r I n c r e a s e L o w d e n - d a m a g e & d e s i g n s i t y ‘ c r a c k i n g fl e x i b i l i t y D u r a b l e L i g h t - a g a i n s t w e i g h t s u n l i g h t , h e a t a n d s a l t L i g h t w e i g h t s t a i n l e s s 1 . 3 S S M O R D u r a b i l i t y , c l a d d i n g s t e e l L o w d e n - R e s . W i n d p a n e l s s k i n s i t y l o a d 4 0 , 7 5 m m t h i c k T h i n s h e l l s A R g l a s s 4 - 5 S S S h r i n k a g e D u r a b i l i t y N o s t e e l & f a c a d e s c r a c k r e s . S h a p e d e s i g n r e i n f . T e n s i l e fl e x . L o w s t r e n g t h w e i g h t p e r T o u g h n e s s u n i t a r e a , M O R b u i l d i n g d e a d l o a d , f o u n d a t i o n c o s t T u n n e l l i n - s t e e l 0 . 5 - 1 S S t r e n g t h , S a f e t y R e p l a c e i n g M e t g l a s s > 2 5 k g / m 3 M O R D u r a b i l i t y w i r e - T o u g h n e s s B e t t e r b o n d - r e i n f . , N o E n e r g y i n g t o u n d e r - r e i n f . c o r - a b s o r p t i o n l a y r o s i o n S h r i n k a g e M a i n t a i n c o n - C o n s t r . c r a c k r e s . t o u r t i m e & W a t e r t i g h t - l a b o r r e d . n e s s ( w i t h s h o t c r e t - i n g ) T h i c k n e s s r e d . C o n s t r . s a f e t y S e w a g e M e t g l a s s S S M O R C o r r o s i o n r e - R e p l a c e n e t w o r k l i n - 6 C r a c k r e - s i s t a n c e w i r e - i n g s s i s t a n c e D u r a b i l i t y m e s h , l a - b o r , R e - d u c e t h i c k n e s s 8 3 T a b l e 2 . 1 0 . C o n t i n u e d A p p l i c a - . P r o p e r t i e s P e r f o r m a n c e C o s t R e - t i o n s F r b e r V f ( % ) S ? U t i l i z e d I m p r o v e m e n t s d u c t i o n S e w a g e M e t g l a s s S S M O R C o r r o s i o n r e - R e p l a c e n e t w o r k l i n - 6 C r a c k r e - s i s t a n c e w i r e - i n g s s i s t a n c e D u r a b i l i t y m e s h , l a - b o r , R e - d u c e t h i c k n e s s D r a i n a g e C R C s t e e l S M O R F a t i g u e r e s i s - T h i n c a n a l i n t a n c e d u r a b i l - c o v e r t u n n e l i t y ( 1 0 0 y r s ) n o n - c o n d u c t i n g ( e l e c . s y s . o f t r a i n ) c h e m . r e s . D u r a b i l i t y W e a r l i n - s t e e l N A b r a s i o n D u r a b i l i t y L i f e - c o s t i n g s , r e s . h y d r a u l i c s t r u c t u r e s U n d e r - s y n t h e t i c “ s m . a m t . ” N S h r i n k a g e D u r a b i l i t y g r o u n d c r a c k r e s . r a i l w a y s y s - t e r n C o n t a i n e r s s y n t h e t i c 2 S S S h r i n k a g e D u r a b i l i t y M a t ’ l c o s t a g r i c u l t u r e c r a c k r e s . W a t e r - 2 x t h i c k - p r o c e s s E l a s t i c t i g h t n e s s n e s s r e d . s l u d g e p u r i - m o d u l u s N o c u t f y i n g j o i n t N o s t e e l r e i n f . S e p t i c t a n k s s t e e l ? S S M O R B e n d i n g l o a d W a l l r e s . t h i c k . r e d . , L a b o r & m a t ’ l r e d . M a s s & w e i g h t r e d . C o s t l e s s t h a n m e s h 8 4 T a b l e 2 . 1 0 . C o n t i n u e d A p p l i c a - . P r o e r t i e s P e r f o r m a n c e C o s t R e - t i o n s F i b e r V f ( % ) S ? U t i l i z e d I m p r o v e m e n t s d u c t i o n P i p e s t e e l 0 . 3 - 0 . 5 S S M O R B e n d i n g l o a d E c o n o m i - C r a c k r e s . r e s . c a l w / o D u c t i l i t y S p a l l r e s . w i r e m e s h C o r r o s i o n r e s . r e i n f . P i p e s t e e l 1 . 7 5 S S M O R B e n d i n g l o a d W a l l r e s . t h i c k . r e d . t o 3 / 2 o f n o r m a l A n t i - b l a s t M e t g l a s s ? S D u c t i l i t y L i g h t w e i g h t , R e p l a c e d o o r s D y n a m i c e n - s t e e l , m i l i t a r y e r g y a b s o r p - s a m e s h e l t e r s t i o n w e i g h t , l o w e r c o s t S e c u r i t y C R C s t e e l 6 S S t r e n g t h I m p a c t r e s . H i g h - c o s t p r o d u c t s D u c t i l i t y E n e r g y a b s o r p . V a u l t s a n d s t e e l 1 - 3 S E n e r g y I m p a c t r e s . T h i c k n e s s s a f e s a b s o r p . r e d u c t i o n ( 2 2 / 3 ) T e t r a p o d s s t e e l ? S S E n e r g y I m p a c t r e s . ( d o l o s s e ) a b s o r p t i o n S e a d e f e n s e s y n t h e t i c 0 . 9 N P l a s t i c D u r a b i l i t y w o r k s h r i n k a g e a g a i n s t c r a c k r e s . w i n d / e x p o s u r 6 C o n c r e t e s t a i n l e s s ? S S T e n s i l e T h e r m a l D u r a b i l i t y r e fi ' a c t o r i e s s t e e l M O R s h o c k r e s i s . R e l i a b i l i t y S p a l l r e s i s t . R e f r a c t o r i e s s t a i n l e s s ? S S T h e r m a l e . g . l i p r i n g s t e e l s h o c k r e s i s . f o r i r o n l a - d l e s , f u r - n a c e h e a r t h s C o l u m n s s t e e l 2 - 4 . 5 S S t r e n g t h , S e i s m i c r e s i s - S l e n d e r ( R P C i n T o u g h n e s s t a n c e c o l u m n s s t e e l t u b e ) C o l - C R C s t e e l ? S T o u g h n e s s S h o r t d e v e l - B u i l d i n g u m n / S l a b o p m e n t l e n g t h s y s t e m c a s t - i n - f o r r e i n f . fl e x i b i l i t y p l a c e j o i n t 8 5 T a b l e 2 . 1 0 . C o n t i n u e d A p p l i c a - . P r o p e r t i e s P e r f o r m a n c e C o s t R e - t i o n s F i b e r V f ( % ) S ? U t i l i z e d I m p r o v e m e n t s d u c t i o n T r u s s s y s - S I F C O N ? S T e n s i l e T r u s s m e m - t e m C o m p r e s s . b e r s s t r e n g t h ‘ R o o fi n g c e l l u l . 4 - 5 N S h r i n k a g e D u r a b i l i t y L i f e - c o s t t i l e s s y n t h e t i c c r a c k r e s . N o s t e e l E x t r u d e d o r w o l l a s . T e n s i l e r e i n f . H a t s c h e c k s t r e n g t h p o s s . T o u g h n e s s L i g h t M O R w e i g h t T h i n s h e e t a s b e s t o s v a r i e s N S h r i n k a g e D u r a b i l i t y L i f e - c o s t p r o d u c t s f o r c e l l u l . c r a c k r e s . N o s t e e l c l a d d i n g s y n t h e t i c T e n s i l e r e i n f . g l a s s s y n - s t r e n g t h p o s s . t h e t i c T o u g h n e s s L i g h t c a r b o n M O R w e i g h t F e r r o c e m e n t S t e e l - 1 N F i r s t c r a c k C o r r o s i o n r e s . L i f e - c o s t c o l u m n c a r b o n 5 r e s . D u r a b i l i t y M O R R e d . i n c r a c k w i d t h ' P a c k a g i n g M e t g l a s s N M i c r o - C o n t a i n r a - 3 0 0 y r . a n d s t o r a g e c r a c k d i o a c t i v i t y c o n t a i n e r s n u c l e a r r e s i s t . D u r a b i l i t y w a s t e S t a i r t r e a d s s y n t h e t i c 2 S S L o w d e n - R u s t r e s i s - L i f e - c o s t s i t y t a n c e S t r e n g t h L i g h t - w e i g h t T o u g h n e s s B o l t a b l e 8 6 2 . 1 0 . 4 P r a c t i c a l a n d C o s t C o n s i d e r a t i o n s i n U s e o f F i b e r s i n C o n c r e t e 3 9 " " C o n s t r u c t i o n i s a g r o w i n g i n d u s t r y , b u t i t d o e s n o t h a v e a s t r o n g t r a c k r e c o r d a s f a r a s d e - v e l o p m e n t s i n c i v i l e n g i n e e r i n g m a t e r i a l s a r e c o n c e r n e d . P a r t o f t h e r e a s o n c o m e s f r o m t h e l a c k o f c o o p e r a t i o n / c o o r d i n a t i o n b e t w e e n t h e c o n s t r u c t i o n i n d u s t r y a n d t h e c o n s t r u c - t i o n m a t e r i a l s u p p l y i n d u s t r y . J o i n t r e s e a r c h a n d d e v e l o p m e n t b e t w e e n m a t e r i a l s s u p p l i - e r s a n d t h e c o n s t r u c t i o n i n d u s t r y i s r e l a t i v e l y l i m i t e d . T h e n e g a t i v e i m p a c t o f t h i s s t a n c e o n c o n s t r u c t i o n p r o d u c t i v i t y , d u r a b i l i t y , a n d p u b l i c s a f e t y c a n n o t b e u n d e r e s t i m a t e d . T h e e c o n o m i c a c t i v i t i e s r e l e v a n t t o i n f r a s t r u c t u r e h a v e t r e m e n d o u s w o r l d w i d e i m p a c t s . P u t i n e c o n o m i c t e r m s , a b o u t 1 0 % o f g r o s s d o m e s t i c p r o d u c t d e r i v e s f r o m i n f r a s t r u c t u r e c o n s t r u c t i o n w o r l d w i d e . I n t h e U n i t e d S t a t e s a l o n e , i n f r a s t r u c t u r e c o n s t r u c t i o n i s a $ 4 0 0 b i l l i o n i n d u s t r y i n v o l v i n g 6 m i l l i o n j o b s . T h e r e i s a p p r o x i m a t e l y $ 1 7 t r i l l i o n w o r t h o f i n - f r a s t r u c t u r e i n p l a c e . A d v a n c e d c o n s t r u c t i o n m a t e r i a l s m u s t c o n t r i b u t e t o t h e g r o w t h o f i n f r a s t r u c t u r e , a n d a t t h e s a m e t i m e c o n t r i b u t e t o m a i n t a i n i n g t h e h e a l t h o f t h e i n f r a s t r u c - t u r e i n v e n t o r y . T h e i m p l i c a t i o n s o f a d v a n c e d c i v i l e n g i n e e r i n g m a t e r i a l s i n t h e w o r l d e c o n o m y a r e s i g n i fi c a n t . T h e r e a r e a n u m b e r o f u n i q u e c h a r a c t e r i s t i c s o f c i v i l e n g i n e e r - i n g m a t e r i a l s w h i c h s e t t h e m a p a r t f r o m t h o s e u s e d i n o t h e r i n d u s t r i e s . T h e s e c h a r a c t e r i s - t i c s i n c l u d e : 0 L o w C o s t — f o r e x a m p l e , c o n c r e t e c o s t s o f t h e o r d e r o f $ 0 . 1 / k g ( i n c o n t r a s t t o e y e c o n t a c t l e n s w h i c h c o s t a b o u t $ 1 0 0 , 0 0 0 / k g ) . 0 L a r g e v o l u m e a p p l i c a t i o n - e . g . , o n a w o r l d w i d e b a s i s , 6 b i l l i o n t o n s o f c o n c r e t e a n d a h a l f b i l l i o n t o n s o f s t e e l a r e u s e d i n i n f r a s t r u c t u r e c o n s t r u c t i o n a n n u a l l y . 8 7 o D u r a b i l i t y r e q u i r e m e n t - o u r i n f r a s t r u c t u r e i s g e n e r a l l y a r e d e s i g n e d f o r m u c h l o n g e r l i f e t h a n c o n s u m e r g o o d s ; e . g . , m o s t b r i d g e s a r e d e s i g n e d w i t h a 7 5 - y e a r s e r v i c e l i f e , c o m p a r e d w i t h a n a u t o m o b i l e w i t h a t y p i c a l d e s i g n l i f e o f 1 0 — 2 0 y e a r s . 0 P u b l i c S a f e t y - i t g o e s w i t h o u t s a y i n g t h a t t h e g e n e r a l p u b l i c w i l l n o t t o l e r a t e f a i l - u r e o f i n f r a s t r u c t u r e s y s t e m s . T h e e x p e r i e n c e s f r o m t h e r e c e n t N o r t h r i d g e e a r t h - q u a k e i n t h e U n i t e d S t a t e s a n d t h e K o b e e a r t h q u a k e i n J a p a n s e r v e i m p o r t a n t l e s - s o n s . 0 C o n s t r u c t i o n l a b o r - m a t e r i a l s h a v e t o b e p r o c e s s e d i n t o i n f r a s t r u c t u r e s y s t e m s . C o n s t r u c t i o n w o r k e r s g e n e r a l l y d o n o t h a v e t h e s a m e k i n d o f t r a i n i n g a s , s a y , w o r k e r s i n t h e fi e l d o f c e r a m i c s e n g i n e e r i n g . T h i s i m p l i e s t h a t t h e m a t e r i a l , i f p r o c e s s e d a t a c o n s t r u c t i o n s i t e , m u s t b e t o l e r a n t o f l o w - p r e c i s i o n p r o c e s s i n g . T h e a b o v e u n i q u e f e a t u r e s n e e d t o b e a c c o u n t e d f o r w h e n d e v e l o p i n g a d v a n c e d c o n s t r u c - t i o n m a t e r i a l s . T h e y m a y b e r e g a r d e d a s o v e r a l l c o n s t r a i n t s . O n l y m a t e r i a l s m e e t i n g s u c h c o n s t r a i n t s w i l l b e s u c c e s s f u l l y a d o p t e d i n t h e r e a l w o r l d . F o r fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e , t h e fi r s t t w o c o n s t r a i n t s o n c o s t a n d a p p l i c a t i o n s i n l a r g e - s c a l e s t r u c t u r e s i m p l y t h a t fi b e r s c a n n o t b e o v e r l y e x p e n s i v e a n d m u s t b e u s e d i n r e l a t i v e l y s m a l l v o l u m e c o n t e n t s . V i e w e d i n a m o r e p o s i t i v e l i g h t , s o m e o f t h e a b o v e c o n s t r a i n t s a l s o m a k e m a t e r i a l s s e r v e a s e n a - b l i n g t e c h n o l o g i e s f o r i n f r a s t r u c t u r e d e v e l o p m e n t s . P r o p e r s e l e c t i o n o f fi b e r a n d m a t r i x m a t e r i a l s i s c r i t i c a l i n p r o d u c i n g d u r a b l e i n f r a s t r u c t u r e s y s t e m s . F i b e r r e i n f o r c e d c o n - c r e t e m a t e r i a l s w i t h h i g h d u c t i l i t y , f o r e x a m p l e , y i e l d s a f e r i n f r a s t r u c t u r e s y s t e m s . M a t e - r i a l s c a n e v e n l e n d t h e m s e l v e s t o b r i n g a b o u t i m p r o v e m e n t s i n c o n s t r u c t i o n p r o d u c t i v i t y . 8 8 F o r e x a m p l e , r e p l a c e m e n t o f w i r e m e s h o r s t e e l r e i n f o r c e m e n t i n r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t r u c t u r e s w i t h fi b e r s h a s l e d t o r e d u c t i o n i n l a b o r c o s t a t c o n s t r u c t i o n s i t e s . F i n a l l y , b e - c a u s e o f t h e l a r g e v o l u m e s o f m a t e r i a l s u s e d i n c o n s t r u c t i o n , t h e i r n e g a t i v e i m p a c t ( t h r o u g h e n e r g y c o n s u m p t i o n a n d p o l l u t i o n ) o n e n v i r o n m e n t c a n b e s i g n i fi c a n t . H o w ; e v e r , w e c a n f a c i l i t a t e s u s t a i n a b l e i n f r a s t r u c t u r e d e v e l o p m e n t b y e m p h a s i z i n g e n h a n c e d d u r a b i l i t y , w h i c h c a n b e a n i m p o r t a n t c o n t r i b u t i o n o f fi b e r s t o c o n c r e t e . W o r l d w i d e d e m a n d s f o r c e m e n t a n d c o n c r e t e a d d i t i v e s ( c h e m i c a l , m i n e r a l , p o l y m e r i c , a n d fi b r o u s ) a r e e x p e c t e d t o e x p a n d o v e r e i g h t p e r c e n t a n n u a l l y . M a j o r t e c h n o l o g i c a l a d v a n c e s h a v e l e d t o g r o w i n g u s e o f a d m i x t u r e s i n c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n , g l o b a l a c c e p — t a n c e o f d i v e r s e a d m i x t u r e t y p e s , h i g h e r d o s a g e r a t e s . T h e e x p a n d i n g u s e o f v a l u e - a d d e d p r o d u c t s s u c h a s fi b e r s r e p r e s e n t t h e f a s t e s t g r o w i n g p r a c t i c e i n c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n ; c h e m i c a l a d m i x t u r e s w i l l r e m a i n t h e d o m i n a n t t y p e o f a d d i t i v e s u s e d i n c o n c r e t e , w h i l e fi b e r s g r o w f a s t e r . H i g h e r d o s e s o f s y n t h e t i c fi b e r s i n v a l u e - a d d e d , s p e c i a l i z e d a p p l i c a t i o n s a r e d r i v i n g n e w m a r k e t s f o r c o n c r e t e p r o d u c e r s a n d p r a c t i t i o n e r s . N e w a p p l i c a t i o n s i n b l a s t - r e s i s t a n t d e s i g n a n d r e i n f o r c e m e n t f o r c o n c r e t e a r e s u b j e c t o f u n d e r g o i n g r e s e a r c h , w h i l e p r o v e n h i g h - d o s a g e t a r g e t s l i k e b r i d g e d e c k s a n d u l t r a - t h i n w h i t e - t o p p i n g ( c o n c r e t e o v e r l a y s ) a r e m o v i n g f o r w a r d . U p t o n o w , t h e i n d u s t r y a p p e a r s t o h a v e w e a t h e r e d a p e r i o d i n w h i c h a l a c k o f s t a n d a r d s p e c i fi c a t i o n - a n d n a i v e t é o n t h e p a r t o f c o n t r a c t o r s a n d c u s t o m e r s - l e d t o i n c o n s i s t e n t fi b e r a p p l i c a t i o n a n d d i s a p p o i n t i n g a s - b u i l t r e s u l t s . T h e p r o b l e m a t i c i s s u e o f s t a n d a r d , 8 9 r e c i p e — s t y l e n a t i o n a l s p e c i fi c a t i o n s f o r fi b e r - r e i n f o r c e d c o n c r e t e w i t h w h i c h t h e i n d u s t r y h a s s t r u g g l e d f o r y e a r s m a y t u r n m o o t a s p e r f o r m a n c e s p e c i fi c a t i o n s b e c o m e t h e n o r m . T h i s w o u l d m a k e t h e a c t u a l d o s a g e u n i m p o r t a n t a s l o n g a s t h e fi n a l p r o d u c t p e r f o r m s a s w a r r a n t e d . T h e g e n e r a l c o n s e n s u s i s t h a t fi b e r r e i n f o r c e m e n t s h o u l d b e u s e d b a s e d o n t h e h i s t o r y o f p e r f o r m a n c e a n d t e s t d a t a . P e r f o r m a n c e s p e c s a r e g e t t i n g m o r e p o p u l a r b e c a u s e t h e y l e n d t h e m s e l v e s t o i n n o v a t i o n . W h i l e c h e m i c a l a d m i x t u r e s b e c a m e a h a l f - b i l l i o n d o l l a r m a r k e t i n t h e U S . b y 2 0 0 2 , fi - b e r s a r e t h e f a s t e s t g r o w i n g s e g m e n t o f t h e a d m i x t u r e m a r k e t . M a r k e t g r o w t h f o r c o n - c r e t e a d d i t i v e s i n t h e U n i t e d S t a t e s i s f u e l e d b y c o n c r e t e - i n t e n s i v e c o n s t r u c t i o n , m o r e w i d e s p r e a d a d m i x t u r e u s e , i n c r e a s i n g d o s a g e r a t e s , a n d e x p a n d e d u s e o f v a l u e - a d d e d p r o p r i e t a r y p r o d u c t s , e s p e c i a l l y r e i n f o r c i n g fi b e r s . T h e u s e o f fi b e r s i s e s c a l a t i n g a t a g r o w t h r a t e o f l e a s t 1 0 p e r c e n t p e r y e a r . I n t h i s c o n t e x t , m a j o r s y n t h e t i c fi b e r p r o d u c e r s a r e j o c k e y i n g f o r m a r k e t p o s i t i o n . T h e i n d u s t r y h a s s e e n m a r k e t i n g o f s y n t h e t i c fi b e r s b e c o m e e v e n m o r e i n t e n s e a n d c o m p e t i t i v e . C o m m o d i t y p r i c i n g h a s fl o u r i s h e d a s n e w s u p p l i e r s h a v e i n i t i a t e d a c t i v i t i e s . U s e o f i n c r e a s i n g d o s - a g e s o f fi b e r s i n e n g i n e e r e d a p p l i c a t i o n s i s e m e r g i n g , i n l i e u o f t h e s t a n d a r d l o w ( a b o u t o n e p o u n d p e r c u b i c y a r d ) d o s a g e . M a n u f a c t u r e r s p r o m o t i n g r a t i o n a l e s e l e c t i o n o f fi b e r d o s a g e a r e s e e k i n g t o s e p a r a t e t h e m s e l v e s f r o m t h e c o m m o d i t y m a r k e t i n t h e U n i t e d S t a t e s a n d E u r o p e . C u r r e n t r e s e a r c h i s a i m e d a t d e t e r m i n i n g o p t i m u m fi b e r d o s a g e f o r t h e s e a p p l i c a t i o n s . T h e c o m m o n l y p r a c t i c e d u s a g e o f s y n t h e t i c fi b e r s a t r a t e s o f 0 . 1 p e r - c e n t b y v o l u m e d o e s n o t d o m u c h m o r e t h a n e f f e c t i v e l y c o n t r o l p l a s t i c s h r i n k a g e c r a c k s . 9 0 A t h i g h e r d o s a g e s ( m o r e t h a n 0 . 2 5 % b y v o l u m e o f fi b e r s i n c o n c r e t e ) a n d w h e n o p t i - m i z e d f o r a t a r g e t e d l e v e l o f p e r f o r m a n c e g a i n , fi b e r s c a n b r i n g a b o u t m a j o r i m p r o v e - m e n t s i n c o n c r e t e m e c h a n i c a l , p h y s i c a l a n d d u r a b i l i t y c h a r a c t e r i s t i c s . I n i t i a l l y , c u s t o m e r s a n d u s e r s m i g h t v i e w m i x e s w i t h r e l a t i v e l y h i g h fi b e r d o s a g e s a s t o o e x p e n s i v e ; t h e y w o u l d , h o w e v e r , c o n c e d e b e t t e r - p e r f o r m i n g c o n c r e t e w i l l b e t h e r e s u l t . F i b e r s h a v e b e e n u s e d i n v o l u m e fi a c t i o n s a s h i g h a s 1 0 p e r c e n t i n s p e c i a l m i l i t a r y a p p l i c a t i o n s . P r o s p e c - t i v e h i g h - d o s a g e a p p l i c a t i o n s a r e n o t c o n fi n e d t o l o w - v o l u m e m a r k e t s . T h e a d v e n t o f u l - t r a - t h i n w h i t e - t o p p i n g - p l a c e m e n t o f a c e m e n t - r i c h c o n c r e t e p a v e m e n t o v e r a s p h a l t - r e p r e s e n t s a g r o w i n g m a r k e t f o r fi b e r v o l u m e f r a c t i o n s e x c e e d i n g a b o u t 0 . 2 5 % . F i b e r s a d d e d a t t h i s r a t e y i e l d a m i n i m u m 1 0 0 p s i o f r e s i d u a l s t r e n g t h , a n e n g i n e e r i n g f a c t o r fi - b e r c o n c r e t e p r o p o n e n t s c i t e i n p r o m o t i n g w h i t e - t o p p i n g p r a c t i c e s . C o n c r e t e p i p e i s a n - o t h e r a r e a g e t t i n g c l o s e a t t e n t i o n f r o m t h e i n d u s t r y . A n i m p o r t a n t o p p o r t u n i t y i s e m e r g - i n g . F i b e r s c a n p a r t i a l l y o r f u l l y r e p l a c e c o r r o s i o n - p r o n e s t e e l r e i n f o r c e m e n t i n c o n c r e t e f o r s t r u c t u r a l p u r p o s e s a n d a l s o f o r c o n t r o l o f d a m a g e t o p i p e s d u r i n g s h i p m e n t a n d i n - s t a l l a t i o n . F i b e r s c a n a l s o h e l p s t r e a m l i n e t h e g e o m e t r i c a t t r i b u t e s o f c o n c r e t e p i p e s f o r e a s e o f h a n d l i n g a n d i n s t a l l a t i o n ; e l i m i n a t i o n o f s t e e l r e i n f o r c e m e n t t h r o u g h t h e u s e o f r e l a t i v e l y h i g h fi b e r v o l u m e f r a c t i o n s c a n a l s o b r i n g a b o u t c o s t s a v i n g s t o c o n c r e t e p i p e m a n u f a c t u r e r s . T h e r e i s g r o w i n g e v i d e n c e s u g g e s t i n g t h a t 0 . 1 p e r c e n t fi b e r v o l u m e f r a c t i o n - o r 1 . 5 l b s . p e r c u b i c y a r d — s h o u l d b e v i e w e d a s t h e a b s o l u t e m i n i m u m d o s a g e t h a t s h o u l d b e u s e d w h e n p l a s t i c s h r i n k a g e c r a c k i n g i s t h e m a j o r c o n c e r n . S e l e c t i o n o f p r o p e r fi b e r d o s a g e 9 1 f o r s p e c i fi c a p p l i c a t i o n s i s a m a j o r f a c t o r i n v a l u e - a d d e d a p p l i c a t i o n s o f fi b e r s i n c o n c r e t e a t v i a b l e c o s t . 2 . 1 0 . 5 E x a m p l e A p p l i c a t i o n s a n d A d v a n t a g e s o f S y n t h e t i c F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e 4 0 ‘ 4 2 ’ 4 3 A g r o w i n g n u m b e r o f c o n s t r u c t i o n a p p l i c a t i o n s h a v e b e n e fi t e d f r o m u s e o f fi b e r r e i n - f o r c e d c o n c r e t e . E x a m p l e s o f s u c h a p p l i c a t i o n s a r e l i s t e d b e l o w . - S l a b s - o n - g r a d e , d r i v e w a y s , w a l k w a y s , p a v e m e n t s s u b j e c t t o h e a v y t r a f fi c a n d a b r a s i o n , c u r b s , s t e p s , i n d u s t r i a l a n d w a r e h o u s e fl o o r s l a b s , t o o l s h e d b a s e s , b a s e m e n t a n d g a r a g e fl o o r s , a i r p o r t t a x i w a y s a n d r u n w a y s . 0 B e l o w g r o u n d e n c l o s u r e s , a p p l i a n c e a n d e q u i p m e n t b a s e s , p l a n t e r s a n d fi s h p o n d s , l a n d s c a p e c a s t i n g s , w a t e r t a n k s , b a r r i e r s , e n v i r o n m e n t a l c o n t a i n m e n t . o P o u r e d w a l l s a n d f o o t i n g s , t i l t - u p p a n e l s , p r e - c a s t m o r t a r w a l l s , t a n k s a n d o t h e r s p e c i a l t y p r e c a s t s h a p e s , b u r i a l v a u l t s , p i p e s , w a l l p a n e l s , e l e v a t e d d e c k s , a e s - t h e t i c a n d s m a l l p r e c a s t c o n c r e t e p r o d u c t s , i n s u l a t e d c o n c r e t e f o r m s , p o o l s , r e t a i n - i n g w a l l s a n d s o i l n a i l i n g . 0 M a i n t e n a n c e , S h o t c r e t e , t u n n e l l i n i n g , s l o p e s t a b i l i z a t i o n , r e p a i r o f a i r p o r t a p r o n s a n d t a x i w a y s , d r y - p a c k a g e d c e m e n t - b a s e d p r o d u c t s , r e p a i r m o r t a r s , u l t r a - t h i n w h i t e - t o p p i n g , l i n i n g l a r g e u n d e r g r o u n d c a v i t i e s , a q u e d u c t r e h a b i l i t a t i o n , g r o u n d s u p p o r t a n d s t a b i l i z a t i o n , m i n i n g , r e p a i r a n d r e h a b i l i t a t i o n o f m a r i n e s t r u c t u r e s , s e i s m i c r e t r o fi t s , c o m p o s i t e d e c k s , o v e r l a y s a n d t o p p i n g s . 9 2 o B u i l t - i n s e c u r i t y a n d s e i s m i c s a f e g u a r d s t o n e w s t r u c t u r e s , s e c u r i t y a n d s e i s m i c u p g r a d e s o f e x i s t i n g s t r u c t u r e s , p r o t e c t i o n a g a i n s t fi r e S p a l l i n g . 0 T h i n s e c t i o n s , s t u c c o ( P o r t l a n d c e m e n t p l a s t e r ) , p o u r e d c o n c r e t e ( e . g . , c o u n t e r - t o p s ) , a n d d e c o r a t i v e c o n c r e t e . 0 S e i s m i c d e s i g n s , b l a s t - r e s i s t a n t s t r u c t u r e s , h y d r o d y n a m i c s t r u c t u r e s , e q u i p m e n t f o u n d a t i o n . 0 P r o t e c t i o n a g a i n s t fi r e S p a l l i n g , R e t a i n i n g w a l l s a n d s o i l n a i l i n g , P o o l s . S o m e k e y a p p l i c a t i o n s o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e c a n b e c a t e g o r i z e d a s : o S l a b s — O n — G r a d e a n d S h r i n k a g e C r a c k C o n t r o l 0 S h o t c r e t e o P r e c a s t C o n c r e t e a n d F i b e r C e m e n t P r o d u c t s 0 S t u c c o a n d D e c o r a t i v e C o n c r e t e 0 S t r u c t u r a l A p p l i c a t i o n s E x a m p l e s a n d b e n e fi t s o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e i n a b o v e c l a s s e s o f a p p l i c a t i o n s a r e p r e s e n t e d b e l o w . 9 3 2 . 1 0 . 5 . 1 S l a b s - O n - G r a d e a n d S h r i n k a g e C r a c k C o n t r o l F i g u r e 2 . 3 7 p r e s e n t s e x a m p l e s f o r t h i s c a t e g o r y o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e a p p l i c a t i o n s . T h e k e y a d v a n t a g e s o f f e r e d b y fi b e r r e i n f o r c e m e n t i n s u c h a p p l i c a t i o n s i n c l u d e : 0 S h r i n k a g e a n d s e t t l e m e n t c r a c k c o n t r o l 0 F a t i g u e L i f e 0 h n p a c t R e s i s t a n c e 0 L o a d T r a n s f e r a t J o i n t s 0 A b r a s i o n R e s i s t a n c e a n d D u r a b i l i t y 0 S p e e d a n d Q u a l i t y o f C o n s t r u c t i o n I n d u s t r i a l c o n c r e t e fl o o r s l a b s y s t e m s a r e o f t e n r e q u i r e d t o p e r f o r m u n d e r i n t e n s e l o a d i n g c o n d i t i o n s , i n c l u d i n g p o i n t l o a d s f r o m r a c k l e g s a n d i m p a c t s t r e s s e s a t c o n t r a c t i o n j o i n t s f r o m v e h i c u l a r t r a f fi c w h e e l s . I f i m p r o p e r l y d e s i g n e d a n d r e i n f o r c e d , c o n c r e t e s l a b s c a n f a i l , c a u s i n g s i g n i fi c a n t l o s s i n p r o d u c t i v i t y a n d i n c r e a s i n g m a i n t e n a n c e c o s t s . S y n t h e t i c fi b e r r e i n f o r c e m e n t p r o v i d e s s t a b i l i t y a n d i n t e g r i t y f o r c o n c r e t e fl o o r s y s t e m s . A p r o p e r l y d e s i g n e d fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e s l a b o f f e r s a n e c o n o m i c a l a n d e f fi c i e n t a p - p r o a c h t o r a n d o m c r a c k c o n t r o l a n d l o a d t r a n s f e r s t a b i l i t y a t s a w e d c o n t r a c t i o n j o i n t s . W h e n c o n s i d e r i n g t h e o p t i m a l s l a b d e s i g n , e m p h a s i s i s p l a c e d o n m i n i m i z a t i o n o f r a n - d o m c r a c k s l o c a t e d b e t w e e n j o i n t s t o r e d u c e l o n g - t e r m m a i n t e n a n c e o f t h e fl o o r s y s t e m . T h e r e a l i t y i s t h a t t h e m a j o r i t y o f a l l fl o o r m a i n t e n a n c e a n d r e p a i r i s a t t h e j o i n t s . R o c k - i n g , u n s t a b l e j o i n t s w i t h l o o s e o r m i s s i n g fi l l e r m a t e r i a l a r e n o t o n l y c o s t l y t o r e p a i r , b u t 9 4 t h e y c a n a l s o c a u s e d a m a g e t o v e h i c l e s , t h e r e b y i m p e d i n g t h e p r o d u c t i v i t y o f a n e n t i r e o p e r a t i o n . a . I n d u s t r i a l fl o o r s b . A i r p o r t T a x i w a y s 0 . T h i n W h i t e t O p p i n g d . C o m m e r c i a l P a r k i n g e . p a v e m e n t s A r e a s F i g u r e 2 . 3 7 . S l a b - O n - G r a d e a n d S h r i n k a g e C r a c k C o n t r o l A p p l i c a t i o n s o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . 9 5 2 . 1 0 . 5 . 2 S h o t c r e t e E x a m p l e s f o r S h o t c r e t e a p p l i c a t i o n s o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e a r e p r e s e n t e d i n F i g u r e 2 . 3 8 . T h e b e n e fi t s o f f e r e d b y fi b e r r e i n f o r c e m e n t i n t h e s e a p p l i c a t i o n s i n c l u d e : o C o h e s i o n - S h r i n k a g e a n d S e t t l e m e n t C r a c k C o n t r o l a n d I r n p e r r n e a b i l i t y o T o u g h n e s s a n d R e s i d u a l S t r e n g t h 0 P u l l - O u t R e s i s t a n c e 0 I m p a c t a n d A b r a s i o n R e s i s t a n c e 0 S p e e d a n d Q u a l i t y o f C o n s t r u c t i o n 0 E a r l y - A g e S t r e n g t h C o n c r e t e r e i n f o r c e m e n t fi b e r s a d d e d d i r e c t l y i n t o t h e S h o t c r e t e m i x o f f e r a n a l t e r n a t i v e s y s t e m t o t h e t i m e a n d l a b o r o f p l a c i n g t r a d i t i o n a l r e i n f o r c e m e n t . F r o m a s a f e t y s t a n d - p o i n t , u s i n g fi b e r r e i n f o r c e m e n t p r e v e n t s w o r k e r s f r o m h a v i n g t o p l a c e w e l d e d w i r e f a b - r i c o r r e b a r r e i n f o r c e m e n t u n d e r d i f fi c u l t c o n d i t i o n s . F u r t h e r m o r e , fi b e r r e i n f o r c e d c o n - c r e t e c a n b e a p p l i e d i m m e d i a t e l y u p o n o p e n i n g t h e g r o u n d ( b e f o r e m u c k i n g i f r e q u i r e d ) p r o v i d i n g e a r l y , c r i t i c a l s u p p o r t . B e c a u s e fi b e r r e i n f o r c e m e n t i s i n t h e m i x , n o z z l e m e n a r e n o t w o r r i e d a b o u t s h o o t i n g t h r o u g h t h e r e i n f o r c i n g m e s h t o e n s u r e e n c a p s u l a t i o n , n o r d o t h e y n e e d t o b e c o n c e r n e d a b o u t p r o p e r l y c o v e r i n g t h e m e s h f o r a d u r a b l e l i n i n g . R e - b o u n d a n d s l o u g h i n g a r e r e d u c e d b e c a u s e t h e r e i s n o v i b r a t i n g m e s h t o k n o c k c o n c r e t e o f f o f t h e w a l l . U s i n g fi b e r r e i n f o r c e m e n t a l l o w s s p r a y e d c o n c r e t e t o f o l l o w t h e c o n t o u r s o f t h e r o c k f a c e a t a s p e c i fi e d t h i c k n e s s . T h i s r e d u c e s c o n c r e t e m a t e r i a l a n d c o s t b e c a u s e 9 6 a d d i t i o n a l c o n c r e t e i s n o t r e q u i r e d t o fi l l t h e v o i d s b e h i n d m e s h r e i n f o r c e m e n t . F i b e r r e - i n f o r c e m e n t i s i n t h e l i n i n g , w o r k i n g t o r e s i s t fl e x u r a l a n d s h e a r l o a d i n g . C o n v e r s e l y , c o n v e n t i o n a l r e i n f o r c e m e n t i s t y p i c a l l y p i n n e d f r o m h i g h s p o t t o h i g h s p o t , a n d i t v a r i e s f r o m s i t t i n g a t t h e w a l l - S h o t c r e t e i n t e r f a c e t o t h e o u t s i d e s u r f a c e o f t h e l i n i n g . a . S h o t c r e t e R e t a i n i n g W a l l s b . S l o p e S t a b i l i z a t i o n c . T u n n e l L i n i n g d . S t r u c t u r a l R e h a b i l i t a t i o n e . C h a n n e l L i n i n g s f . M i n i n g F i g u r e 2 . 3 8 . S h o t c r e t e A p p l i c a t i o n s o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . 9 7 2 . 1 0 . 5 . 3 P r e c a s t C o n c r e t e P r o d u c t s F i g u r e 2 . 3 9 p r e s e n t s e x a m p l e s o f p r e c a s t c o n c r e t e p r o d u c t s w h i c h h a v e b e n e fi t e d f r o m fi b e r r e i n f o r c e m e n t . T h e a d v a n t a g e s o f fi b e r r e i n f o r c e m e n t i n p r e c a s t c o n c r e t e a p p l i c a - t i o n s i n c l u d e : o S h r i n k a g e C r a c k C o n t r o l , I m p e r m e a b i l i t y a n d D u r a b i l i t y 0 E a r l y - A g e S t r e n g t h 0 I m p a c t R e s i s t a n c e a n d T o u g h n e s s - I L o a d - C a r r y i n g C a p a c i t y T h e e a r l y - a g e s t r e s s e s t h a t p r e c a s t c o n c r e t e p r o d u c t s a n d t i l t - u p p a n e l s a r e s u b j e c t e d t o c a n b e e f f e c t i v e l y a d d r e s s e d b y a d d i n g s y n t h e t i c fi b e r s i n t o t h e c o n c r e t e m i x . I n b o t h o f t h e s e a p p l i c a t i o n s , c o n c r e t e i s s u b j e c t e d t o e a r l y a g e s t r e s s e s t h a n c a n j e o p a r d i z e t h e l o n g - t e r m d u r a b i l i t y o f t h e p r o d u c t . D u r i n g e a r l y s t r i p p i n g a n d l i f t i n g , c o n c r e t e i s v u l - n e r a b l e t o m i c r o c r a c k i n g . T h e s e m i c r o c r a c k s b e c o m e “ b i r t h d e f e c t s ” t h a t c a n g r o w i n t o m a j o r fl a w s d u r i n g t h e s e r v i c e l i f e o f t h e p r o d u c t . F i b e r r e i n f o r c e m e n t i s t h e i d e a l s o l u - t i o n t o t h i s p r o b l e m . S y n t h e t i c fi b e r r e i n f o r c e m e n t i n h i b i t s t h e f o r m a t i o n o f c r a c k s b y p r o v i d i n g a n i n t e r n a l s u p p o r t s y s t e m f o r c o n c r e t e . C o n v e n t i o n a l r e i n f o r c e m e n t , s u c h a s r e b a r o r w e l d e d w i r e f a b r i c , d o e s n o t a d d r e s s o r c o n t r o l m i c r o c r a c k i n g . A s a r e s u l t o f a d d i n g m i l l i o n s o f s y n t h e t i c fi b e r s , c o n c r e t e i s r e i n f o r c e d w i t h a n i n t e r n a l r e i n f o r c i n g s y s - t e m t h a t b e c o m e s a u n i f o r m , i n t e g r a l p a r t o f t h e c o n c r e t e c o m p o s i t e . F i b e r s a t p r o p e r 9 8 v o l u m e f r a c t i o n s c a n b e d e s i g n e d t o r e s i s t s t r u c t u r a l s t r e s s e s f o u n d i n p r e c a s t / t i l t - u p a p - p l i c a t i o n s , e i t h e r a l o n e o r i n c o m b i n a t i o n w i t h c o n v e n t i o n a l r e i n f o r c e m e n t . a . P r e c a s t W a l l s b . C o n c r e t e P i p e s d . E x t r u d e d B a r r i e r s e . S e g m e n t a l T u n n e l L i n i n g f . T h i n F i b e r C e m e n t P r o d u c t s 9 . T a n k s a n d C o n t a i n e r s F i g u r e 2 . 3 9 . P r e c a s t A p p l i c a t i o n s o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . 9 9 2 . 1 0 . 5 . 4 S t u c c o a n d D e c o r a t i v e C o n c r e t e F i g u r e 2 . 4 0 p r e s e n t s e x a m p l e s o f t h i s c a t e g o r y o f fi b e r c o n c r e t e a p p l i c a t i o n s . T h e k e y b e n e fi t s o f f e r e d b y fi b e r r e i n f o r c e m e n t i n s u c h a p p l i c a t i o n s i n c l u d e : S h r i n k a g e C r a c k C o n t r o l 0 I m p e r m e a b i l i t y a n d D u r a b i l i t y 0 I m p a c t R e s i s t a n c e 0 E a r l y - A g e S t r e n g t h 0 A b r a s i o n R e s i s t a n c e S t u c c o i s a t h i n c e m e n t p l a s t e r o v e r l a y f o r c o a t i n g e x t e r i o r w a l l s a n d o t h e r e x t e r i o r s u r - f a c e s o f b u i l d i n g s . S t u c c o r e l i e s o n a n e x c e l l e n t b o n d t o t h e r e c e i v i n g s u r f a c e . S y n t h e t i c r e i n f o r c i n g fi b e r s a r e a d d e d t o t h e b a s e c o a t t o i m p r o v e t h e b o n d a n d r e d u c e s t u c c o ’ s c r a c k i n g p o t e n t i a l c a u s e d b y r a p i d d r y i n g o r t h e r m a l v a r i a t i o n s . M o d i fi e d s t u c c o c a n b e h a n d o r g u n - a p p l i e d . D e c o r a t i v e ( a r c h i t e c t u r a l ) c o n c r e t e i s a t y p e o f c o n c r e t e t h a t i s p e r m a n e n t l y e x p o s e d t o v i e w . I t r e q u i r e s s p e c i a l c a r e i n s e l e c t i o n o f c o n c r e t e m a t e r i a l s , f o r m i n g , p l a c i n g , a n d fi n - i s h i n g t o o b t a i n t h e d e s i r e d a e s t h e t i c a p p e a r a n c e . U n i f o r m i t y a n d d u r a b i l i t y a r e k e y r e - q u i r e m e n t s o f d e c o r a t i v e c o n c r e t e . S y n t h e t i c fi b e r s m o d i f y c o n c r e t e ’ s m a c r o - a n d m i c r o - c r a c k i n g , a n d d i s t r i b u t e i n t e r n a l s t r e s s e s . A n y p r o d u c t f r o m s t e p p i n g s t o n e s t o b i r d b a t h s a n d p r e c a s t p i c n i c t a b l e s w i l l p r o fi t f r o m u s e o f s y n t h e t i c fi b e r s . 1 0 0 a . A p p l i c a t i o n o f S t u c c o b . R e s i d e n t i a l S t u c c o F a c a d e c . D e c o r a t i v e ( 1 . K i t c h e n C o u n t e r t o p F i g u r e 2 . 4 0 . S t u c c o a n d D e c o r a t i v e A p p l i c a t i o n s o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . 2 . 1 0 . 5 . 5 S t r u c t u r a l A p p l i c a t i o n s F i g u r e 2 . 4 1 p r e s e n t s e x a m p l e s o f t h e s t r u c t u r a l a p p l i c a t i o n s o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e . F i b e r r e i n f o r c e m e n t o f f e r s t h e f o l l o w i n g b e n e fi t s i n s t r u c t u r a l c o n c r e t e : 0 T o u g h n e s s a n d E n e r g y A b s o r p t i o n C a p a c i t y ( S e i s m i c - R e s i s t a n t a n d S e c u r e S t r u c - t u r e s S h e a r R e s i s t a n c e C r a c k C o n t r o l , I m p e r m e a b i l i t y a n d D u r a b i l i t y I m p a c t R e s i s t a n c e 1 0 2 S t e e l F i b e r s B e a m S e c t i o n s S e c u r e S t r u c t u r e s w i t h H i g h S e i s m i c - R e s i s t a n t S t r u c t u r e s E n e r g y A b s o r p t i o n a . S e i s m i c - a n d B l a s t - R e s i s t a n t S t r u c t u r e s b . C o m m e r c i a l D e c k s 0 C o m p o s i t e M e t a l d . B r i d g e D e c k s F i g u r e 2 . 4 ] . E x a m p l e s o f S t r u c t u r a l A p p l i c a t i o n s o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e . 1 0 3 2 . 1 1 D e s i g n o f J o i n t S p a c i n g f o r F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e T h e e q u a t i o n f o r t h e r e q u i r e d s t e e l r e i n f o r c e m e n t i n t e r m s o f j o i n t s p a c i n g , r e c o m m e n d e d b y t h e A m e r i c a n C o n c r e t e I n s t i t u t e ( A C 1 M a n u a l o f C o n c r e t e P r a c t i c e , 1 9 9 8 ) , h a s b e e n m o d i fi e d i n o r d e r t o d e r i v e a r e l a t i o n s h i p b e t w e e n j o i n t s p a c i n g a n d fi b e r v o l u m e f r a c - t i o n . T h e A m e r i c a n C o n c r e t e I n s t i t u t e e x p r e s s i o n f o r t h e r e q u i r e d s t e e l r e i n f o r c e m e n t a r e a i n t e r m s o f j o i n t s p a c i n g i s a s f o l l o w s : _ L . F . w . h S w h e r e , 2 4 f s A , = t h e r e q u i r e d a r e a o f s t e e l r e i n f o r c e m e n t i n s q i n . p e r l i n e a l f o o t L = s p a c i n g b e t w e e n j o i n t s F = fi i c t i o n f a c t o r o f s u b g r a d e ( a v a l u e o f 1 . 5 i s m o s t c o m m o n l y u s e d i n d e s i g n ) w = u n i t w e i g h t o f c o n c r e t e ( u s u a l l y 1 4 5 - 1 5 0 l b / c u i t . ) h = s l a b t h i c k n e s s i n i n c h e s . f , = a l l o w a b l e t e n s i l e s t r e s s i n r e i n f o r c e m e n t i n p s i . ( a v a l u e o f 2 / 3 o r 3 / 4 o f y i e l d s t r e n g t h i s c o m m o n l y u s e d ) T h e s t e e l c r o s s - s e c t i o n a l a r e a t i m e s t h e a l l o w a b l e s t r e s s i n s t e e l y i e l d s t o t h e t e n s i l e f o r c e i n t h e c r a c k e d s e c t i o n o f s l a b , w h i c h i s t h e f o r c e r e s i s t i n g c r a c k o p e n i n g . W e c a n c o n v e r t t h e r e q u i r e d a r e a o f s t e e l t o t h e r e q u i r e d v o l u m e fi a c t i o n o f fi b e r s u s i n g t h e c r i t e r i o n t h a t t h e fi b e r r e i n f o r c e m e n t s h o u l d p r o v i d e a p u l l - o u t f o r c e a t c r a c k s w h i c h i s e q u i v a l e n t t o t h a t p r o v i d e d b y t h e s t e e l r e i n f o r c e m e n t . 1 0 4 C o n s i d e r i n g t h e r a n d o m o r i e n t a t i o n o f fi b e r s i n c o n c r e t e , a n d c o n s i d e r i n g t h e p r e f e r r e d p u l l - o u t ( v e r s u s r u p t u r e ) m o d e o f fi b e r a c t i o n , o n e c a n e x p r e s s t h e t e n s i l e s t r e s s ( a v e r a g e d w i t h r e s p e c t t o c o n c r e t e c r o s s - s e c t i o n a l a r e a ) d e v e l o p e d b y c i r c u l a r fi b e r s a t a c r a c k e d s e c t i o n o f c o n c r e t e a s f o l l o w s : 0 1 = 0 . 5 V f . T f ‘ . l f / d f w h e r e , 0 ' 1 : t e n s i l e s t r e s s i n fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e I f = fi i c t i o n a l b o n d s t r e s s o f fi b e r s l f / d f = fi b e r l e n g t h - t o - d i a m e t e r ( a s p e c t ) r a t i o S i n c e t h e s u r f a c e a r e a o f fi b e r s g o v e r n s t h e i r r e i n f o r c e m e n t e fi i c i e n c y i n t h e p r e f e r r e d p u l l - o u t m o d e o f fi b e r a c t i o n , b a s e d o n t h e c a l c u l a t i o n s p r e s e n t e d e a r l i e r , u s e o f fi b e r s o f t r i a n g u l a r c r o s s - s e c t i o n i n l i e u o f t h o s e w i t h c i r c u l a r s e c t i o n s r e d u c e s t h e r e q u i r e d fi b e r v o l u m e f r a c t i o n f o r d e v e l o p i n g t h e s a m e a v e r a g e t e n s i l e s t r e s s o n c o n c r e t e c r o s s - s e c t i o n b y 4 0 % . T h e a b o v e a v e r a g e t e n s i l e s t r e s s t i m e s t h e c r o s s - s e c t i o n a l a r e a o f s l a b w i l l y i e l d t h e t e n s i l e f o r c e a p p l i e d b y fi b e r s a t a c r a c k e d s e c t i o n o f c o n c r e t e s l a b . T h i s f o r c e s h o u l d b e e q u i v a l e n t t o t h a t p r o v i d e d b y t h e s t e e l r e i n f o r c e m e n t s p e c i fi e d i n t e r m s o f j o i n t s p a c - i n g . E q u a t i n g t h e f o r c e d e v e l o p e d b y fi b e r s t o t h a t d e v e l o p e d b y s t e e l r e i n f o r c e m e n t ( e x - p r e s s e d i n t e r m s o f j o i n t s p a c i n g ) y i e l d s t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n j o i n t s p a c i n g , s l a b t h i c k n e s s a n d fi b e r v o l u m e f r a c t i o n ( f o r d i f f e r e n t fi b e r a s p e c t r a t i o s ) p r e s e n t e d i n T a b l e 2 . 1 1 . T h i s r e l a t i o n s h i p a s s u m e s a c o n s e r v a t i v e y i e l d s t r e n g t h o f 6 5 , 0 0 0 p s i f o r s t e e l r e i n - f o r c e m e n t ( i n t h e f o r m o f w e l d e d w i r e f a b r i c t y p i c a l l y u s e d i n s l a b s - o n - g r a d e ) , a n d c o n - s i d e r e d a fi b e r fi i c t i o n a l b o n d s t r e s s o f 1 0 0 p s i . T w o fi b e r a s p e c t r a t i o s o f 1 2 0 a n d 2 4 0 a r e c o n s i d e r e d i n t h i s t a b l e . 1 0 5 T a b l e 2 . 1 1 J o i n t S p a c i n g o f S l a b - O n - G r a d e i n T e r m s o f F i b e r R e i n f o r c e m e n t C o n d i t i o n . S L A B T H I C K N E S S , I N C H E S F I B E R V O L U M E F R A C T I O N 3 . 5 4 4 . 5 5 5 . 5 6 A s p e c t R a t i o = 2 4 0 A s p e c t R a t i o = 1 2 0 J O I N T S P A C I N G , F E E T C i r c u l a r T r i a n g u l a r C i r c u l a r T r i a n g u l a r 8 1 0 1 0 1 2 . 5 1 2 . 5 1 5 0 % 0 % 0 % 0 % 3 0 2 6 2 3 2 1 1 9 1 7 0 . 2 % 0 . 1 2 % 0 . 4 % 0 . 2 4 % 4 2 3 7 3 3 2 9 2 7 2 4 0 . 3 % 0 . 1 8 % 0 . 5 % 0 . 3 % 6 0 5 3 4 7 4 3 3 9 . 3 5 0 . 4 % 0 . 2 4 % 0 . 8 % 0 . 4 8 % 1 0 6 2 . 1 2 S o m e P r a c t i c a l C o n s i d e r a t i o n s i n U s e o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e A p r i m a r y c o n c e r n i n d e v e l o p m e n t o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e i s t h e u n i f o r m d i s t r i b u t i o n o f fi b e r s t h r o u g h o u t t h e c o n c r e t e m i x . S y n t h e t i c fi b e r s a r e g e n e r a l l y m a r k e t e d i n w a t e r - d i s p o s a b l e b a g s . F i b e r s c a n t h u s b e a d d e d t o t h e f r e s h m i x t o g e t h e r w i t h t h e i r b a g s . A f - t e r t h e a d d i t i o n o f fi b e r s a n d o t h e r i n g r e d i e n t s , s u f fi c i e n t m i x i n g a t p r o p e r m i x i n g s p e e d w o u l d b e n e e d e d t o t h o r o u g h l y d i s t r i b u t e fi b e r s w i t h i n t h e c o n c r e t e m a t r i x . S y n t h e t i c fi b e r s c a n b e a d d e d t o m i x i n d i f f e r e n t s e q u e n c e s , w i t h a g g r e g a t e s o r a f t e r a l l o t h e r i n g r e - d i e n t s . M i x e r s s u i t i n g p r e p a r a t i o n o f p l a i n c o n c r e t e c a n a l s o b e u s e d t o p r e p a r e fi b e r r e - i n f o r c e d c o n c r e t e a t t y p i c a l v o l u m e f r a c t i o n s b e l o w 1 % . F i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e s w i t h t y p i c a l fi b e r v o l u m e f r a c t i o n s b e l o w 1 % c a n b e t r a n s - p o r t e d , p u m p e d a n d p l a c e d s i m i l a r t o p l a i n c o n c r e t e . T h e c o h e s i v e n e s s o f fi b e r r e i n - f o r c e d c o n c r e t e a n d i t s s e g r e g a t i o n r e s i s t a n c e a c t u a l l y f a c i l i t a t e s p u m p i n g o p e r a t i o n s . M o s t p o t e n t i a l p r o b l e m s r e l a t e d t o t h e p l a c e m e n t o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e a r e a s s o c i - a t e d w i t h t h e r e d u c t i o n i n s l u m p a s s o c i a t e d w i t h t h e a d d i t i o n o f fi b e r s . F o r e x a m p l e , s l o p e o f c h u t e s h o u l d b e i n c r e a s e d o r h i g h - r a n g e w a t e r - r e d u c e r s s h o u l d b e u s e d i f c o n - c r e t e w i t h h i g h e r fi b e r d o s a g e s d o e s n o t f r e e l y s l i d e d o w n t h e c h u t e . A l s o , i f c o n c r e t e b u c k e t s a r e u s e d , s t e e p h o p p e r s l o p e s a n d l a r g e g a t e o p e n i n g s m i g h t b e r e q u i r e d f o r s t e e l fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e ; i f fi b e r s b r i d g e t h e o p e n i n g , a v i b r a t o r c o u l d b e a t t a c h e d t o t h e s i d e o f t h e b u c k e t t h a t i s a c t i v a t e d w h e n t h e b u c k e t o p e n s . W h i l e s o m e fi b e r s c o u l d s l i g h t l y a l t e r t h e fi n i s h i n g o p e r a t i o n s o f c o n c r e t e , c o n c r e t e w i t h s y n t h e t i c fi b e r s c a n b e fi n i s h e d t o a c h i e v e a e s t h e t i c a l l y p l e a s i n g s u r f a c e s w h i c h a r e a l s o h i g h l y d u r a b l e . 1 0 7 2 . 1 3 G u i d e l i n e s T o w a r d s S t a n d a r d D e v e l o p m e n t f o r U s e o f S y n t h e t i c F i b e r s i n C o n c r e t e F i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e h a s e x p e r i e n c e d r a p i d c o m m e r c i a l g r o w t h e m p h a s i z i n g r e l a - t i v e l y l o w fi b e r v o l u m e f r a c t i o n s w i t h l i m i t e d e f f e c t s o n h a r d e n e d m a t e r i a l p r o p e r t i e s . S t a n d a r d d e v e l o p m e n t e f f o r t s t o w a r d s t h o r o u g h q u a n t i fi c a t i o n o f fi b e r e f f e c t s i n c o n c r e t e h a v e b e e n l i m i t e d . C o m m e r c i a l s u c c e s s o f fi b e r u t i l i z a t i o n i n c o n c r e t e n o w r e q u i r e s a t e c h n i c a l l y s o u n d a p p r o a c h t o e n g i n e e r i n g o f fi b e r c o n c r e t e p r o d u c t s t o m e e t s p e c i fi c p e r - f o r m a n c e r e q u i r e m e n t s o f d i f f e r e n t a p p l i c a t i o n s . S t a n d a r d s f o r u s e o f fi b e r s i n c o n c r e t e s h o u l d e m p h a s i z e , a t a m i n i m u m , t h e f o l l o w i n g k e y b e n e fi t s o f fi b e r r e i n f o r c e m e n t i n c o n c r e t e : - W o r k a b i l i t y ( s l u m p a n d i n v e r t e d s l u m p c o n e ) 0 R e s t r a i n e d d r y i n g s h r i n k a g e c r a c k c o n t r o l 0 R e s t r a i n e d p l a s t i c s h r i n k a g e c r a c k c o n t r o l 0 R e s i d u a l fl e x u r a l s t r e n g t h a n d fl e x u r a l t o u g h n e s s o F l e x u r a l s t r e n g t h 0 I m p a c t r e s i s t a n c e 0 D u r a b i l i t y u n d e r e x t e n d e d h o t w a t e r i m m e r s i o n , w e t - d r y c y c l e s , a n d ( d e p e n d i n g o n c l i m a t i c c o n d i t i o n s ) f r e e z e - t h a w c y c l e s D e p e n d i n g o n s p e c i fi c a p p l i c a t i o n r e q u i r e m e n t s , o t h e r b e n e fi t s o f fi b e r s i n c o n c r e t e ( f a - t i g u e l i f e , e r o s i o n r e s i s t a n c e , e t c . ) m a y b e s u b j e c t o f s t a n d a r d d e v e l o p m e n t e f f o r t s . O n e 1 0 8 m a y a l s o u s e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h t o e n s u r e t h a t t h e a d d i t i o n o f fi b e r s d o e s n o t c o m p r o - m i s e b a s i c q u a l i t i e s o f c o n c r e t e . S t a n d a r d d e v e l o p m e n t e f f o r t s s h o u l d s p e c i f y m i n i m u m g a i n s i n k e y r e l e v a n t c o n c r e t e p r o p e r t i e s ( e . g . , r e s i d u a l fl e x u r a l s t r e n g t h , i m p a c t r e s i s t a n c e , d r y i n g s h r i n k a g e c r a c k c o n - t r o l , fl e x u r a l s t r e n g t h ) w h i c h q u a l i f y fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e f o r s p e c i fi c a p p l i c a t i o n s . 1 0 9 2 . 1 4 C o n c l u s i o n s F i b e r s c a n e n h a n c e t h e c r a c k i n g r e s i s t a n c e , m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d l o n g e v i t y o f c o n c r e t e i n d i f f e r e n t fi e l d s o f a p p l i c a t i o n . T h e m e c h a n i s m o f a c t i o n o f fi b e r s i n c o n c r e t e l a r g e l y i n v o l v e s c o n t r o l o f m i c r o - c r a c k a n d c r a c k p r o p a g a t i o n . T h e r e a r e s e v e r a l a p p l i c a t i o n s f o r fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e i n n o n - s t r u c t u r a l , s e m i - s t r u c t u r a l , a n d s t r u c t u r a l m e m b e r s ; n o n - s t r u c t u r a l a p p l i c a t i o n s , w h e r e s h r i n k a g e c r a c k c o n t r o l i s a k e y i s s u e , a r e c u r r e n t l y p r e v a l e n t . L i f e - c y c l e c o s t a n a l y s i s g e n e r a l l y j u s t i fi e s t h e i n i t i a l c o s t o f r e i n f o r c i n g c o n c r e t e w i t h fi b e r s . 1 1 0 C H A P T E R 3 I N D U S T R I A L - S C A L E P R O D U C T I O N A N D E X P E R I M E N T A L E V A L U A T I O N O F C O N C R E T E P I P E S W I T H D I F F E R E N T S T R U C T U R A L D E S I G N S 3 . 1 I n d u s t r i a l - S c a l e P r o d u c t i o n o f C o n c r e t e P i p e s T h e t r i a l p r o d u c t i o n r u n s w e r e c o n d u c t e d i n N o r t h e r n C o n c r e t e P i p e I n c . ( C h a r l o t t e , M I ) w h i c h u s e s t h e d r y - c a s t m e t h o d o f p i p e p r o d u c t i o n . T h e p i p e s t h a t w e r e p r o d u c e d a l l i n - c o r p o r a t e d fi n e p o z z o l a n a n d p o l y m e r e m u l s i o n ( o r h y d r o p h o b i c a d m i x t u r e ) f o r e n h a n c e d r e s i s t a n c e t o m i c r o b i a l - i n d u c e d c o r r o s i o n . T h e fi b e r v o l u m e f r a c t i o n a n d g e o m e t r y a s w e l l a s t h e s t e e l r e i n f o r c e m e n t r a t i o w e r e t h e k e y v a r i a b l e s i n t h i s i n d u s t r i a l - s c a l e e x - p e r i m e n t a l p r o g r a m . T w o d i s t i n c t c a t e g o r i e s o f p i p e s w e r e p r o d u c e d ; o n e c a t e g o r y u s e d s t r u c t u r a l s t e e l f o r a c h i e v i n g h i g h l o a d - b e a r i n g c a p a b i l i t i e s . T h e s e c o n d c a t e g o r y u s e d s t e e l r e i n f o r c e m e n t t o m i t i g a t e d a m a g e d u r i n g h a n d l i n g , t r a n s p o r t a t i o n a n d i n s t a l l a t i o n o f p i p e s . I n t h e fi r s t c a t e g o r y , s y n t h e t i c fi b e r s w e r e u s e d t o l o w e r t h e s t e e l r a t i o a n d i n - c r e a s e t h e p r o t e c t i v e c o v e r o f c o n c r e t e o v e r s t e e l . I n t h e s e c o n d c a t e g o r y , s y n t h e t i c fi b e r s f u l l y r e p l a c e d s t e e l . T w o s e r i e s o f p r o d u c t i o n a n d t e s t i n g w e r e c o n d u c t e d : ( i ) u s i n g fi n e r fi b e r s a n d c o n c r e t e m i x f o r m u l a t i o n s m o d i fi e d w i t h fi n e p o z z o l a n p l u s h y d r o p h o b i c a d - m i x t u r e ; a n d ( i i ) u s i n g c o a r s e r fi b e r s a n d c o n c r e t e m i x f o r m u l a t i o n s m o d i fi e d w i t h fi n e p o z z o l a n p l u s p o l y m e r e m u l s i o n . 1 1 1 3 . 1 . 1 P r o d u c t i o n P r o c e d u r e T h e fi r s t s t e p i n t h e p r o d u c t i o n p r o c e s s i n v o l v e d a d d i t i o n o f t h e a d m i x t u r e s a s w e l l a s t h e s y n t h e t i c fi b e r s t o t h e e m p t y m i x e r ( F i g u r e 3 . 1 ) . S u b s e q u e n t l y , o t h e r m i x i n g r e d i e n t s ( c e - m e n t , w a t e r , a g g r e g a t e s a n d o t h e r a d d i t i v e s ) w e r e b a t c h e d n o r m a l l y ( F i g u r e 3 . 2 ) , a n d m i x i n g f o l l o w e d n o r m a l p r o c e d u r e s . I n t r o d u c t i o n o f t h e n e w a d d i t i v e s ( f o r e n h a n c e d r e - s i s t a n c e t o m i c r o b i a l - i n d u c e d c o r r o s i o n ) a n d fi b e r s d i d n o t r e q u i r e a n y m a j o r d e v i a t i o n f r o m n o r m a l m i x i n g t e c h n i q u e s . T h e p r e s e n c e o f fi n e p o z z o l a n a n d fi b e r s c o u l d i n c r e a s e t h e d e m a n d f o r p a s t e a n d p l a s t i c i z e r , w h i c h c o u l d b e p a r t l y c o m p e n s a t e d f o r t h e t h e a d d i - t i o n o f p o l y m e r e m u l s i o n . T h e m o l d s f o r c o n c r e t e p i p e s c o m p r i s e a fi x e d c y l i n d r i c a l c o r e w i t h a r e m o v a b l e t u b u l a r c a s i n g a n d t w o “ e n d - j o i n t m o l d s ” i n t h e f o r m o f s t e e l r i n g s ( b o t t o m r i n g f o r t h e g r o o v e a n d t o p f o r t h e t o n g u e ) . T h e s t e e l c a g e i s p l a c e d o n t h e b o t t o m r i n g ( F i g u r e 3 . 3 ) a n d t u - b u l a r c a s i n g c a r r i e s i t t o t h e c o r e ( F i g u r e 3 . 4 ) . A f t e r p l a c e m e n t a n d a d j u s t m e n t o f t h e s t e e l c a g e i n t o t h e m o l d ( F i g u r e 3 . 5 ) , c o n c r e t e i s p o u r e d i n t o t h e m o l d ( F i g u r e 3 . 6 ) a n d s i m u l t a n e o u s l y v i b r a t e d o v e r a p e r i o d o f a b o u t 2 . 5 m i n u t e s ( w h i c h i s o c c a s i o n a l l y i n - c r e a s e d t o a b o u t 3 . 5 m i n u t e s a t h i g h e r fi b e r v o l u m e f r a c t i o n s w h i c h y i e l d d r i e r c o n c r e t e m i x t u r e s ) . T h e t o p s t e e l r i n g ( t o n g u e m o l d ) i s t h e n p l a c e d o v e r t h e c o n c r e t e ( F i g u r e 3 . 7 ) , a n d s u b s e q u e n t l y , c o n c r e t e i s c o m p a c t e d b y p l a c i n g a h e a v y m e t a l p l a t e o n t h e t o p s u r - f a c e o f c o n c r e t e p i p e a n d p r e s s i n g i t d o w n w i t h s i m u l t a n e o u s v i b r a t i o n o f t h e m o l d ( F i g - u r e 3 . 8 ) . 1 1 2 A f t e r p l a c e m e n t a n d c o m p a c t i o n o f c o n c r e t e ( g e n e r a l l y w i t h s t e e l r e i n f o r c e m e n t ) i n p i p e m o l d s , t h e w h o l e a s s e m b l y , e x c e p t f o r t h e i n n e r c o r e , i s m o v e d t o t h e c u r i n g a r e a , a n d t h e o u t e r c a s e t h a t h o l d s t h e f r e s h c o n c r e t e p i p e i s t h e n r e m o v e d ( F i g u r e 3 . 9 ) ; t h i s p a r t i c u l a r p r a c t i c e o f i m m e d i a t e d e m o l d i n g i s p o s s i b l e b e c a u s e t h e “ d r y - c a s t ” m e t h o d o f c o n c r e t e p i p e p r o d u c t i o n u s e s r e l a t i v e l y d r y m i x t u r e s w h i c h p r o v i d e s o m e r e s i s t a n c e a g a i n s t c o l - l a p s e i m m e d i a t e l y a f t e r p l a c e m e n t a n d c o m p a c t i o n . C o n c r e t e p i p e s a r e s u b j e c t t o s t e a m c u r i n g a t 1 4 0 ° F t e m p e r a t u r e o v e r a 1 0 - h o u r p e r i o d . C o n c r e t e s p e c i m e n s w e r e a l s o m a d e ( F i g u r e 3 . 1 0 ) w i t h t h e m o d i fi e d c o n c r e t e f o r m u l a t i o n s u s e d i n p r o d u c t i o n o f s o m e p i p e s , a n d w e r e c u r e d t o g e t h e r w i t h p i p e s f o r a s s e s s m e n t o f t h e m e c h a n i c a l a t t r i b u t e s o f c o n - c r e t e m a t e r i a l s . 4 3 1 3 1 ; ? . 1 ‘ e fi fl c fi w ‘ w F i g u r e 3 . 1 . A d d i t i o n o f N e w A d m i x t u r e s . F i g u r e 3 . 2 . A g g r e g a t e s B e i n g C a r r i e d t o t h e B a t c h 1 1 3 F i g u r e 3 . 5 . A d j u s t m e n t o f S t e e l C a g e i n t o F i g u r e 3 . 6 . P o u r i n g o f C o n c r e t e i n t o M o l d M o l d F i g u r e 3 . 7 . P l a c i n g t h e T o n g u e M o l d F i g u r e 3 . 8 . C o m p a c t i o n U n d e r O n t o C o n c r e t e P r e s s u r e & V i b r a t i o n . 1 1 4 t . F i g u r e 3 . 9 . I m m e d i a t e D e m o l d i n g o f F i g u r e 3 . 1 0 . P r e p a r a t i o n o f C o n c r e t e C o n c r e t e P i p e S p e c i m e n s 3 . 1 . 2 M a t e r i a l s a n d P i p e R e i n f o r c e m e n t C o n d i t i o n s : F i r s t P r o d u c t i o n S e r i e s T h e p i p e s w h i c h a r e s u b j e c t o f t h e fi r s t s e r i e s o f p r o d u c t i o n r u n s a r e l i s t e d b e l o w . T h e fi r s t p i p e i s a s t a n d a r d c l a s s I V C - w a l l p i p e . T h i s p i p e p r o v i d e s t h e r e f e r e n c e p e r f o r m a n c e a t t r i b u t e s a g a i n s t w h i c h p i p e s 2 t h r o u g h 5 w i l l b e e v a l u a t e d . P i p e s 2 , 3 a n d 4 a r e s i m i l a r t o t h e fi r s t p i p e e x c e p t t h a t t h e t w o l a y e r s o f s t e e l w e r e r e p l a c e d w i t h o n e l a y e r o f s t e e l r e i n f o r c e m e n t p o s i t i o n e d a t t h e m i d d l e o f t h e p i p e w a l l t h i c k n e s s , a n d t h e c o n c r e t e f o r - m u l a t i o n i n c o r p o r a t e s d i f f e r e n t s y n t h e t i c fi b e r v o l u m e f r a c t i o n s . P i p e 5 i s d i s t i n g u i s h e d f r o m p i p e 4 b y t h e g e o m e t r i c a t t r i b u t e s o f t h e s y n t h e t i c fi b e r . P i p e s 6 t h r o u g h 1 0 a r e t h o s e w h i c h d o n o t n e e d s t e e l r e i n f o r c e m e n t f o r l o a d b e a r i n g p u r p o s e s b u t o n l y f o r m i t i - g a t i n g d a m a g e d u r i n g t r a n s p o r t a t i o n , h a n d l i n g a n d i n s t a l l a t i o n . F i b e r s w e r e u s e d a t d i f - f e r e n t v o l u m e f r a c t i o n s i n t h e s e p i p e s t o f u l l y r e p l a c e s t e e l r e i n f o r c e m e n t . T w o t y p e s o f P V A ( P o l y v i n y l A l c o h o l ) fi b e r s w e r e u s e d i n t h e t r i a l p r o d u c t i o n r u n s : T y p e I : R E C S 7 x 6 ( L e n g t h = 6 m m , D i a m e t e r = 0 . 0 2 6 m m ) ; T y p e I I : R E C S 1 0 0 x 1 2 ( L e n g t h = 1 2 m m , D i - a m e t e r = 0 . 1 m m ) . 1 1 5 A . ] . l . A S T M C 7 6 c l a s s I V C - w a l l p i p e . ( 2 l a y e r s o f r e i n f o r c e m e n t ) w i t h 0 % fi b e r . 2 . S a m e a s 1 , w i t h 1 l a y e r o f r e i n f o r c e m e n t p o s i t i o n e d a t t h e m i d d l e o f p i p e w a l l . ( R e i n - f o r c e m e n t = 0 . 0 8 s q u a r e i n c h e s / f t ) . w i t h 0 % fi b e r . 3 . S a m e a s 2 , w i t h 1 % fi b e r t y p e I ( W i t h r e d u c e d fi n e a n d c o a r s e a g g r e g a t e s b y 1 0 % ) . S a m e a s 2 , w i t h 1 . 5 % fi b e r t y p e I ( W i t h r e d u c e d fi n e a n d c o a r s e a g g r e g a t e s b y 1 0 % ) . U S a m e a s 2 , w i t h 1 . 5 % fi b e r t y p e 1 1 ( W i t h r e d u c e d a n d c o a r s e a g g r e g a t e s b y 1 0 % ) . 6 . S a m e a s 2 , w i t h 0 % fi b e r w i t h o u t s t e e l r e i n f o r c e m e n t . 7 . S a m e a s 2 , w i t h 0 . 3 % fi b e r t y p e 1 w i t h o u t s t e e l r e i n f o r c e m e n t . 8 . S a m e a s 2 , w i t h 0 . 5 % fi b e r t y p e I w i t h o u t s t e e l r e i n f o r c e m e n t . 9 . S a m e a s 2 , w i t h 0 . 5 % fi b e r t y p e 1 1 w i t h o u t s t e e l r e i n f o r c e m e n t . 1 0 . S a m e a s 2 , w i t h 1 % fi b e r t y p e I w i t h o u t s t e e l r e i n f o r c e m e n t . ( W i t h r e d u c e d fi n e a n d c o a r s e a g g r e g a t e s b y 1 0 % ) . I n a d d i t i o n t o a b o v e p i p e s , a C o n t r o l P i p e s i m i l a r t o P i p e 1 a b o v e b u t w i t h c o n v e n t i o n a l ( i n l i e u o f r e fi n e d ) c o n c r e t e m i x p r o p o r t i o n s w a s a l s o p r o d u c e d a n d t e s t e d . A l l p i p e s h a d t h e i n t e r n a l d i a m e t e r o f 2 7 i n c h e s , w a l l t h i c k n e s s o f 4 i n c h e s , a n d l e n g t h o f 8 . 5 f e e t . T h e r e i n f o r c i n g s t e e l c a g e w a s 3 x 6 - W 2 x W 2 . 5 ( W 2 c i r c u m f e r e n t i a l & W 2 . 5 l o n g i t u d i n a l ) . R e l a t i v e l y fi n e s y n t h e t i c fi b e r s ( 6 x 0 . 0 2 6 m m ; a n d I I : 1 2 x 0 . 1 m m ) w e r e u s e d i n t h e fi r s t s e r i e s o f p i p e s p r o d u c e d . A l l c o n c r e t e m i x t u r e s i n c o r p o r a t e d fi n e p o z - 1 1 6 z o l a n ( r e p l a c i n g 7 . 5 % o f T y p e I P o r t l a n d c e m e n t b y w e i g h t ) . T h e c o n c r e t e m i x t u r e s i n - c o r p o r a t e d ( c e m e n t + fi n e p o z z o l a n ) a n d fl y a s h c o n t e n t s o f 4 3 7 . 5 a n d 1 4 2 . 4 l b / y d 3 , r e - s p e c t i v e l y . T h e n o r m a l m i x f o r c o n c r e t e p i p e p r o d u c t i o n c o m p r i s e d fi n e — t o - c o a r s e a g - g r e g a t e r a t i o o f 1 . 5 , w i t h w a t e r c o n t e n t o f a b o u t 1 9 g a l l o n s / y d 3 . I n t h e c a s e o f u n r e i n - f o r c e d c o n c r e t e p i p e s , i n o r d e r t o e n h a n c e s t a b i l i t y o f f r e s h m i x f o r i m m e d i a t e d e m o l d - i n g , t h e c o a r s e - t o - fi n d a g g r e g a t e r a t i o w a s a d j u s t e d t o 1 . 5 ( w i t h 1 8 9 6 l b / y d 3 c o a r s e a g - g r e g a t e a n d 1 2 6 5 l b / y d 3 fi n e a g g r e g a t e ) , a n d t h e w a t e r c o n t e n t w a s r e d u c e d t o 1 9 g a l — l o n s / y d 3 . I n m i x t u r e s w h i c h i n c o r p o r a t e d s y n t h e t i c fi b e r s , t h e t o t a l a g g r e g a t e c o n t e n t w a s r e d u c e d i n o r d e r t o i n c r e a s e t h e p a s t e c o n t e n t f o r e n h a n c e d d i s p e r s i o n o f ( a n d b o n d i n g t o ) fi b e r s . A l s o , t h e p l a s t i c i z e r c o n t e n t w a s i n c r e a s e d a t h i g h e r fi b e r v o l u m e fi a c t i o n s i n o r - d e r t o r e s t o r e w o r k a b i l i t y ( e a s e o f c o m p a c t i o n ) o f fl e s h c o n c r e t e m i x t u r e s . C o n c r e t e f o r m u l a t i o n s w e r e a d j u s t e d s l i g h t l y t h r o u g h o u t t h e fi r s t s e r i e s o f p r o d u c t i o n r u n s i n l i g h t o f t h e e x p e r i e n c e g a i n e d d u r i n g t h e p r o c e s s . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t “ w o r k a b i l i t y ” i s a n a p p l i c a t i o n - s p e c i fi c t e r m ; a n a c c e p t a b l e w o r k a b i l i t y d e p e n d s s t r o n g l y o n a c t u a l p r o d u c - t i o n c o n d i t i o n s a n d d e m a n d s , w h i c h c a n n o t b e e a s i l y r e p r O d u c e d i n l a b o r a t o r y . T h e a d - j u s t m e n t s i n c o n c r e t e m i x l i s t e d b e l o w w e r e m a d e t o m e e t t h e w o r k a b i l i t y r e q u i r e m e n t s u n d e r i n d u s t r i a l - s c a l e p r o d u c t i o n c o n d i t i o n s . 1 . T h e fi r s t m i x w a s t h e r e g u l a r m i x f o r a r e i n f o r c e d c o n c r e t e p i p e . 2 . S i n c e t h e fi r s t m i x a p p e a r e d t o b e s o m e w h a t d r y , 3 0 % m o r e p l a s t i c i z e r w a s a d d e d t o t h e s e c o n d m i x . 3 . B e c a u s e i n t r o d u c t i o n o f fi b e r s m a k e s t h e m i x d r i e r t h a n n o r m a l , fi n e a n d c o a r s e a g g r e - g a t e s w e r e r e d u c e d b y 5 % f o r t h i s m i x . 1 1 7 4 . S i n c e t h i s m i x h a d a l a r g e fi a c t i o n o f fi b e r s ( 1 . 5 % ) , t h e a g g r e g a t e s w e r e r e d u c e d b y 7 . 5 % , a n d a l s o 3 0 % m o r e p l a s t i c i z e r w a d a d d e d t o t h e m i x t o e n h a n c e i t s w o r k a b i l i t y . 5 . B e c a u s e o f a m i s t a k e i n t h e b a t c h i n g p r o c e s s , a r e g u l a r m i x w a s u s e d i n t h i s p i p e . 6 . T h i s n o n - r e i n f o r c e d p i p e c o l l a p s e d u p o n d e m o l d i n g i n t h e fi r s t t r i a l e f f o r t b e c a u s e i t c o u l d n o t s u p p o r t i t s o w n w e i g h t w i t h o u t t h e s t e e l c a g e , a n d t h e b i n d i n g e f f e c t o f t h e p a s t e w i t h a g g r e g a t e i n t e r l o c k i n g p r o v e d t o b e i n a d e q u a t e t o p r e v e n t c o l l a p s e . A f t e r c h a n g i n g t h e m i x p r o p o r t i o n s t o t h e o n e i n t r o d u c e d a b o v e f o r n o n - r e i n f o r c e d c o n c r e t e p i p e s , t h e d e m o l d e d p i p e d i d n o t c o l l a p s e . 7 . T h i s m i x i s t h e s a m e a s t h e o n e u s e d s u c c e s s f u l l y i n P i p e N o . 6 , w i t h fi b e r s a n d 3 0 % e x t r a p l a s t i c i z e r a d d e d . T h i s p i p e , h o w e v e r , c o l l a p s e d p r o b a b l y d u e t o t h e a d d i t i o n o f p l a s t i c i z e r w h i c h m a d e t h e f r e s h m i x m o r e m o b i l e , a n d a l s o p o s s i b l y b e c a u s e o f t h e i n t e r - a c t i o n o f fi b e r s w i t h t h e m o i s t u r e c o n t e n t o f t h e s e d r y m i x t u r e s , w h i c h c o u l d l o w e r t h e b i n d i n g q u a l i t i e s o f c e m e n t i t i o u s p a s t e i n f r e s h c o n c r e t e . 8 . T h e s a m e m i x a s N o . 7 . 9 . T h e s a m e m i x a s N o . 7 . 1 0 . B e c a u s e o f t h e h i g h fi b e r v o l u m e f r a c t i o n ( 1 % ) , t h e a g g r e g a t e c o n t e n t w a s r e d u c e d b y 5 % , a n d a l s o 6 0 % e x t r a p l a s t i c i z e r w a s a d d e d . T h i s p i p e w a s d i f fi c u l t t o c o m p a c t , a n d c o l l a p s e d u p o n d e m o l d i n g . T h e e x p e r i e n c e g a i n e d w i t h i n d u s t r i a l - s c a l e p r o d u c t i o n o f r e fi n e d c o n c r e t e p i p e f o r m u l a - t i o n s u s i n g r e l a t i v e l y h i g h v o l u m e fi ' a c t i o n s o f fi n e r fi b e r s h i g h l i g h t e d t h e c r i t i c a l s i g n i fi - 1 1 8 c a n c e o f t a i l o r i n g t h e a g g r e g a t e , p l a s t i c i z e r a n d fi b e r m i x p r o p o r t i o n s t o r e d u c e s p e c i a l w o r k a b i l i t y r e q u i r e m e n t s i n c o n c r e t e p i p e p r o d u c t i o n , e s p e c i a l l y w h e n s t e e l r e i n f o r c e - m e n t i s n o t u s e d a n d c o n c r e t e i s l e f t a l o n e ( i n d r y - c a s e m e t h o d o f p r o d u c t i o n ) t o c a r r y i t s o w n w e i g h t i m m e d i a t e l y a f t e r p l a c e m e n t a n d c o m p a c t i o n . 3 . 1 . 3 M a t e r i a l s a n d P i p e R e i n f o r c e m e n t C o n d i t i o n s : S e c o n d P r o d u c t i o n S e r i e s T h e p i p e s w h i c h w e r e s u b j e c t o f t h e s e c o n d p r o d u c t i o n s e r i e s a r e l i s t e d b e l o w . T h e s e c - o n d s e r i e s o f p i p e s u s e d m o d i fi e d m a t e r i a l f o r m u l a t i o n s ( w i t h 1 0 % o f c e m e n t r e p l a c e d w i t h fi n e p o z z o l a n a n d p o l y m e r e m u l s i o n a d d e d a t 1 0 % b y w e i g h t o f c e m e n t i t i o u s m a t e - r i a l s ) f o r e n h a n c e d r e s i s t a n c e t o m i c r o b i a l - i n d u c e d c o r r o s i o n . T h e fi r s t p i p e i s a s t a n d a r d c l a s s I V C - w a l l p i p e . T h i s p i p e p r o v i d e s t h e r e f e r e n c e p e r f o r m a n c e a t t r i b u t e s a g a i n s t w h i c h p i p e s 2 , 3 , 3 ’ , a n d 4 w e r e e v a l u a t e d . P i p e s 2 , 3 , 3 ’ , a n d 4 a r e s i m i l a r t o t h e fi r s t p i p e e x c e p t t h a t t h e t w o l a y e r s o f s t e e l w e r e r e p l a c e d w i t h o n e l a y e r o f s t e e l r e i n f o r c e - m e n t p o s i t i o n e d a t t h e m i d d l e o f t h e p i p e w a l l t h i c k n e s s , a n d t h e c o n c r e t e f o r m u l a t i o n i n c o r p o r a t e d d i f f e r e n t s y n t h e t i c fi b e r v o l u m e f r a c t i o n s . P i p e s 5 a n d 6 a r e t h o s e w h i c h d o n o t n e e d s t e e l r e i n f o r c e m e n t f o r l o a d - b e a r i n g p u r p o s e s b u t o n l y f o r m i t i g a t i n g d a m a g e d u r i n g t r a n s p o r t a t i o n , h a n d l i n g a n d i n s t a l l a t i o n . R e l a t i v e l y c o a r s e fi b e r s w e r e u s e d a t 2 % v o l u m e f r a c t i o n i n t h e s e p i p e s t o f u l l y r e p l a c e s t e e l r e i n f o r c e m e n t . T w o t y p e s o f P V A ( P o l y v i n y l A l c o h o l ) fi b e r s w e r e u s e d i n t h e t r i a l p r o d u c t i o n r u n s : T y p e 1 : ( L e n g t h = 1 5 m m , D i a m e t e r = 0 . 3 m m ) ; a n d T y p e 1 1 : ( L e n g t h = 1 2 m m , D i a m e t e r = 0 . 2 m m ) . M i x f o r m u l a t i o n s w e r e n o t a d j u s t e d t o c o m p e n s a t e f o r t h e e f f e c t s o f fi b e r s i n t h e s e c o n d s e r i e s o f p r o d u c t i o n r u n s ; a s a r e s u l t , d u e t o c o m p a c t i o n p r o b l e m s d e v e l o p e d w i t h 2 % v o l u m e 1 1 9 f r a c t i o n o f 1 2 x 0 . 2 fi b e r s , o n l y o n e fi b e r t y p e ( 1 5 x 0 . 3 m m a t 2 % v o l u m e f r a c t i o n ) w a s fi - n a l l y c o n s i d e r e d i n t h e s u c c e s s f u l l y p r o d u c e d p i p e s o f t h e s e c o n d p r o d u c t i o n s e r i e s . 0 . A S T M C 7 6 c l a s s I V C - w a l l p i p e . ( 2 l a y e r s o f r e i n f o r c e m e n t ) w i t h 0 % fi b e r ( w i t h h a l f t h e d o s a g e o f fi n e p o z z o l a n a n d p o l y m e r e m u l s i o n ) . 1 . A S T M C 7 6 c l a s s I V C - w a l l p i p e . ( 2 l a y e r s o f r e i n f o r c e m e n t ) w i t h 0 % fi b e r . 2 . S a m e a s 1 , w i t h 1 l a y e r o f r e i n f o r c e m e n t p o s i t i o n e d a t t h e m i d d l e o f p i p e w a l l . ( R e i n - f o r c e m e n t = 0 . 0 8 s q u a r e i n c h e s / f t ) , w i t h 0 % fi b e r . 3 . S a m e a s 2 , w i t h 2 % fi b e r t y p e I ( 1 5 x 0 . 3 m m ) 3 ’ . S a m e a s 3 4 . S a m e a s 2 , w i t h 2 % fi b e r t y p e I I ( 1 2 x 0 . 2 m m ) 5 . S a m e a s 2 , w i t h 0 % fi b e r w i t h o u t s t e e l r e i n f o r c e m e n t . 6 . S a m e a s 2 , w i t h 2 % fi b e r t y p e I ( 1 5 x 0 . 3 m m ) w i t h o u t s t e e l r e i n f o r c e m e n t . A l l p i p e s i n s e c o n d s e r i e s o f p r o d u c t i o n h a d t h e i n t e r n a l d i a m e t e r o f 2 7 i n c h e s , w a l l t h i c k n e s s o f 4 i n c h e s , a n d l e n g t h o f 8 . 5 f e e t . T h e r e i n f o r c i n g s t e e l c a g e w a s 3 x 6 - W 2 x W 2 . 5 ( W 2 c i r c u m f e r e n t i a l & W 2 . 5 l o n g i t u d i n a l ) . R e l a t i v e l y c o a r s e fi b e r s ( 1 5 x 0 . 3 m m o r 1 2 x 0 . 2 m m ) w e r e u s e d i n t h e s e c o n d s e r i e s o f p r o d u c t i o n a t 2 % v o l u m e f r a c t i o n . A l l c o n c r e t e m i x t u r e s i n c o r p o r a t e d fi n e p o z z o l a n a n d p o l y m e r e m u l s i o n . T h e c o n c r e t e m i x - t u r e s i n c o r p o r a t e d ( c e m e n t + fi n e p o z z o l a n ) fl y a s h a n d p o l y m e r e m u l s i o n c o n t e n t s o f 4 3 7 . 5 , 1 4 2 . 4 a n d 5 8 l b / y d 3 , r e s p e c t i v e l y . T h e n o r m a l m i x f o r c o n c r e t e p i p e p r o d u c t i o n 1 2 0 c o m p r i s e d fi n e - t o - c o a r s e a g g r e g a t e r a t i o o f 1 . 5 , w i t h w a t e r c o n t e n t o f a b o u t 1 9 g a l - I o n s / y d 3 . I n t h e c a s e o f u n r e i n f o r c e d c o n c r e t e p i p e s , i n o r d e r t o e n h a n c e s t a b i l i t y o f fl e s h m i x f o r i m m e d i a t e d e m o l d i n g , t h e c o a r s e - t o - fi n d a g g r e g a t e r a t i o w a s a d j u s t e d t o 1 . 5 ( w i t h 1 8 9 6 l b / y d 3 c o a r s e a g g r e g a t e a n d 1 2 6 5 l b / y d 3 fi n e a g g r e g a t e ) , a n d t h e w a t e r c o n t e n t w a s r e d u c e d t o 1 6 g a l l o n s / y d ’ . T h e e x a c t w a t e r c o n t e n t u s e d i n d i f f e r e n t p i p e f o r m u l a - t i o n s w a s a d j u s t e d t h r o u g h o u t t h e t r i a l p r o d u c t i o n r u n s i n l i g h t o f t h e e x p e r i e n c e g a i n e d d u r i n g t h e p r o c e s s . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t “ w o r k a b i l i t y ” i s a n a p p l i c a t i o n - s p e c i fi c t e r m ; a n a c c e p t a b l e w o r k a b i l i t y d e p e n d s s t r o n g l y o n a c t u a l p r o d u c t i o n c o n d i t i o n s a n d d e m a n d s , w h i c h c a n n o t b e e a s i l y r e p r o d u c e d i n l a b o r a t o r y . I n s o m e c a s e s , s o m e b a l l i n g o f fi b e r s w a s o b s e r v e d , w h i c h c o u l d h a v e b e e n r e d u c e d w i t h p r i o r w e t t i n g o f fi b e r s , a d j u s t m e n t o f m i x i n g s e q u e n c e s a n d d u r a t i o n s , a n d a l s o b y i n c r e a s i n g t h e p a s t e c o n t e n t o f t h e m i x . T h e a d j u s t m e n t s i n c o n c r e t e m i x l i s t e d b e l o w w e r e m a d e t o m e e t t h e w o r k a b i l i t y r e q u i r e m e n t s u n d e r i n d u s t r i a l - s c a l e p r o d u c t i o n c o n d i t i o n s . 0 . T h e c o n c r e t e m a t r i x w a s t h e n o r m a l o n e u s e d f o r r e i n f o r c e d c o n c r e t e p i p e s , e x c e p t t h a t t h e fi n e p o z z o l a n a n d p o l y m e r e m u l s i o n w e r e i n t r o d u c e d ( a t h a l f t h e d e s i r e d d o s a g e ) . 1 . T h e c o n c r e t e m a t r i x w a s t h e n o r m a l m i x m o d i fi e d w i t h fi n e p o z z o l a n a n d p o l y m e r e m u l s i o n . 2 . S a m e c o n c r e t e m a t r i x a s P i p e 1 , b u t w i t h s l i g h t l y i n c r e a s e d w a t e r c o n t e n t . 3 . S a m e c o n c r e t e m a t r i x a s P i p e 1 . 3 ’ . S a m e m i x a s P i p e 1 . 1 2 1 4 . S a m e c o n c r e t e m a t r i x a s p i p e 1 ; t h i s p i p e ( w i t h 2 % v o l u m e f r a c t i o n o f 1 2 x 0 . 2 m m fi - b e r s ) c o u l d n o t b e c o m p a c t e d . 5 . A g g r e g a t e p r o p o r t i o n s w a s m o d i fi e d f o r p r o d u c t i o n o f p l a i n p i p e , w i t h fi n e p o z z o l a n a n d p o l y m e r e m u l s i o n a d d e d a t n o r m a l d o s a g e s . 6 . S a m e c o n c r e t e m a t r i x a s P i p e 5 . T h e e x p e r i e n c e g a i n e d w i t h i n d u s t r i a l - s c a l e p r o d u c t i o n o f r e fi n e d c o n c r e t e p i p e f o r m u l a - t i o n s h i g h l i g h t e d t h e c r i t i c a l s i g n i fi c a n c e o f t a i l o r i n g t h e p a s t e a n d p l a s t i c i z e r c o n t e n t s i n t h e p r e s e n c e o f h i g h e r v o l u m e f r a c t i o n s o f fi n e r fi b e r s i n o r d e r t o m e e t t h e w o r k a b i l i t y r e q u i r e m e n t s i n c o n c r e t e p i p e p r o d u c t i o n . T h e c o n c r e t e p i p e s p r o d u c e d i n t h e p l a n t w e r e s t e a m - c u r e d a t 1 4 0 ° F f o r 1 0 h o u r s , a n d w e r e p r e p a r e d f o r t h e p e r f o r m a n c e o f t h r e e - e d g e b e a r i n g t e s t s w h i c h w i l l r e fl e c t o n t h e i r l o a d - b e a r i n g c a p a c i t y a n d a l s o t o u g h n e s s f o r d a m a g e c o n t r o l d u r i n g t r a n s p o r t a t i o n a n d h a n d l i n g . 1 2 2 3 . 2 E x p e r i m e n t a l E v a l u a t i o n o f C o n c r e t e P i p e s T w o s e t s o f t e s t s w e r e p e r f o r m e d o n c o n c r e t e p i p e s . ( i n N o r t h e r n C o n c r e t e P i p e I n c . f a c i l - i t y i n C h a r l o t t e , M I ) . T h e t h r e e - e d g e b e a r i n g t e s t ) w a s p e r f o r m e d o n a l l p i p e s f o r a s - s e s s m e n t o f fl e x u r a l s t r e n g t h ( o r e x t e r n a l l o a d c r u s h i n g s t r e n g t h ) ; j o i n t s h e a r c a p a c i t y t e s t s w e r e p e r f o r m e d o n s o m e p i p e s i n t h e fi r s t s e r i e s . 3 . 2 . 1 T h r e e - E d g e B e a r i n g T e s t P r o c e d u r e s I n t h e t h r e e - e d g e — b e a r i n g t e s t , t h e p i p e i s s u p p o r t e d o n a l o w e r b e a r i n g o f t w o p a r a l l e l l o n g i t u d i n a l s t r i p s , a n d t h e l o a d i s a p p l i e d u n i f o r m l y a l o n g t h e p i p e l e n g t h u s i n g a n u p p e r b e a r i n g s t r i p . B o t h t h e l o w e r a n d t h e u p p e r b e a r i n g s t r i p s a r e e x t e n d e d t h e f u l l l e n g t h o f t h e p i p e . F i g u r e 3 . 1 1 t h r o u g h 3 . 1 2 , a n d 3 . 1 3 s h o w t h e t h r e e - e d g e b e a r i n g t e s t c o n fi g u r a - t i o n , a n d F i g u r e 3 . 1 4 s h o w s t h e b e a r i n g s t r i p s . _ R I G I D S T E E L M E M B E R P I P E . W A L L ‘ « - . . , . B E A R I N G S T R I P S ‘ ‘ - ' ' F i g u r e 3 . 1 1 . S c h e m a t i c s o f 3 - E d g e B e a r i n g T e s t S e t - U p . F i g u r e 3 . 1 2 . 3 - E d g e B e a r i n g T e s t S e t - U p . 1 2 3 F i g u r e 3 . 1 3 . F r o n t V i e w o f 3 - E d g e B e a r i n g T e s t . F i g u r e 3 . 1 4 . L o a d i n g S t r i p s i n 3 - E d g e B e a r i n g T e s t T h e o b j e c t i v e s i n t h e t h r e e - e d g e t e s t a r e t o d e t e r m i n e t h e l o a d c o r r e s p o n d i n g t o 0 . 0 1 ” c r a c k w i d t h , a n d a l s o t h e p e a k l o a d - c a r r y i n g c a p a c i t y o f c o n c r e t e p i p e s . W i t h a d d i t i o n a l i n s t r u m e n t a t i o n , w e a l s o o b t a i n e d t h e l o a d - d e fl e c t i o n b e h a v i o r o f p i p e s d u r i n g t e s t s , w h i c h c a n b e u s e d t o a s s e s s t h e i r d u c t i l i t y a n d e n e r g y a b s o r p t i o n c a p a c i t y . A c o m p u t e r - b a s e d d a t a a c q u i s i t i o n s y s t e m w a s u s e d t o c o l l e c t t h e o u t p u t s o f a l o a d c e l l ( F i g u r e 3 . 1 5 ) a n d a d i s p l a c e m e n t t r a n s d u c e r ( F i g u r e 3 . 1 6 ) t h r o u g h o u t e a c h p i p e t e s t . F i g u r e 3 . 1 5 . L o a d C e l l F i g u r e 3 . 1 6 . D i s p l a c e m e n t T r a n s d u c e r 1 2 4 U n d e r i n c r e a s i n g l o a d l e v e l s i n 3 - e d g e b e a r i n g t e s t , fi r s t v e r t i c a l c r a c k s d e v e l o p i n s i d e t h e p i p e a t i n v e r t a n d c r o w n l o c a t i o n s a s s h o w n i n F i g u r e 3 . 1 7 . F u r t h e r i n c r e a s e i n l o a d g e n - e r a t e s h o r i z o n t a l s i d e c r a c k s o n t h e o u t s i d e s u r f a c e o f p i p e s ( F i g u r e s 3 . 1 8 a n d 3 . 1 9 ) . T h e l o a d c o r r e s p o n d i n g t o 0 . 0 1 ” c r a c k w i d t h w a s d e t e r m i n e d t h r o u g h m o n i t o r i n g o f t h e w i d t h o f t h e fi r s t ( v e r t i c a l ) c r a c k f o r m e d o n t h e p i p e ( F i g u r e 3 . 2 0 ) . P i p e s w i t h s t e e l r e i n f o r c e - m e n t e x h i b i t a d e s i r a b l e d u c t i l e b e h a v i o r w h i l e t h o s e w i t h o u t s t e e l r e i n f o r c e m e n t ( a n d a l s o w i t h o u t d e s i r a b l e fi b e r r e i n f o r c e m e n t c o n d i t i o n ) f a i l i n a b r i t t l e m o d e ( F i g u r e s 3 . 2 ] a n d 3 . 2 2 ) i n t h e c o n v e n t i o n a l t h r e e - e d g e b e a r i n g t e s t . ' w i f e ‘ s F i g u r e 3 . 1 7 . F i r s t V e r t i c a l C r a c k I n s i d e o f t h e P i p e F i g u r e 3 . 1 8 . S e c o n d H o r i z o n t a l C r a c k O u t s i d e o f t h e P i p e F i g u r e 3 . 1 9 . G l o b a l V i e w o f S e c o n d F i g u r e 3 . 2 0 . C r a c k W i d t h M e a s u r e m e n t H o r i z o n t a l C r a c k 1 2 5 F i g u r e 3 . 2 1 . B r i t t l e F a i l u r e o f U n r e i n f o r c e d P i p e F i g u r e 3 . 2 2 . A n o t h e r V i e w o f F a i l e d U n r e i n f o r c e d P i p e 3 . 2 . 2 T h r e e - E d g e B e a r i n g T e s t R e s u l t s T h e p i p e s w h i c h w e r e p r o d u c e d s u c c e s s f u l l y d u r i n g t h e fi r s t s e r i e s o f p i p e p r o d u c t i o n a r e i n t r o d u c e d i n T a b l e 3 . 1 . F i g u r e s 3 . 2 3 a n d 3 . 2 4 p r e s e n t t h e l o a d - d e fl e c t i o n c u r v e s f o r p i p e s w i t h a n d w i t h o u t s t e e l r e i n f o r c e m e n t , r e s p e c t i v e l y , i n t h r e e - e d g e b e a r i n g t e s t s . T h e l o a d s c o r r e s p o n d i n g t o t h e fi r s t c a r c k , 0 . 0 1 ” c r a c k w i d t h , p e a k c a p a c i t y , a n d p o s t - p e a k r e g i o n o f c o n c r e t e p i p e s a r e s u m m a r i z e d i n T a b l e 3 . 2 . F i g u r e 3 . 2 5 p r e s e n t s t h e l o a d a t 0 . 0 1 ” c r a c k w i d t h a n d t h e p e a k l o a d o f d i f f e r e n t p i p e s . T a b l e 3 . 1 . S u c c e s s f u l l y P r o d u c e d S e r i e s O n e P i p e s . T Y P E ] : L = 6 m m , D = 0 . 0 2 6 m m , T Y P E 1 1 : L = 1 2 m m , D = 0 . I m m 1 2 6 m m 0 1 0 2 0 3 0 4 0 8 0 0 0 0 : r r t w 3 5 0 0 0 0 7 0 0 0 0 5 - 3 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 . » 2 5 0 0 0 0 5 0 0 0 0 ‘ 3 , ~ — 2 0 0 0 0 0 2 U 3 4 0 0 0 0 - ' - - 1 5 0 0 0 0 3 0 0 0 0 - 2 0 0 0 0 — — 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 ~ ~ 5 0 0 0 0 0 I I . I I I 7 I I 0 0 ( 1 2 ( L 4 ( 1 6 ( 1 8 1 ‘ L 2 ‘ L 4 ‘ L 6 ‘ L 8 D e fl e c t i o n , i n l C m a n e - — - P m e 1 - - - - - P m e 2 - - P m e 3 - - P m e 4 - - P m e 5 | F i g u r e 3 . 2 3 . L o a d - D e fl e c t i o n C u r v e s i n T h r e e - E d g e B e a r i n g T e s t s o n F i r s t S e r i e s P i p e s w i t h S t e e l R e i n f o r c e m e n t . m m 0 1 2 3 4 5 6 7 8 6 0 0 0 0 ' ' . . 1 , . . L 2 5 0 0 0 0 5 0 0 0 0 ~ . ' \ . 2 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 « . ' t . n ‘ 1 : 3 . t “ - 1 5 0 0 0 0 3 3 0 0 0 0 ~ x z . r ' \ ' \ . 1 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 — \ \ ‘ t k w . _ 5 0 0 0 0 1 0 0 0 0 ~ . \ “ . 0 . E 4 K 0 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 D e fl e c t i o n , i n [ P i p e 6 P i p e 7 - - - - - P i p e S J F i g u r e 3 . 2 4 . L o a d - D e fl e c t i o n C u r v e s i n T h r e e - E d g e B e a r i n g T e s t s o n F i r s t S e r i e s P i p e s W i t h o u t S t e e l R e i n f o r c e m e n t . 1 2 7 T a b l e 3 . 2 . S u m m a r y P r e s e n t a t i o n o f D i fi e r e n t L o a d L e v e l s i n T h r e e - E d g e B e a r i n g T e s t s o n P i p e s o f F i r s t S e r i e s . P o s s i b l e F i r s t C r a c k L o a d 0 . 0 1 " P e a k L o a d M a x i m u m P o s t - P i p e 8 0 0 0 0 7 0 0 0 0 « 6 0 0 0 0 - - 7 . 9 5 0 0 0 0 . 7 0 % ' . < 5 . 2 5 7 / g g / I 0 . 0 1 " C r a c k 3 0 0 0 0 - / é 2 0 0 0 0 « i f ? R ? 1 0 0 0 0 . 4 4 / d ‘ f l 8 a g a C o n t r o l # 1 # 2 # 3 # 4 # 5 F i g u r e 3 . 2 5 . L o a d s C o r r e s p o n d i n g t o 0 . 0 1 ” C r a c k W i d t h a n d P e a k C a p a c i t y o f D i j fi r e n t P i p e s o f F i r s t S e r i e s . T h e t h r e e - e d g e h e a r i n g t e s t r e s u l t s f o r t h e fi r s t s e r i e s o f p i p e s p r e s e n t e d a b o v e i n d i c a t e s t h a t : 1 2 8 1 . C o m p a r i s o n o f t h e C o n t r o l P i p e V e r s u s P i p e # 1 p r o v i d e s a b a s i s t o d e t e r m i n e t h e e f f e c t s o f m i n e r a l a n d c h e m i c a l a d m i x t u r e s ( w i t h o u t fi b e r s ) o n s t r u c t u r a l p e r f o r m - a n c e o f c o n c r e t e p i p e s . A d d i t i o n o f m i n e r a l a n d c h e m i c a l a d m i x t u r e s f o r e n - h a n c e m e n t o f t h e r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e t o m i c r o b i a l - i n d u c e d c o r r o s i o n d o e s n o t c o m p r o m i s e t h e s t r u c t u r a l p e r f o r m a n c e o f c o n c r e t e p i p e s . T h e c o n t r o l c o n c r e t e p i p e ( w i t h c o n v e n t i o n a l c o n c r e t e m i x — w i t h o u t fi b e r s ) a n d P i p e 1 ( w i t h r e fi n e d c o n c r e t e m i x — w i t h o u t fi b e r s ) p r o v i d e s i m i l a r p e r f o r m a n c e a t t r i b u t e s ( w i t h t h e r e - fi n e d m i x o f f e r i n g s l i g h t l y h i g h e r l o a d l e v e l s ) . P i p e s # 2 , # 3 a n d # 4 w e r e p r o d u c e d a n d t e s t e d i n o r d e r t o d e t e r m i n e t h e e f f e c t s o f fi b e r r e i n f o r c e m e n t o n c o n c r e t e p i p e s w i t h o n e l a y e r o f s t e e l r e i n f o r c e m e n t . C o m p a r i s o n o f t h e s e p i p e s w i t h P i p e # 1 a l s o p r o v i d e s a b a s i s t o a s s e s s t h e p o t e n - t i a l o f fi b e r s t o p a r t i a l l y r e p l a c e s t e e l r e i n f o r c e m e n t ( i . e . , t o r e d u c e t h e r e q u i r e d n u m b e r o f s t e e l l a y e r s f r o m t w o t o o n e ) . F i b e r r e i n f o r c e m e n t i s o b s e r v e d t o s u b - s t a n t i a l l y e n h a n c e t h e l o a d a t 0 . 0 1 ” c r a c k w i d t h a n d a l s o t h e p e a k l o a d o f p i p e s w i t h o n e l a y e r o f s t e e l ( c o m p a r e fi b e r r e i n f o r c e d P i p e s # 3 , # 4 & # 3 v e r s u s P i p e # 2 w h i c h i s w i t h o u t fi b e r r e i n f o r c e m e n t ) . W h e n c o m p a r e d w i t h P i p e # 1 w i t h t w o l a y e r s o f s t e e l ( w i t h o u t fi b e r s ) , t h e fi b e r r e i n f o r c e d p i p e s w i t h o n e l a y e r o f s t e e l ( P i p e s # 3 & # 4 ) p r o v i d e i n c r e a s e d l e v e l o f l o a d a t 0 . 0 1 ” c r a c k w i d t h . H e n c e , a s f a r a s t h e l o a d a t 0 . 0 1 ” c r a c k w i d t h i s c o n c e r n e d , fi b e r r e i n f o r c e m e n t o f c o n c r e t e p i p e s c a n r e d u c e t h e r e q u i r e d a m o u n t o f s t e e l r e i n f o r c e m e n t f r o m t w o l a y e r s t o o n e . A s f a r a s t h e p e a k l o a d i s c o n c e r n e d , h o w e v e r , fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e p i p e s w i t h o n e l a y e r o f s t e e l ( P i p e s # 3 , # 4 & # 5 ) p r o v i d e s o m e w h a t ( a b o u t 1 5 % ) l o w e r l e v e l o f p e a k c a p a c i t y w h e n c o m p a r e d w i t h t h e p i p e w i t h t w o l a y e r o f s t e e l 1 2 9 a n d w i t h o u t fi b e r r e i n f o r c e m e n t ( P i p e # 1 ) . I n o u r o p i n i o n , t h e k e y p e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t s o f c o n c r e t e p i p e s a r e t h e l o a d a t 0 . 0 1 ” c r a c k w i d t h ( w h i c h m a r k s t h e l o a d b e y o n d w h i c h p i p e i s n o m o r e f u n c t i o n a l ) a n d d u c t i l i t y ( w h i c h r e fl e c t s o n t h e a b i l i t y o f p i p e t o r e s i s t b r i t t l e a n d c a t a s t r o p h i c m o d e s o f f a i l u r e d u r i n g t r a n s p o r t a - t i o n , i n s t a l l a t i o n a n d s e r v i c e ) . T h e p e a k l o a d r e q u i r e m e n t c o u l d w e l l b e a n i n d i - r e c t m e a s u r e o f d u c t i l i t y . P i p e s w i t h o n e l a y e r o f s t e e l a n d fi b e r s ( P i p e s # 3 , # 4 & # 5 ) a c t u a l l y p r o v i d e a h i g h e r l e v e l o f d u c t i l i t y ( p o s t - p e a k l o a d - c a r r y i n g c a p a c i t y ) w h e n c o m p a r e d w i t h t h e p i p e w i t h t w o l a y e r s o f s t e e l a n d n o fi b e r r e i n f o r c e m e n t ( P i p e # 1 ) . I t i s t h u s o u r c o n c l u s i o n t h a t s y n t h e t i c fi b e r s c a n r e d u c e t h e s t e e l r e i n - f o r c e m e n t r e q u i r e m e n t s ( a n d t h u s i n c r e a s e t h e p r o t e c t i v e c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s o v e r s t e e l ) , w h i c h c a n m a k e m a j o r c o n t r i b u t i o n s t o t h e l o n g e v i t y o f c o n c r e t e p i p e s i n a g g r e s s i v e s a n i t a r y s e w e r e n v i r o n m e n t s . . T h e t e s t r e s u l t s o n P i p e s # 3 , # 4 a n d # 5 p r o v i d e a b a s i s t o c o m p a r e t h e e f f e c t s o f d i f f e r e n t fi b e r v o l u m e f r a c t i o n s a n d g e o m e t r i c a t t r i b u t e s i n c o n c r e t e p i p e s w i t h ( o n l a y e r o f ) s t e e l r e i n f o r c e m e n t . T h e i n c r e a s e i n t h e fi n e r fi b e r ( T y p e 1 ) v o l u m e f r a c t i o n f r o m 1 % ( P i p e # 2 ) t o 1 . 5 % ( P i p e # 3 ) r e s u l t e d i n a b o u t 1 5 % g a i n i n l o a d l e v e l s a t 0 . 0 1 ” c r a c k w i d t h , p e a k , a n d p o s t - p e a k r e g i o n . T h e 5 0 % i n c r e a s e i n fi n e r fi b e r d o s a g e d o e s n o t p r o d u c e a s i m i l a r p e r c e n t a g e i n c r e a s e i n l o a d l e v e l s b e c a u s e , b a s e d o n o b s e r v a t i o n s o f r u p t u r e d c o n c r e t e p i p e s u r f a c e s , s o m e fi b e r d i s p e r s i o n p r o b l e m s s t a r t t o a p p e a r a t 1 % v o l u m e o f fi n e r fi b e r s ; t h e s e p r o b l e m s t e n d t o b e m o r e p r o n o u n c e d a t 1 . 5 % fi b e r v o l u m e f r a c t i o n . A c o m p a r i s o n o f t h e fi n e r ( T y p e 1 ) fi b e r u s e d i n P i p e # 3 v e r s u s t h e c o a r s e r fi b e r ( T y p e I I ) u s e d i n P i p e # 5 s u g g e s t s t h a t t h e c o a r s e r fi b e r i s p r o b a b l y m o r e s u i t a b l e f o r t h e h i g h - 1 3 0 p e r f o r m a n c e , d r y - m i x c o n c r e t e p r o p o r t i o n s c o m m o n l y u s e d f o r p i p e p r o d u c t i o n . C o a r s e r fi b e r s p r o v i d e r e d u c e d fi b e r d i s p e r s i o n p r o b l e m s ; t h e y a l s o e x h i b i t s o m e l e v e l o f fi b e r p u l l - o u t ( c o m p a r e d t o fi n e r fi b e r s w h i c h a l m o s t e x c l u s i v e l y r u p t u r e a t c r a c k e d c o n c r e t e s e c t i o n s ) . F i b e r p u l l - o u t , a s f a r a s i t o c c u r s w i t h s u f fi c i e n t b o n d s t r e n g t h t o m o b i l i z e a s u b s t a n t i a l fi a c t i o n o f fi b e r r u p t u r e s t r e n g t h , i s p r e - f e r r e d b e c a u s e i t p r o v i d e s f o r a m o r e d u c t i l e m o d e o f f a i l u r e . . P i p e s # 6 , # 8 & # 9 p r o v i d e a b a s i s t o a s s e s s t h e p o t e n t i a l o f fi b e r s t o o v e r c o m e t h e b r i t t l e m o d e o f f a i l u r e i n p l a i n c o n c r e t e p i p e s ( w i t h o u t s t e e l r e i n f o r c e m e n t ) . M a n y c o n c r e t e p i p e s d o n o t n e e d s t e e l r e i n f o r c e m e n t f o r l o a d - c a r r y i n g c a p a c i t y . S t e e l i s a d d e d t o t h e s e p i p e s ( w i t h i m p o r t a n t c o s t i m p l i c a t i o n s ) m a i n l y t o a v o i d d a m a g e t o t h e s e b r i t t l e p i p e s d u r i n g t r a n s p o r t a t i o n a n d i n s t a l l a t i o n . S y n t h e t i c fi - b e r s c o u l d b e a c o s t - e f f e c t i v e r e p l a c e m e n t f o r s t e e l a s f a r a s t h e y e n s u r e d u c t i l i t y o f p i p e f a i l u r e . I n t h e c a s e o f p l a i n c o n c r e t e p i p e s , w i t h c o n v e n t i o n a l h y d r a u l i c l o a d i n g s y s t e m s u s e d i n t h r e e - e d g e b e a r i n g t e s t s , t h e g a i n s i n d u c t i l i t y w i t h 0 . 5 % fi b e r v o l u m e f r a c t i o n ( P i p e s # 8 & # 9 ) a r e r e l a t i v e l y s m a l l ( c o m p a r e w i t h P i p e # 6 ) , a n d t h e p i p e s t i l l e x h i b i t s a b r i t t l e m o d e o f f a i l u r e . T h i s , h o w e v e r , c o u l d b e a r e - s u l t o f t h e l o a d - c o n t r o l l e d n a t u r e o f t h e h y d r a u l i c l o a d i n g s y s t e m s n o r m a l l y u s e d i n t h r e e - e d g e b e a r i n g t e s t s . T h e s e h y d r a u l i c s y s t e m s ( a s w e l l a s t h e t e s t f r a m e ) a c t a s a s p r i n g w i t h i n w h i c h m e c h a n i c a l e n e r g y a c c u m u l a t e s a s t h e p e a k l o a d i s a p p r o a c h e d . A l t h o u g h t h e fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e p i p e s ( w i t h o u t s t e e l r e i n - f o r c e m e n t ) m a y h a v e s o m e l e v e l o f p o s t - p e a k c a p a c i t y a v a i l a b l e ( a n d m a y a c t u - a l l y b e f a r m o r e r e s i s t a n t t o b r i t t l e m o d e s o f f a i l u r e d u r i n g t r a n s p o r t a t i o n a n d i n - s t a l l a t i o n ) , t h e e n e r g y a c c u m u l a t e d w i t h i n t h e h y d r a u l i c l o a d i n g s y s t e m ( a n d t e s t 1 3 1 f r a m e ) i s s u d d e n l y r e l e a s e d b e y o n d p e a k l o a d , y i e l d i n g s u d d e n f a i l u r e o f p i p e i r - r e s p e c t i v e o f s o m e l e v e l o f p o s t - p e a k d u c t i l i t y w h i c h i s p r o b a b l y p r o v i d e d t h r o u g h fi b e r r e i n f o r c e m e n t o f p l a i n c o n c r e t e p i p e s . I n o t h e r w o r d s , b r i t t l e m o d e o f f a i l u r e i n fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e p i p e s ( w i t h o u t s t e e l r e i n f o r c e m e n t ) i n t h r e e - e d g e b e a r i n g t e s t d o e s n o t n e c e s s a r i l y i m p l y t h a t t h e s e p i p e s a r e p r o n e t o d a m a g e d u r i n g t r a n s p o r t a t i o n a n d i n s t a l l a t i o n . T h i s h y p o t h e s i s n e e d s t o b e t e s t e d t h r o u g h i m p l e m e n t a t i o n o f e x p e r i m e n t s w h i c h m o r e c l o s e l y s i m u l a t e t h e d a m a g i n g e f f e c t s t h a t c o n c r e t e p i p e s e x p e r i e n c e d u r i n g t r a n s p o r t a t i o n a n d i n s t a l l a t i o n . T h e s e c o n d s e r i e s o f p i p e s , w h i c h w e r e p r o d u c e d s u c c e s s fi r l l y , a r e i n t r o d u c e d i n T a b l e 3 . 3 . T h e l o a d s c o r r e s p o n d i n g t o 0 . 0 1 ” c r a c k w i d t h a s w e l l a s t h e fi r s t - c r a c k a n d p e a k l o a d s a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 3 . 4 . F i g u r e s 3 . 2 6 a n d 3 . 2 7 s h o w t h e l o a d - d e fl e c t i o n c u r v e s i n t h r e e - e d g e b e a r i n g t e s t s f o r t h e s e c o n d s e r i e s o f s t e e l r e i n f o r c e d a n d p l a i n c o n c r e t e p i p e s , r e s p e c t i v e l y . T h e l o a d s c o r r e s p o n d i n g t o 0 . 0 1 ” c r a c k w i d t h a s w e l l a s t h e p e a k l o a d s f o r t h e s e c o n d s e r i e s o f p i p e s a r e s u m m a r i z e d i n F i g u r e 3 . 2 8 . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e p l a i n c o n c r e t e p i p e # 6 w i t h 2 % v o l u m e f r a c t i o n o f c o a r s e ( 1 5 x 0 . 3 m m ) P V A fi - b e r r e i n f o r c e m e n t , u n l i k e a l l c o n c r e t e p i p e s t e s t e d u n d e r b o t h fi r s t a n d s e c o n d s e r i e s , d i d n o t f a i l i n a v e r y b r i t t l e ( a l m o s t e x p l o s i v e ) w a y i n t h r e e - e d g e b e a r i n g t e s t ; r e i n f o r c e m e n t w i t h 2 % v o l u m e f r a c t i o n o f t h e c o a r s e ( 1 5 x 0 . 3 m m ) fi b e r o f f e r s t h e p r o m i s e t o c o n t r o l d a m a g e t o p l a i n c o n c r e t e p i p e s d u r i n g h a n d l i n g , t r a n s p o r t a t i o n a n d i n s t a l l a t i o n . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t p i p e s w i t h o n e l a y e r o f s t e e l r e i n f o r c e m e n t e x h i b i t e d , a f t e r t e s t i n g i n t h r e e - e d g e b e a r i n g t e s t , a h i g h e r l e v e l o f i n t e g r i t y a n d r e s i s t a n c e t o c a t a s t r o p h i c f a i l u r e w h e n r e i n f o r c e d w i t h 2 % v o l u m e f r a c t i o n o f c o a r s e ( 1 5 x 0 . 3 m m ) P V A fi b e r s . 1 3 2 T a b l e 3 . 3 . S u c c e s s f u l l y P r o d u c e d S e r i e s T w o P i p e s . P I P E S T E E L R E I N F O R C E M E N T F I B E R C O N T E N T # 0 T W O L A Y E R S 0 % # 1 T W O L A Y E R S 0 % # 2 O N E L A Y E R 0 % # 3 O N E L A Y E R 2 % T Y P E I # 3 ' O N E L A Y E R 2 % T Y P E I # 5 N O S T E E L R E I N F O R C E M E N T 0 % # 6 N O S T E E L R E I N F O R C E M E N T 2 % T Y P E I T Y P E ] : L = I 5 m m , D = 0 . 3 m m T a b l e 3 . 4 . S u m m a r y P r e s e n t a t i o n o f D i f f e r e n t L o a d L e v e l s i n T h r e e - E d g e B e a r i n g T e s t s o n P i p e s o f S e c o n d S e r i e s . . P o s s i b l e F i r s t C r a c k L o a d @ 0 . 0 1 " P e a k L o a d P i p e L o a d ( l b ) C r a c k ( l b ) ( l b ) # 0 4 7 5 0 0 5 2 5 0 0 8 5 5 0 0 # 1 4 7 5 0 0 5 5 0 0 0 8 7 5 0 0 # 2 4 5 0 0 0 4 5 0 0 0 4 5 5 0 0 # 3 6 0 0 0 0 6 0 3 0 0 6 0 5 0 0 # 3 ’ 5 5 0 0 0 5 7 5 0 0 5 7 7 0 0 # 5 4 6 2 5 0 4 6 2 5 0 4 6 2 5 0 # 6 5 3 5 0 0 5 3 5 0 0 5 3 5 0 0 m m 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 9 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 ~ — 3 5 0 0 0 0 7 0 0 0 0 “ l R e i n f . L a y e r ~ 3 0 0 0 0 0 £ 6 0 0 0 0 — ' - ' ~ » _ M fl H E _ . — - — - — ~ . 2 % F i b e r _ 2 5 0 0 0 0 E 5 0 0 0 0 4 2 0 0 0 0 0 2 3 4 0 0 0 0 - l R e i n f . L a y e r . ' i 0 . » — 3 0 0 0 0 - v \ 2 / o F r b e r C o n c . 1 5 0 0 0 0 2 0 0 0 0 - 1 R e i n f . L a y e r E 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 P l a i n C o n e . ~ 5 0 0 0 0 0 . 1 . O 0 0 . 5 1 1 . 5 2 D e fl e c t i o n , i n . 1 3 3 b l . d a o L F i g u r e 3 . 2 6 . L o a d - D e fl e c t i o n C u r v e s i n T h r e e - E d g e B e a r i n g T e s t s o n S e c o n d - S e r i e s P i p e s w i t h S t e e l R e i n f o r c e m e n t m m , . 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 m 1 m 6 0 0 0 0 . = . . ' . 1 I I I ~ 2 5 0 0 0 0 . 1 3 2 2 : e 2 % F i b e r - 1 5 0 0 0 0 2 3 3 0 0 0 0 - C o n c . A 2 0 0 0 0 _ - 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 - P l a i n ‘ 5 0 0 0 0 0 r 1 1 r 0 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 D e fl e c t i o n , i n F i g u r e 3 . 2 7 . L o a d - D e fl e c t i o n C u r v e s i n T h r e e - E d g e B e a r i n g T e s t s o n S e c o n d - S e r i e s P i p e s W i t h o u t S t e e l R e i n f o r c e m e n t . 1 0 0 0 0 0 9 0 0 0 0 8 0 0 0 0 7 0 0 0 0 6 0 0 0 0 5 0 0 0 0 4 0 0 0 0 3 0 0 0 0 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 # 0 # 1 # 2 # 3 # 3 ' # 5 # 6 P l p e E 0 . 0 1 " C r a c k I ] P e a k F i g u r e 3 . 2 8 . L o a d s C o r r e s p o n d i n g t o 0 . 0 1 ” C r a c k W i d t h a n d P e a k C a p a c i t y o f D i fl e r e n t P i p e s o f S e c o n d S e r i e s . 1 3 4 T e s t r e s u l t s o n s e c o n d s e r i e s o f p i p e s ( T a b l e s 3 . 3 a n d 3 . 4 a n d F i g u r e s 3 . 2 6 t h r o u g h 3 . 2 8 ) y i e l d e d t h e f o l l o w i n g c o n c l u s i o n s : 1 . C o a r s e r fi b e r s ( 1 5 x 0 . 3 m ) c a n b e m o r e c o n v e n i e n t l y i n t r o d u c e d a t r e l a t i v e l y h i g h v o l u m e fi ' a c t i o n s ( 2 % ) i n t o c o n c r e t e m i x t u r e s u s e d i n d r y - c a s t m e t h o d o f p i p e p r o d u c t i o n . T h e fi n a l s e l e c t i o n o f a d d i t i v e s f o r e n h a n c e m e n t o f c o n c r e t e r e - s i s t a n c e t o m i c r o b i a l - i n d u c e d c o r r o s i o n ( fi n e p o z z o l a n a n d p o l y m e r e m u l s i o n ) i s a l s o c o m p a t i b l e w i t h c o n v e n t i o n a l m e t h o d O f p i p e p r o d u c t i o n . F i n e r fi b e r s r e - q u i r e i n c r e a s e d p a s t e a n d p l a s t i c i z e r c o n t e n t s f o r u n i f o r m d i s p e r s i o n i n c o n c r e t e m i x t u r e s w h i c h e x h i b i t a d e q u a t e w o r k a b i l i t y f o r c o n v e n i e n t c o m p a c t i o n i n c o n - c r e t e p i p e p r o d u c t i o n . F i g u r e 3 . 2 9 . a s h o w s a f a i l u r e s u r f a c e o f c o n c r e t e w h e r e t h e u n i f o r m d i s p e r s i o n o f c o a r s e r fi b e r s i s a p p a r e n t ; m i n o r b a l l i n g o f fi b e r s d u r i n g p r o d u c t i o n w a s o b s e r v e d ( F i g u r e 3 . 2 9 . b ) , w h i c h c o u l d b e r e s o l v e d t h r o u g h m i n o r i n c r e a s e i n p a s t e c o n t e n t o f c o n c r e t e a n d a l s o b y ' p r e - w e t t i n g o f t h e h y d r o p h o b i c P V A fi b e r s . T h e c o a r s e r P V A fi b e r e x h i b i t e d a p r e v a l e n t t e n d e n c y t o w a r d s p u l l - o u t a t c r a c k s w h i l e t h e fi n e r P V A fi b e r s p r e d o m i n a n t l y r u p t u r e d a t c r a c k s . T h e c o a r s e r fi b e r t h u s p r o v i d e a m o r e p r o n o u n c e d g a i n i n d u c t i l i t y a n d e n e r g y a b s o r p t i o n c a p a c i t y o f c o n c r e t e p i p e s , w h i c h c a n b e u s e d t o p r e v e n t b r i t t l e f a i l u r e o f p l a i n c o n c r e t e p i p e s a n d t h u s f a c i l i t a t e p r o d u c t i o n o f p l a i n p i p e s w h i c h a r e r e s i s t a n t t o d a m a g e d u r i n g h a n d l i n g , s h i p m e n t a n d i n s t a l l a t i o n . C o a r s e r fi b e r s w e r e m o r e e f f e c t i v e t h a n fi n e r fi b e r s i n e n h a n c i n g t h e l o a d i n t h r e e - e d g e b e a r i n g t e s t c o r r e s p o n d i n g t o 0 . 0 1 ” c r a c k w i t h o f s t e e l r e i n f o r c e d c o n c r e t e 1 3 5 p i p e s , a n d a l s o i n i n c r e a s i n g t h e p e a k l o a d o f p l a i n c o n c r e t e p i p e s . A s f a r a s t h e l o a d a t 0 . 0 1 ” c r a c k w i d t h i s c o n c e r n e d , c o a r s e ( a n d e v e n fi n e ) fi b e r s c o u l d r e p l a c e o n e l a y e r o f s t e e l i n p i p e s r e i n f o r c e d w i t h t w o l a y e r o f s t e e l ( t h u s a l l o w i n g a n i n - c r e a s e i n p r o t e c t i v e c o v e r t h i c k n e s s o f c o n c r e t e o v e r s t e e l ) . A s f a r a s t h e u l t i m a t e s t r e n g t h i n t h r e e - e d g e b e a r i n g t e s t i s c o n c e r n e d , h o w e v e r , o n e l a y e r o f s t e e l ( i n p i p e s w i t h t w o l a y e r s o f s t e e l r e i n f o r c e m e n t ) c o u l d n o t b e r e p l a c e d w i t h c o a r s e o r fi n e fi b e r s a t v o l u m e f r a c t i o n s a s h i g h a s 2 % . F i g u r e 3 . 2 9 . F i b e r D i s p e r s i o n C o n d i t i o n s . B e s i d e s t h e u l t i m a t e l o a d a n d t h e l o a d c o r r e s p o n d i n g t o 0 . 0 1 ” c r a c k w i d t h i n t h e t h r e e - e d g e b e a r i n g t e s t , t h e fi r s t - c r a c k l o a d w a s a l s o r e c o r d e d d u r i n g t h e t e s t s . F i g u r e s 3 . 3 0 . a a n d 3 . 3 0 . b p r e s e n t a l l r e c o r d e d l o a d l e v e l s i n t h e fi r s t a n d s e c o n d s e r i e s o f t e s t s , r e s p e c - t i v e l y . F o r l i g h t e r r e i n f o r c e m e n t c o n d i t i o n s , t h e fi r s t - c r a c k a n d 0 . 0 1 ” c r a c k l o a d s a r e r e l a t i v e l y c l o s e ; t h e d i f f e r e n c e w o u l d i n c r e a s e a t h i g h e r r e i n f o r c e m e n t r a t i o s . 1 3 6 ) b l ( d a o L ) b l ( d a o L l F i r s t C r a c k L o a d ( l b ) . 0 0 1 " C r a c k L o a d ( l b ) E l U l t i m a t e L o a d ( l b ) I C o n t r o l # 1 # 4 # 5 # 6 # 8 # 9 P i p e : ( a ) F i r s t S e r i e s o f P i p e T e s t s 1 0 0 0 0 0 l F l r s t C r a c k L o a d ( l b ) I 0 . 0 1 “ C r a c k L o a d ( l b ) D U l t l m a t e L o a d ( l b ) I 9 0 0 0 0 8 0 0 0 0 - 7 0 0 0 0 . 6 0 0 0 0 5 0 0 0 0 4 0 0 0 0 3 0 0 0 0 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 i t 2 # 3 I t 3 ' P l p e s ( b ) S e c o n d S e r i e s o f P i p e T e s t s F i g u r e 3 . 3 0 . T h e F i r s t - C r a c k L o a d i n T h r e e - E d g e B e a r i n g T e s t s V e r s u s t h e 0 . 0 1 ” C r a c k W i d t h a n d t h e U l t i m a t e L o a d s . 1 3 7 3 . 2 . 3 J o i n t S h e a r T e s t s A n i n i t i a l a t t e m p t w a s m a d e t o c o n d u c t t h e j o i n t s h e a r t e s t s u s i n g t w o p i p e s , w i t h t h e t e s t p i p e p r o v i d i n g t h e i n t e r i o r c o m p o n e n t o f t h e j o i n t ( F i g u r e 3 . 3 1 ) . T h i s t e s t w o u l d b e s u c - c e s s f u l i f j o i n t f a i l s a s a r e s u l t o f t h e f a i l u r e o f i t s i n t e r i o r c o m p o n e n t ( o f t h e t e s t p i p e ) . W i t h fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e p i p e , h o w e v e r , t h r e e a t t e m p t s a t t h e s h e a r t e s t c o n fi g u r a - t i o n o f F i g u r e 3 . 3 1 r e s u l t e d i n f a i l u r e o f t h e e x t e r i o r c o m p o n e n t o f t h e j o i n t ( a p i p e w i t h - o u t fi b e r r e i n f o r c e m e n t p r o v i d e d t h i s e x t e r i o r c o m p o n e n t ) . T h e t e s t p i p e ( i n t e r i o r c o m - p o n e n t o f ) j o i n t d i d n o t f a i l a f t e r f e w a t t e m p t s . T h e t e s t c o n fi g u r a t i o n w a s t h u s c h a n g e d t o t h a t s h o w n i n F i g u r e 3 . 3 2 , w i t h a c o n c e n t r a t e d f o r c e a p p l i e d d i r e c t l y a t t h e e d g e o f t h e p i p e e n d . T h i s i s a n o n - s t a n d a r d t e s t , a n d t h e c o n c e r n i s t h a t t h e c o n c e n t r a t e d n a t u r e o f l o a d a n d t h e l o c a l f a i l u r e m e c h a n i s m ( F i g u r e s 3 . 3 2 - 3 . 3 6 ) l e a d t o l a r g e v a r i a t i o n s i n t e s t r e s u l t s . T h e r e s u l t s o f t h e j o i n t s h e a r t e s t c o n d u c t e d i n t h i s i n v e s t i g a t i o n s h o u l d t h u s b e t r e a t e d c a u t i o u s l y . ' . ? . fi . fi . fi . fi . fi r fl . fl 3 F i g u r e 3 . 3 1 . P i p e J o i n t T e s t U s i n g T w o P i p e s . F i g u r e 3 . 3 2 . C o n c e n t r a t e d L o a d T e s t o n P i p e E d g e . 1 3 8 F i g u r e 3 . 3 3 . C r a c k U n d e r C o n c e n t r a t e d L o a d . F i g u r e 3 . 3 4 . O v e r a l l C r a c k V i e w U n d e r C o n c e n t r a t e d L o a d . k " - r ’ : . , : 3 ? F i g u r e 3 . 3 5 . F a i l u r e U n d e r C o n c e n t r a t e d L o a d . F i g u r e 3 . 3 6 . E x t e n d e d F a i l u r e U n d e r C o n c e n t r a t e d L o a d . T h e S t e e l r e i n f o r c e m e n t o f c o n c r e t e p i p e s d o e s n o t e x t e n d i n t o t h e i n t e r i o r c o m p o n e n t o f j o i n t . F i b e r r e i n f o r c e m e n t , h o w e v e r , w o u l d b e p r e s e n t i n t h i s r e g i o n . T w o p i p e s w i t h o u t fi b e r r e i n f o r c e m e n t ( F i r s t - S e r i e s P i p e s # 1 & 3 ) a n d t w o p i p e s w i t h fi b e r r e i n f o r c e m e n t ( F i r s t - S e r i e s P i p e s # 4 & 5 ) w e r e t e s t e d i n t h i s i n v e s t i g a t i o n . F i g u r e 3 . 3 7 c o m p a r e s t h e a v e r a g e p e a k v a l u e s o f c o n c e n t r a t e d e d g e l o a d s a t f a i l u r e f o r p l a i n a n d fi b e r r e i n f o r c e d c o n d i t i o n s . O n t h e a v e r a g e , fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e p i p e s p r o v i d e m o r e t h a n 1 5 % i n - 1 3 9 b l , y t 1 - — - - i t c a p a C d a o L r a e h S c r e a s e i n c a p a c i t y w h e n j o i n t s h e a r i s a s s e s s e d a p p r o x i m a t e l y u s i n g t h e c o n c e n t r a t e d e d g e l o a d c o n fi g u r a t i o n o f F i g u r e 3 . 3 2 . 1 2 0 0 0 1 0 0 0 0 8 0 0 0 6 0 0 0 4 0 0 0 2 0 0 0 0 . _ : : v - 5 , . 1 - f - v f ‘ ; ' ~ ; ~ ' \ " | P l a i n C o n c F r b e r ( b n c F i g u r e 3 . 3 7 . P l a i n V s . F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e J o i n t S h e a r C a p a c i t y u n d e r C o n c e n - t r a t e d E d g e L o a d C o n f i g u r a t i o n ( m e a n v a l u e s a n d r a n g e s o f t e s t r e s u l t s ) . 1 4 0 3 . 3 D e s i g n a n d L i f e - C y c l e C o s t A n a l y s i s o f C o n c r e t e P i p e s w i t h S y n t h e t i c F i b e r a n d S t e e l R e i n f o r c e m e n t f o r I m p r o v e d D u r a b i l i t y T h e a n a l y t i c a l m o d e l s i n t r o d u c e d a b o v e w e r e u s e d t o d e s i g n c o n c r e t e p i p e s w i t h a c o m - b i n a t i o n o f s y n t h e t i c fi b e r a n d s t e e l r e i n f o r c e m e n t w h i c h p r o v i d e u l t i m a t e s t r e n g t h l e v e l s c o m p a r a b l e t o t h o s e o f c o n v e n t i o n a l p i p e s ( w i t h s t e e l r e i n f o r c e m e n t o n l y ) , b u t o f f e r a l a r g e r t h i c k n e s s o f p r o t e c t i v e c o n c r e t e c o v e r o v e r s t e e l . A l t e r n a t i v e d e s i g n s w i t h d i f f e r - e n t c o m b i n a t i o n s o f c o v e r t h i c k n e s s , s t e e l r e i n f o r c e m e n t r a t i o a n d s y n t h e t i c fi b e r v o l u m e f r a c t i o n s a r e i n t r o d u c e d i n T a b l e 3 . 5 ; t h e s e p i p e s w e r e d e s i g n e d w i t h c o a r s e r P V A fi b e r s o f 0 . 5 9 i n . ( 1 5 m m ) i n l e n g t h a n d 0 . 0 1 2 i n . ‘ ( 0 . 3 m m ) d i a m e t e r w h i c h w a s c o n v e n i e n t l y d i s p e r s e d i n f r e s h c o n c r e t e m i x a n d p r o v i d e d a d e s i r a b l e p u l l - o u t b e h a v i o r i n h a r d e n e d c o n c r e t e . A l l p i p e s i n t r o d u c e d i n T a b l e 3 . 5 w e r e d e s i g n e d f o r a n u l t i m a t e D - l o a d o f 4 5 2 2 l b / f t / f t ( 2 2 6 N / m / m m ) . T a b l e 3 . 5 . A l t e r n a t i v e D e s i g n s o f C o n c r e t e P i p e s w i t h D i fl e r e n t C o v e r T h i c k n e s s , a n d S y n t h e t i c F i b e r a n d S t e e l R e i n f o r c e m e n t C o m b i n a t i o n s P i p e . A r e a o f S t e e z l 2 R e i n f o r c e m e n t , i n ( c m ) N o F i b e r + 2 L a y e r s S t e e l 0 . 1 6 Q . 0 3 2 ) 0 . 5 % F i b e r + 1 L a y e r S t e e l + 2 ” ( 5 0 . 8 m m ) C o v e r 0 . 2 7 9 4 ( 1 . 8 0 3 ) 0 . 5 % F i b e r + 1 L a y e r S t e e l + 1 . 5 ” ( 3 8 . 1 m m ) C o v e r 0 . 1 9 6 1 ( 1 . 2 6 5 ) 1 % F i b e r + 1 L a fi r S t e e l + 2 ” ( 5 0 . 8 m m ) C o v e r 0 . 2 5 1 6 ( 1 . 6 2 3 ) 1 % F i b e r + 1 L a y e r S t e e l + 1 . 5 ” ( 3 8 . 1 m m ) C o v e r 0 . 1 5 9 8 ( 1 . 0 3 1 ) F o r t h e p u r p o s e o f l i f e - c y c l e c o s t a n a l y s i s , w e a s s u m e d t h a t : ( i ) t h e s e r v i c e l i f e o f c o n v e n - t i o n a l c o n c r e t e p i p e w i t h 1 i n . ( 2 5 . 4 m m ) c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s i n s a n i t a r y s e w e r e n v i - r o n m e n t i s t e n y e a r s ; a n d ( i i ) t h e s e r v i c e l i f e o f c o n c r e t e p i p e s i n s a n i t a r y s e w e r e n v i r o n - 1 4 1 m e n t i n c r e a s e s p r o p o r t i o n a l l y w i t h i n c r e a s i n g c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s f o r a l t e r n a t i v e p i p e d e s i g n s ( w i t h a c o m b i n a t i o n o f s y n t h e t i c fi b e r a n d s t e e l r e i n f o r c e m e n t ) . T h e l i f e - c y c l e c o s t a n a l y s e s w e r e p e r f o r m e d o v e r a p e r i o d o f s i x t y y e a r s ; t h e c o n v e n - t i o n a l d e s i g n ( w i t h 1 0 - y e a r s e r v i c e l i f e ) w o u l d r e q u i r e a n i n i t i a l i n s t a l l a t i o n p l u s fi v e r e - m o v a l s a n d i n s t a l l a t i o n s d u r i n g t h i s s i x t y - y e a r p e r i o d . D o u b l i n g o f t h e c o v e r t h i c k n e s s t o 2 i n . ( 5 0 . 8 m m ) w o u l d i n c r e a s e t h e s e r v i c e l i f e t o 2 0 y e a r s , a n d w o u l d t h u s r e q u i r e a n i n i - t i a l i n s t a l l a t i o n p l u s t w o r e m o v a l s a n d i n s t a l l a t i o n s o v e r t h e s i x t y y e a r p e r i o d . T h e i n i t i a l s a l e s p r i c e o f t h e c o n v e n t i o n a l c o n c r e t e p i p e ( w i t h t w o l a y e r s o f s t e e l a n d n o fi b e r r e i n - f o r c e m e n t ) i s $ 1 7 0 f o r a n 8 . 5 f t ( 2 . 6 m ) s t a n d a r d l e n g t h o f p i p e s , $ 4 5 o f w h i c h c o v e r s t h e s t e e l r e i n f o r c e m e n t c o s t . T h e s a l e s p r i c e c o n s i d e r e d f o r s y n t h e t i c ( P V A ) fi b e r s w a s $ 2 . 7 5 / 1 b ( $ 6 . 0 5 / k g ) . T h e i n fl a t i o n a n d i n t e r e s t r a t e s w e r e c o n s i d e r e d t o b e e q u a l f o r t h e p u r p o s e o f l i f e - c y c l e c o s t a n a l y s i s . T h e i n s t a l l a t i o n a n d r e m o v a l c o s t s w e r e d e r i v e d f r o m R e f e r e n c e 2 9 , w h i c h s u g g e s t s i n s t a l l a t i o n a n d r e m o v a l c o s t s f o r 8 . 5 f t ( 2 . 6 m ) p i p e s $ 3 5 7 a n d $ 8 6 , r e s p e c t i v e l y . T h e r e s u l t s o f l i f e - c y c l e c o s t a n a l y s i s , p r e s e n t e d i n T a b l e 3 . 6 , s u g - g e s t t h a t t h e i n c r e a s e i n c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s t h r o u g h p r o p e r c o m b i n a t i o n o f s y n t h e t i c fi b e r a n d s t e e l r e i n f o r c e m e n t c a n b r i n g a b o u t m a j o r l i f e - c y c l e c o s t s a v i n g s w i t h m o d e s t r i s e i n t h e i n i t i a l c o s t o f p i p e s . T h e p i p e w i t h 0 . 5 % s y n t h e t i c fi b e r r e i n f o r c e m e n t a n d 2 i n . ( 5 0 . 8 m m ) c o v e r , f o r e x a m p l e , y i e l d e d l i f e - c y c l e c o s t s a v i n g o f $ 1 , 6 5 9 ( 4 6 % ) w i t h a r i s e o f $ 6 0 ( 3 5 % ) i n i n i t i a l c o s t . 1 4 2 T a b l e 3 . 6 . I n i t i a l a n d L i f e - C y c l e C o s t s O v e r 6 0 Y e a r s f o r D i f f e r e n t C o n c r e t e P i p e D e s i g n s P i p e I n i t i a l C o s t L i f e C y c l e C o s t ( 5 ) ( S ) N o F i b e r + 2 L a y e r s S t e e l 1 7 0 3 5 9 2 0 . 5 % F i b e r + 1 L a y e r S t e e l + 2 ” ( 5 0 . 8 m m ) C o v e r 2 3 0 1 9 3 3 0 . 5 % F i b e r + 1 L a y e r S t e e l + 1 . 5 ” ( 3 8 . 1 m m ) C o v e r 2 0 6 2 5 1 0 1 % F i b e r + 1 L a y e r S t e e l + 2 ” ( 5 0 . 8 m m ) C o v e r 2 4 8 1 9 8 7 1 % F i b e r + 1 L a y e r S t e e l + 1 . 5 ” ( 3 8 . 1 m m ) C o v e r 2 2 2 2 5 7 4 A n o t h e r a p p l i c a t i o n o f s y n t h e t i c fi b e r s i s i n c o n c r e t e p i p e s w i t h r e l a t i v e l y l o w l o a d - b e a r i n g r e q u i r e m e n t s , w h e r e fi b e r s r e p l a c e t h e r e l a t i v e l y l o w r a t i o ( o n e l a y e r ) o f s t e e l r e - i n f o r c e m e n t u s e d f o r d a m a g e c o n t r o l d u r i n g s h i p m e n t , h a n d l i n g a n d i n s t a l l a t i o n . C o a r s e r s y n t h e t i c fi b e r s a t 0 . 5 % v o l u m e f r a c t i o n a r e c o m p e t i t i v e ( i n t e r m s o f r a w m a t e r i a l c o s t s ) w i t h o n e l a y e r o f s t e e l r e i n f o r c e m e n t f o r p r o d u c t i o n o f d a m a g e - r e s i s t a n t c o n c r e t e p i p e s ; t h e u s e o f fi b e r s i n t h i s a p p l i c a t i o n w o u l d s t r e a m l i n e t h e p r o d u c t i o n p r o c e s s b e c a u s e fi - b e r s ( u n l i k e s t e e l r e i n f o r c e m e n t ) a r e i n t r o d u c e d a s a n i n g r e d i e n t t o c o n c r e t e m i x . 1 4 3 3 . 4 . C o n c l u s i o n s . R e fi n e d c o n c r e t e m i x f o r m u l a t i o n s i n c o r p o r a t i n g c h e m i c a l a n d m i n e r a l a d m i x - t u r e s a s w e l l a s fi b e r s a r e g e n e r a l l y c o m p a t i b l e w i t h c o n c r e t e p i p e i n d u s t r i a l - s c a l e p r o d u c t i o n p r a c t i c e s . I n t r o d u c t i o n o f c h e m i c a l a n d m i n e r a l a d m i x t u r e s f o r e n - h a n c e m e n t o f c o n c r e t e p i p e r e s i s t a n c e t o m i c r o b i a l - i n d u c e d c o r r o s i o n d o e s n o t c o m p r o m i s e t h e s t r u c t u r a l p e r f o r m a n c e o f c o n c r e t e p i p e s . . S y n t h e t i c fi b e r r e i n f o r c e m e n t s u b s t a n t i a l l y e n h a n c e s t h e l o a d a t 0 . 0 1 ” c r a c k w i d t h a n d a l s o t h e p e a k l o a d o f p i p e s w i t h o n e l a y e r o f s t e e l . W h e n c o m p a r e d w i t h p i p e s w i t h t w o l a y e r s o f s t e e l ( w i t h o u t fi b e r s ) , t h e fi b e r r e i n f o r c e d p i p e s w i t h o n e l a y e r o f s t e e l p r o v i d e i n c r e a s e d l e v e l s o f l o a d a t 0 . 0 1 ” c r a c k w i d t h . " H e n c e , a s f a r a s t h e l o a d a t 0 . 0 1 ” c r a c k w i d t h i s c o n c e r n e d , fi b e r r e i n f o r c e m e n t o f c o n c r e t e p i p e s c a n r e d u c e t h e r e q u i r e d a m o u n t o f s t e e l r e i n f o r c e m e n t f r o m t w o l a y e r s t o o n e . A s f a r a s t h e p e a k l o a d i s c o n c e r n e d , h o w e v e r , fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e p i p e s w i t h o n e l a y e r o f s t e e l p r o v i d e s o m e w h a t ( a b o u t 1 5 % ) l o w e r l e v e l o f p e a k c a p a c i t y w h e n c o m p a r e d w i t h t h e p i p e w i t h t w o l a y e r o f s t e e l a n d w i t h o u t fi b e r r e i n f o r c e m e n t . T h e k e y p e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t s o f c o n c r e t e p i p e s a r e t h e l o a d a t 0 . 0 1 ” c r a c k w i d t h ( w h i c h m a r k s t h e l o a d b e y o n d w h i c h p i p e i s n o m o r e f u n c - t i o n a l ) a n d d u c t i l i t y ( w h i c h r e fl e c t s o n t h e a b i l i t y o f p i p e t o r e s i s t b r i t t l e a n d c a t a s - t r o p h i c m o d e s o f f a i l u r e d u r i n g t r a n s p o r t a t i o n , i n s t a l l a t i o n a n d s e r v i c e ) . T h e p e a k l o a d r e q u i r e m e n t c o u l d w e l l b e a n i n d i r e c t m e a s u r e o f d u c t i l i t y . P i p e s w i t h o n e l a y e r o f s t e e l a n d fi b e r s a c t u a l l y p r o v i d e h i g h e r l e v e l s o f d u c t i l i t y ( p o s t - p e a k l o a d - 1 4 4 c a r r y i n g c a p a c i t y ) w h e n c o m p a r e d w i t h p i p e s w i t h t w o l a y e r s o f s t e e l a n d n o fi b e r r e i n f o r c e m e n t . I t i s t h u s o u r c o n c l u s i o n t h a t s y n t h e t i c fi b e r s c a n r e d u c e t h e s t e e l r e i n f o r c e m e n t r e q u i r e m e n t s ( a n d t h u s i n c r e a s e t h e p r o t e c t i v e c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s o v e r s t e e l ) , w h i c h c a n m a k e m a j o r c o n t r i b u t i o n s t o t h e l o n g e v i t y o f c o n c r e t e p i p e s i n a g g r e s s i v e s a n i t a r y s e w e r e n v i r o n m e n t s . . T h e i n c r e a s e i n t h e fi n e r fi b e r v o l u m e f r a c t i o n f r o m 1 % t o 1 . 5 % r e s u l t e d i n a b o u t 1 5 % g a i n i n l o a d l e v e l s a t 0 . 0 1 ” c r a c k w i d t h , p e a k , a n d p o s t - p e a k r e g i o n . T h e 5 0 % i n c r e a s e i n fi n e r fi b e r d o s a g e d o e s n o t p r o d u c e a s i m i l a r p e r c e n t a g e i n c r e a s e i n l o a d l e v e l s b e c a u s e , b a s e d o n o b s e r v a t i o n s o f r u p t u r e d c o n c r e t e p i p e s u r f a c e s , s o m e fi b e r d i s p e r s i o n p r o b l e m s s t a r t t o a p p e a r a t 1 % v o l u m e o f fi n e r fi b e r s ; t h e s e p r o b l e m s t e n d t o b e m o r e p r o n o u n c e d a t 1 . 5 % fi b e r v o l u m e f r a c t i o n . A c o m p a r i - s o n o f t h e fi n e r v e r s u s c o a r s e r fi b e r s s u g g e s t s t h a t t h e c o a r s e r fi b e r i s p r o b a b l y m o r e s u i t a b l e f o r t h e h i g h - p e r f o r m a n c e c o n c r e t e p r o p o r t i o n s c o m m o n l y u s e d f o r p i p e p r o d u c t i o n u s i n g t h e p o p u l a r d r y - c a s t t e c h n i q u e . C o a r s e r fi b e r s p r o v i d e r e - d u c e d fi b e r d i s p e r s i o n p r o b l e m s ; t h e y a l s o e x h i b i t s o m e l e v e l o f fi b e r p u l l - o u t ( c o m p a r e d t o fi n e r fi b e r s w h i c h a l m o s t e x c l u s i v e l y r u p t u r e a t c r a c k e d c o n c r e t e s e c t i o n s ) . F i b e r p u l l - o u t , a s f a r a s i t o c c u r s w i t h s u f fi c i e n t b o n d s t r e n g t h t o m o b i - l i z e a s u b s t a n t i a l f r a c t i o n o f fi b e r r u p t u r e s t r e n g t h , i s p r e f e r r e d b e c a u s e i t p r o v i d e s f o r a m o r e d u c t i l e m o d e o f f a i l u r e . . M a n y c o n c r e t e p i p e s d o n o t n e e d s t e e l r e i n f o r c e m e n t f o r l o a d - c a r r y i n g c a p a c i t y . S t e e l i s a d d e d t o t h e s e p i p e s ( w i t h i m p o r t a n t c o s t i m p l i c a t i o n s ) m a i n l y t o a v o i d 1 4 5 d a m a g e t o t h e s e b r i t t l e p i p e s d u r i n g t r a n s p o r t a t i o n a n d i n s t a l l a t i o n . S y n t h e t i c fi - b e r s c o u l d b e a c o s t - e f f e c t i v e r e p l a c e m e n t f o r s t e e l a s f a r a s t h e y e n s u r e d u c t i l i t y o f p i p e f a i l u r e . I n t h e c a s e o f p l a i n c o n c r e t e p i p e s , w i t h c o n v e n t i o n a l h y d r a u l i c l o a d i n g s y s t e m s u s e d i n t h r e e - e d g e b e a r i n g t e s t s , t h e g a i n s i n d u c t i l i t y w i t h 0 . 5 % v o l u m e fi a c t i o n o f fi n e r fi b e r s a r e r e l a t i v e l y s m a l l , a n d t h e p i p e s t i l l e x h i b i t s a b r i t t l e m o d e o f f a i l u r e . T h i s , h o w e v e r , c o u l d b e a r e s u l t o f t h e l o a d - c o n t r o l l e d n a - t u r e o f t h e h y d r a u l i c l o a d i n g s y s t e m s n o r m a l l y u s e d i n t h r e e - e d g e b e a r i n g t e s t s . T h e s e h y d r a u l i c s y s t e m s ( a s w e l l a s t h e t e s t f r a m e ) a c t a s a s p r i n g w i t h i n w h i c h m e c h a n i c a l e n e r g y a c c u m u l a t e s a s t h e p e a k l o a d i s a p p r o a c h e d . A l t h o u g h t h e fi - b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e p i p e s ( w i t h o u t s t e e l r e i n f o r c e m e n t ) m a y h a v e s o m e l e v e l o f p o s t - p e a k l o a d - c a r r y i n g c a p a c i t y a v a i l a b l e ( a n d m a y a c t u a l l y b e f a r m o r e r e s i s - t a n t t o b r i t t l e m o d e s o f f a i l u r e d u r i n g t r a n s p o r t a t i o n a n d i n s t a l l a t i o n ) , t h e e n e r g y a c c u m u l a t e d w i t h i n t h e h y d r a u l i c l o a d i n g s y s t e m ( a n d t e s t f r a m e ) i s s u d d e n l y r e - l e a s e d b e y o n d p e a k l o a d , y i e l d i n g s u d d e n f a i l u r e o f p i p e i r r e s p e c t i v e o f s o m e l e v e l o f p o s t - p e a k d u c t i l i t y w h i c h i s p r o b a b l y p r o v i d e d t h r o u g h fi b e r r e i n f o r c e - m e n t o f p l a i n c o n c r e t e p i p e s . I n o t h e r w o r d s , t h e b r i t t l e m o d e o f f a i l u r e i n fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e p i p e s ( w i t h o u t s t e e l r e i n f o r c e m e n t ) i n t h r e e - e d g e b e a r i n g t e s t d o e s n o t n e c e s s a r i l y i m p l y t h a t t h e s e p i p e s a r e p r o n e t o d a m a g e d u r i n g t r a n s p o r t a - t i o n a n d i n s t a l l a t i o n . T h i s h y p o t h e s i s n e e d s t o b e t e s t e d t h r o u g h i m p l e m e n t a t i o n o f e x p e r i m e n t s w h i c h m o r e c l o s e l y s i m u l a t e t h e d a m a g i n g e f f e c t s t h a t p i p e s e x - p e r i e n c e d u r i n g t r a n s p o r t a t i o n a n d i n s t a l l a t i o n . 1 4 6 . C o a r s e r fi b e r s ( 1 5 m m l e n g t h , 0 . 3 m m d i a m e t e r ) c a n b e m o r e c o n v e n i e n t l y i n t r o - d u c e d a t r e l a t i v e l y h i g h v o l u m e f r a c t i o n s ( 2 % ) i n t o c o n c r e t e m i x t u r e s u s e d i n d r y - c a s t m e t h o d o f p i p e p r o d u c t i o n . . T h e c o a r s e r P V A fi b e r e x h i b i t e d a p r e v a l e n t t e n d e n c y t o w a r d s p u l l - o u t a t c r a c k s w h i l e t h e fi n e r P V A fi b e r s p r e d o m i n a n t l y r u p t u r e d a t c r a c k s . T h e c o a r s e r fi b e r t h u s p r o v i d e s a m o r e p r o n o u n c e d g a i n i n d u c t i l i t y a n d e n e r g y a b s o r p t i o n c a p a c i t y o f c o n c r e t e p i p e s , w h i c h c a n b e u s e d t o p r e v e n t b r i t t l e f a i l u r e o f p l a i n c o n c r e t e p i p e s a n d t h u s f a c i l i t a t e p r o d u c t i o n o f p l a i n p i p e s w h i c h a r e r e s i s t a n t t o d a m a g e d u r i n g h a n d l i n g , s h i p m e n t a n d i n s t a l l a t i o n . . C o a r s e r fi b e r s w e r e m o r e e f f e c t i v e t h a n fi n e r fi b e r s i n e n h a n c i n g t h e l o a d i n t h r e e - e d g e b e a r i n g t e s t c o r r e s p o n d i n g t o 0 . 0 1 ” c r a c k w i t h o f s t e e l r e i n f o r c e d c o n c r e t e p i p e s , a n d a l s o i n i n c r e a s i n g t h e p e a k l o a d o f p l a i n c o n c r e t e p i p e s . . O n t h e a v e r a g e , fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e p i p e s p r o v i d e m o r e t h a n 1 5 % i n c r e a s e i n c a p a c i t y w h e n j o i n t s h e a r i s a s s e s s e d a p p r o x i m a t e l y u s i n g a c o n c e n t r a t e d e d g e l o a d c o n fi g u r a t i o n . . S y n t h e t i c fi b e r r e i n f o r c e m e n t ( a t t h e r e l a t i v e l y h i g h fi b e r v o l u m e f r a c t i o n s c o n - s i d e r e d i n t h i s i n v e s t i g a t i o n ) w o u l d b e c o s t - c o m p e t i t i v e a s f a r a s t h e y a r e u s e d a t r e l a t i v e l y l o w v o l u m e f r a c t i o n s ( l e s s t h a n 1 % ) t o p a r t i a l l y ( o r f u l l y ) r e p l a c e s t e e l r e i n f o r c e m e n t . S y n t h e t i c fi b e r s c a n e n h a n c e t h e t h i c k n e s s a n d q u a l i t y o f c o n c r e t e 1 4 7 c o v e r o v e r r e i n f o r c i n g s t e e l , t h e r e b y y i e l d i n g m a j o r l i f e - c y c l e c o s t s a v i n g s . F u t u r e i n v e s t i g a t i o n s s h o u l d f o c u s o n v o l u m e f r a c t i o n s b e l o w 1 % o f c o a r s e r s y n t h e t i c fi - b e r s . 1 4 8 l l l l l l l l l ‘ l l i l l l l ‘ i l i i l l 1 1 1 5 1 1 1 1 ! . 1 A ? . ) . 3 . . . r h . 5 . . : . “ . k 1 l . 0 a “ . » : A K n - 1 l fi . r y h . . . l n ‘ . : 2 ( . 5 . m m , “ . 1 “ ‘ . i n . a . v M i L h n c U I i i B g R a v e r A n s R i Y t y S t a t e 1 “ fi ’ ) - I . P L A C E I N R E T U R N B O X t o r e m o v e t h i s c h e c k o u t f r o m y o u r r e c o r d . T O A V O I D F I N E S r e t u r n o n o r b e f o r e d a t e d u e . M A Y B E R E C A L L E D w i t h e a r l i e r d u e d a t e i f r e q u e s t e d . D A T E D U E D A T E D U E D A T E D U E 6 / 0 1 c : / C l R C / D a t e D u e . p 8 5 — p . 1 5 C H A P T E R 4 D E V E L O P M E N T O F S T R U C T U R A L D E S I G N M E T H O D O L O G I E S F O R C O N C R E T E P I P E S W I T H S T E E L A N D S E C O N D A R Y S Y N T H E T I C F I B E R R E I N F O R C E M E N T 4 . 1 . I n t r o d u c t i o n P i p e s a r e s u b j e c t e d t o e a r t h a n d l i v e l o a d s ( F i g u r e 4 . 1 . a ) w h i c h g e n e r a t e t r a n s v e r s e b e n d - i n g m o m e n t i n p i p e w a l l s . ( F i g u r e 4 . 1 . b ) . T h e t r a n s v e r s e ( c i r c u m f e r e n t i a l ) r e i n f o r c e m e n t i s i n t r o d u c e d i n c o n c r e t e p i p e s t o r e s i s t b e n d i n g m o m e n t . ( F i g u r e 4 . 1 . c ) . U n d e r l o a d s , p i p e s fi r s t d e v e l o p v e r t i c a l c r a c k s ( s t a r t i n g o n i n t e r i o r s u r f a c e s i . e . c r o w n a n d i n v e r t ) , a n d t h e n h o r i z o n t a l c r a c k s ( s t a r t i n g a t m i d - h e i g h t o n e x t e r i o r s u r f a c e s i . e . s p r i n g l i n e s ) . F i g u r e 4 . 2 s h o w s t h e l o c a t i o n o f c r o w n , i n v e r t , a n d s p r i n g l i n e s . U n d e r t h e e f f e c t o f b e n d i n g m o m e n t s , p i p e s b e h a v e s i m p l y a s a r e c t a n g u l a r r e i n f o r c e d c o n c r e t e s e c t i o n . ( F i g u r e 4 . 3 ) 1 4 9 ( a ) V e r t i c a l a n d h o r i z o n t a l l o a d s ( b ) B e n d i n g m o m e n t s a n d fl e x u r a l c r a c k s ( c ) R e i n f o r c e m e n t s y s t e m F i g u r e 4 . 1 . C o n c r e t e p i p e e x t e r n a l l o a d s , i n t e r n a l b e n d i n g m o m e n t s a n d fl e x u r a l r e i n - f o r c e m e n t s y s t e m C r o w n S p r i n g l i n e S p r i n g l i n e I n v e r t F i g u r e 4 . 2 . L o c a t i o n o f c r o w n , i n v e r t , a n d s p r i n g l i n e s 1 5 0 S e c t i o n A - A r e v o C S e c t i o n A - A : m c r e v o C F i g u r e 4 . 3 . P i p e c r o s s - s e c t i o n u n d e r b e n d i n g m o m e n t F i g u r e 4 . 4 s h o w s t w o d i f f e r e n t r e i n f o r c e m e n t c o n fi g u r a t i o n s , o n e w i t h t w o l a y e r s o f t r a n s v e r s e r e i n f o r c e m e n t a n d a n o t h e r w i t h o n e l a y e r o f t r a n s v e r s e r e i n f o r c e m e n t p l a c e d i n t h e m i d d l e o f t h e p i p e w a l l . C o n c r e t e p i p e s w i t h l i m i t e d d e m a n d o n t h e i r l o a d - c a r r y i n g c a p a c i t y m a y b e u n r e i n f o r c e d . D e s i g n o f c o n c r e t e p i p e s i s b a s e d p r e l i m i n a r y o n t h e i r fl e x u r a l p e r f o r m a n c e u n d e r e x t e r - n a l l o a d s . T w o l o a d c r i t e r i a ( i n t h r e e - e d g e h e a r i n g t e s t ) a r e g e n e r a l l y u s e d i n d e s i g n o f c o n c r e t e p i p e s : ( i ) l o a d a t 0 . 0 1 ” c r a c k w i d t h ; a n d ( i i ) u l t i m a t e l o a d . T h e a n a l y t i c a l w o r k r e p o r t e d h e r e i n s e e k s t o e s t a b l i s h t h e t h e o r e t i c a l f o u n d a t i o n f o r p r e d i c t i o n o f t h e s e l o a d l e v e l s i n p l a i n a n d s t e e l r e i n f o r c e d c o n c r e t e p i p e s w i t h s y n t h e t i c fi b e r r e i n f o r c e m e n t . 1 > > > L y + c c o o o o o o [ I O O O O O O O C O O O 0 C O . 1 fi F i g u r e 4 . 4 . R e i n f o r c e m e n t c o n fi g u r a t i o n s 1 5 1 4 . 2 . D e s i g n E q u a t i o n s f o r 3 - E d g e B e a r i n g L o a d o n P i p e s ‘ 5 4 . 2 . 1 . U l t i m a t e F l e x u r a l S t r e n g t h o f S t e e l R e i n f o r c e d C o n c r e t e P i p e s T h e p r o d u c e d m o m e n t s i n t h e p i p e a r e r e l a t e d t o t h e w e i g h t o f t h e p i p e , W p , a n d t h e t o t a l t h r e e - e d g e b e a r i n g l o a d , W t , b y f o l l o w i n g e q u a t i o n : S M = ( c m l W p + c m 2 I l l / t ) ; W h e r e S = D , - + h , D , - i s t h e i n t e r n a l d i a m e t e r o f t h e p i p e ( i n . ) , h i s t h e w a l l t h i c k n e s s ( i n . ) , a n d o t h e r t e r m s a r e i n t r o d u c e d b e l o w . F o r c i r c u l a r p i p e , t h e m o m e n t s g e n e r a t e d i n t h r e e - e d g e b e a r i n g t e s t v a r y a s s h o w n i n F i g - u r e 2 . 1 . 1 . T h e c r i t i c a l c o n d i t i o n s f o r d e s i g n f o r fl e x u r e o c c u r a t t h e c r o w n a n d i n v e r t . T h e i n v e r t i s u s e d i n d e v e l o p i n g t h e d e s i g n e q u a t i o n s . H e r e , t h e m o m e n t c a u s e d b y t h e t e s t l o a d i s s l i g h t l y l e s s t h a n a t t h e c r o w n , b u t t h e m o m e n t c a u s e d b y w e i g h t o f t h e p i p e i s s u b s t a n t i a l l y g r e a t e r a t t h e i n v e r t , t h u s m a k i n g t h e c o m b i n e d m o m e n t a b o u t t h e s a m e f o r t h e c r o w n a n d i n v e r t . A t t h e i n v e r t o n e c a n d e fi n e t h e f o l l o w i n g t e r m s f o r t h e a b o v e e q u a t i o n f o r c a l c u l a t i o n o f m o m e n t i n t h e e l a s t i c r a n g e : c m l = 0 . 7 5 C m 2 , s z = 0 . 2 8 0 H e n c e , t h e m o m e n t e q u a t i o n c a n b e s i m p l i fi e d a s f o l l o w s : 1 5 2 M = O . 1 4 ( 0 . 7 5 W p + W , ) ( D i + h ) . W t W p . W l t h D L = — x 1 2 a n d D L p = — x 1 2 , o n e c a n p r e s e n t t h e m o m e n t e q u a t i o n a s i 1 ' f o l l o w s : 9 W D - M = 0 . 1 4 — — — - p — + D L — ' ( D , - + h ) D , - 1 2 W i t h f u r t h e r s i m p l i fi c a t i o n o n e g e t s : 9 W p M = 0 . 0 1 1 7 — + D L D i ( D i - l - h ) D - l T h e a b o v e m o m e n t e q u a t i o n i s u s e d t o d e v e l o p t h e e q u a t i o n f o r c a l c u l a t i n g t h e u l t i m a t e D - l o a d s t r e n g t h o f c o n c r e t e p i p e s i n t h r e e - e d g e b e a r i n g t e s t s . F l e x u r a l s t r e n g t h o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e s e c t i o n s c a n b e e x p r e s s e d a s f o l l o w s : - a ‘ M U = A s f y ( d _ ' 2 ’ ) R e p l a c i n g t h e a b o v e e q u a t i o n f o r fl e x u r a l s t r e n g t h i n t h e m o m e n t e q u a t i o n y i e l d s : 9 W A , f y ( d — 9 2 - ) = 0 . 0 1 1 7 [ D ” + D L ] D , - ( D , - + 1 2 ) 1 T h e r e f o r e : 9 W p ] 8 5 A s f y ( d — E ] D L U + = D i D i ( D i + h ) B e f o r e a p i p e l o a d e d i n 3 - e d g e b e a r i n g r e a c h e s a c o l l a p s e s t a t e , i t d e v e l o p s t h e f u l l e f f e c - t i v e t e n s i l e s t r e n g t h o f t h e i n n e r r e i n f o r c e m e n t a t t h e c r o w n a n d i n v e r t a n d t h e o u t e r r e i n - 1 5 3 f o r c e m e n t a t t h e s p r i n g l i n e s . I n t h i s c a s e , t h e fi n a l m o m e n t d i s t r i b u t i o n i s s h o w n i n F i g u r e 4 . 5 . e . T h e D - l o a d c a p a c i t y i n c r e a s e s b y t h e f a c t o r C m p o v e r t h e l o a d w h i c h c a u s e s fi r s t y i e l d i n t h e i n n e r r e i n f o r c e m e n t . C m p i s e q u a l t o 1 . 1 0 f o r c i r c u l a r p i p e s w i t h t w o c o n c e n - t r i c c a g e s , a n d i s e q u a l t o 1 . 2 5 f o r o n e c a g e . C m i s t h e c o e f fi c i e n t f o r fl e x u r a l fi r s t y i e l d c r i t e r i o n a n d i s e q u a l t o 1 . 0 f o r c i r c u l a r c a g e s . T h e r e f o r e , t h e E q u a t i o n f o r U t i m a t e F l e x u r a l S t r e n g t h i s : a 9 W 8 5 C m C m p A s f y ( d — § ) D L U + — — p = D i ( D i + h ) i A s f y A s f y W h e r e a = — — — — — , o r a : 0 . 8 5 x 1 2 f é 1 0 . 2 f c ' 4 . 2 . 2 . 0 . 0 1 ” C r a c k F l e x u r a l S t r e n g t h o f S t e e l R e i n f o r c e d C o n c r e t e P i p e s T h e 0 . 0 1 ” c r a c k w i d t h i s a n a r b i t r a r i l y c h o s e n t e s t c r i t e r i o n c o m m o n l y u s e d i n d e s i g n a n d e v a l u a t i o n o f c o n c r e t e p i p e s ; i t i s n o t a c r i t e r i o n f o r fi e l d p e r f o r m a n c e o r s e r v i c e l i m i t , i s s i m p l y a d e s i g n c r i t e r i o n o t h e r t h a n u l t i m a t e s t r e n g t h w h i c h r e fl e c t s o n t h e c r a c k i n g b e - h a v i o r o f c o n c r e t e p i p e s . T h e n o m i n a l r e i n f o r c e m e n t s t r e s s a t c r i t i c a l s e c t i o n c a n b e c a l c u l a t e d a s f o l l o w s : M f . — — — — — — A s x j x d 1 5 4 9 4 r 0 . 2 0 2 ( a ) W e i g h t o f p i p e T h r e e E d g e B e a r i n g T e s t L o a d 4 . 4 0 . 2 8 0 ( b ) U n c r a c k e d c d P ; P 1 ’ . E E . 1 1 2 2 2 2 L o a d i n g D i a g r a m s 0 2 4 9 0 . 3 2 4 i v « v 0 . 2 1 1 0 . 2 8 6 M o m e n t D i s t r i b u t i o n s 4 . 4 0 . 2 5 4 ( c ) F i r s t s t a g e c r a c k i n g ( d ) S e c o n d s t a g e c r a c k i n g ( e ) U l t i m a t e F l e x u r a l F a i l u r e F i g u r e 4 . 5 . M o m e n t d i s t r i b u t i o n s i n t h r e e - e d g e b e a r i n g t e s t l o a d i n g . W h e r e j i s t h e c o e f fi c i e n t f o r m o m e n t a r m a t s e r v i c e l o a d s t r e s s , a n d i s c o n s i d e r e d t o b e 0 . 9 . I n t h e c a s e o f 0 . 0 1 ” c r a c k s t r e n g t h : fi = fl m x fl m W h e r e 1 . 0 1 i s a r e d u c t i o n f a c t o r f o r v a r i a b i l i t y i n t e s t r e s u l t s a n d i s t a k e n 0 . 9 . S o , F r o m p r e v i o u s d i s c u s s i o n , 1 5 5 M 0 1 = 0 . 9 f s . 0 1 X O . 9 d l 9 W p M = 0 . 0 1 1 7 + D L D , - ( D i + h ) S u b s t i t u t i n g f o r M . 0 1 y i e l d s : 9 W p 0 . 0 1 1 7 + D L D , - ( D , - + h ) D . 1 0 . 9 . 4 , d 0 - 9 f s . 0 1 = T h e D - l o a d a t 0 . 0 1 ” c r a c k c a n t h u s b e d e r i v e d a s f o l l o w s : 9 W . ” = 7 O A s f s . 0 1 d D i D i ( D i + h ) [ 1 3 1 . 0 1 + W h e r e f s m i s t h e m a x i m u m s t r e s s i n t h e r e i n f o r c e m e n t w h e n t h e m a x i m u m c r a c k w i d t h i s 0 . 0 1 i n c h e s , w h i c h h a s b e e n d e r i v e d , b a s e d o n m a n y 3 - e d g e b e a r i n g t e s t r e s u l t s , a s f o l l o w s : 3 0 0 0 0 C 0 1 ’ 1 2 \ l f c ' f s o r = + 2 - " 3 0 1 p d W h e r e 8 . 0 1 i s t h e c r a c k c o n t r o l c o e f fi c i e n t f o r e f f e c t o f c o v e r a n d s p a c i n g o f r e i n f o r c e - m e n t a n d i s 1 . 0 f o r w e l d e d s m o o t h w i r e f a b r i c , w i t h 8 i n . m a x i m u m s p a c i n g o f l o n g i t u d i - n a l s . C 0 , i s t h e c r a c k c o n t r o l c o e f fi c i e n t f o r t y p e o f r e i n f o r c e m e n t a n d i s 1 . 5 f o r w e l d e d s m o o t h w r r e f a b r i c , w r t h 8 1 n . m a x r m u m s p a c r n g o f l o n g r t u d r n a l s ; a n d p = 3 : 7 1 5 6 4 . 2 . 3 . C o n c r e t e P i p e s w i t h o u t S t e e l R e i n f o r c e m e n t 3 F l e x u r a l d e s i g n i n t h i s c a s e , i s a l w a y s g o v e r n e d b y t h e fl e x u r a l t e n s i o n s t r e n g t h l i m i t s t a t e . T h e p i p e m u s t h a v e e n o u g h s t r e n g t h s o t h a t t h e h i g h e s t fl e x u r a l s t r e s s a r o u n d t h e p i p e c i r c u m f e r e n c e p r o d u c e d b y a c o m b i n a t i o n o f m o m e n t a n d t h r u s t w i l l b e e q u a l o r l e s s t h a n t h e fl e x u r a l t e n s i l e s t r e n g t h o f t h e c o n c r e t e ( u s u a l l y t a k e n a s t h e m o d u l u s o f r u p t u r e o f c o n c r e t e , f m r ) . T h e g o v e r n i n g l o c a t i o n f o r t h e h i g h e s t c o m b i n e d fl e x u r a l t e n s i o n i s a t t h e i n v e r t i n m o s t i n s t a l l a t i o n s . T o d e t e r m i n e t h e m o d u l u s o f r u p t u r e , t w o a p p r o a c h e s c a n b e f o l l o w e d . O n e a p p r o a c h d e t e r m i n e s t h e m o d u l u s o f r u p t u r e f r o m r e s u l t s o f a t h r e e - e d g e b e a r i n g t e s t : B L “ , X 1 ) , . ( 1 ) , + h ) 1 4 4 1 : 2 f m r = 0 ' 9 6 d ’ m r W h e r e B L ” , i s t h e t e s t D - l o a d t h a t c r a c k s t h e p i p e ( l b / fi / fi ) , D i s t h e i n t e r n a l d i a m e t e r o f t h e p i p e ( i n . ) , a n d h i s t h e w a l l t h i c k n e s s ( i n . ) . T h e s e c o n d a p p r o a c h e s t i m a t e s t h e m o d u l u s o f r u p t u r e b y u s i n g t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n : f m r = k m r ¢ m r J 7 : W h e r e 4 ) , . . . i s t h e s t r e n g t h r e d u c t i o n f a c t o r f o r fl e x u r a l t e n s i o n . T h e m a x i m u m v a l u e o f d i m , = 0 . 8 5 w i l l p r o v i d e a p p r o x i m a t e l y t h e s a m e c o n d i t i o n s f o r s e r v i c e l o a d s f r o m t h r e e - e d g e b e a r i n g t e s t r e s u l t s . T h e c o e f fi c i e n t k , , , , v a r i e s w i t h w a l l t h i c k n e s s . A m i n i m u m v a l u e f o r 1 5 7 a n y w a l l t h i c k n e s s i s 7 . 5 . P i p e i n d u s t r y e x p e r i m e n t , b a s e d o n m a n y t h r e e - e d g e b e a r i n g t e s t s , i s t h a t k , , , , i n c r e a s e s w i t h d e c r e a s i n g w a l l t h i c k n e s s , v a r y i n g f r o m a b o u t 8 . 5 f o r 4 i n . w a l l s u p t o 1 2 o r m o r e f o r 2 i n . w a l l s . 1 5 8 4 . 3 M o d i fi c a t i o n o f D e s i g n E q u a t i o n s f o r t h e E f f e c t s o f S y n t h e t i c F i b e r s T h e a b i l i t y o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e t o c a r r y t e n s i l e s t r e s s i n c r e a s e s t h e fl e x u r a l l o a d - c a r r y i n g c a p a c i t y o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e a t d i f f e r e n t s t a g e s o f b e h a v i o r . H e n c e , t h e e q u a t i o n s f o r fl e x u r a l s t r e n g t h o f p i p e s h a v e t o b e m o d i fi e d t o a c c o u n t f o r t h e s t r u c t u r a l c o n t r i b u t i o n s o f fi b e r s . A s e m i - e m p i r i c a l a p p r o a c h h a s b e e n f o l l o w e d h e r e t o d e r i v e d e s i g n e q u a t i o n s f o r c o n - c r e t e p i p e s w i t h fi b e r r e i n f o r c e m e n t . T h e y h a v e b e e n d e v e l o p e d b a s e d o n t h e o r e t i c a l c o n c e p t s w h i c h a r e m o d i fi e d t o a c c o u n t f o r e x p e r i m e n t a l r e s u l t s . 4 . 3 . 1 . U l t i m a t e F l e x u r a l S t r e n g t h o f S t e e l R e i n f o r c e d C o n c r e t e P i p e s w i t h F i b e r R e i n f o r c e m e n t F i b e r s i n a c e m e n t i t i o u s m a t r i x s h o w t w o t y p e s o f b e h a v i o r a t c r a c k s : p u l l - o u t o r r u p t u r e . T h e s y n t h e t i c ( P V A ) fi b e r s u s e d i n t h i s i n v e s t i g a t i o n e x h i b i t a s t r o n g e r t e n d e n c y t o w a r d s r u p t u r e ( e s p e c i a l l y f o r fi n e r d i a m e t e r s a n d h i g h e r a s p e c t r a t i o s ) . T h e r e a s o n i s t h e h y d r o — p h o b i c n a t u r e a n d s t r o n g b o n d i n g o f P V A fi b e r s t o t h e c e m e n t i t i o u s m a t r i x . T h e t e n - d e n c y t o w a r d s fi b e r p u l l - o u t i n c r e a s e s w i t h i n c r e a s i n g fi b e r d i a m e t e r a n d d e c r e a s i n g fi b e r a s p e c t r a t i o . O t h e r m e t h o d s t o p r o m o t e p u l l o u t b e h a v i o r i n v o l v e u s e o f a n o i l i n g a g e n t a n d m o d i f y i n g t h e m a t r i x t o r e d u c e t h e c h e m i c a l a n d f r i c t i o n a l b o n d b e t w e e n P V A fi b e r s a n d t h e c e m e n t i t i o u s m a t r i x . 1 5 9 4 . 3 . 1 . 1 . D e s i g n E q u a t i o n s W h e n F i b e r R u p t u r e D o m i n a t e s T h e fi b e r c o n c r e t e t e n s i l e s t r e s s d i s t r i b u t i o n a t fl e x u r a l f a i l u r e i s a s s u m e d t o b e t r i a n g u l a r ( b a s e d o n p a s t e x p e r i e n c e ) , w i t h t e n s i o n z o n e s t a r t i n g a t n e u t r a l a x i s a n d e n d i n g a t t h e l e v e l o f s t e e l r e i n f o r c e m e n t . I t i s a s s u m e d t h a t a t t h e u l t i m a t e s t a g e , t h e c r a c k w i d t h b e - l o w s t e e l r e i n f o r c e m e n t i s w i d e e n o u g h t o h a v e a l r e a d y c a u s e d r u p t u r e o f fi b e r s . T h e a b o v e a s s u m p t i o n s t o g e t h e r w i t h e q u i l i b r i u m c o n s i d e r a t i o n s i n F i g u r e 4 . 7 y i e l d t h e n o m i n a l fl e x u r a l s t r e n g t h o f s i n g l y r e i n f o r c e d fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e s e c t i o n a s f o l - l o w s : M = A f , d _ £ + 9 L d 1 > b c i g a r ; " 5 ’ 2 2 2 3 W h e r e a , i s t h e t e n s i l e s t r e s s i n fi b r o u s c o n c r e t e a n d i s c a l c u l a t e d a s f o l l o w s : a , = ( N = n u m b e r o f fi b e r s p e r u n i t a r e a ) * ( U = u l t i m a t e t e n s i l e f o r c e i n a s i n g l e fi b e r ) ( \ 0 5 f o 7 r d } G fi x 4 2 f \ T h e r e f o r e : 0 ' , = 0 . 5 V f o f ” I n t h e a b o v e f o r m u l a , N i s t h e n u m b e r o f r a n d o m l y d i s t r i b u t e d fi b e r s i n a 3 - D m a t r i x . S t r a i n c o m p a t i b i l i t y b e t w e e n fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e a n d s t e e l r e i n f o r c e m e n t i s a s s u m e d t o b e m a i n t a i n e d i n t h e s e c t i o n . ( F i g u r e 4 . 6 ) 1 6 0 0 . 0 0 3 0 . 8 5 f ' c a C o n c r e t e S t r e s s B l o c k N . A . 2 ( d - c ) / 3 ' . _ F i b e r T e n s i o n A r e a A s . f y F i g u r e 4 . 7 . F l e x u r a l s t r e s s d i s t r i b u t i o n a t u l t i m a t e c o n d i t i o n i n a s i n g l y r e i n f o r c e d f i b e r c o n c r e t e s e c t i o n w i t h p r e d o m i n a n t f i b e r r u p t u r e . 1 6 1 4 . 3 . 1 . 2 . D e s i g n E q u a t i o n s W h e n F i b e r P u l l - O u t D o m i n a t e s W h e n fi b e r p u l l - o u t d o m i n a t e s , t h e fi b e r c o n c r e t e t e n s i l e s t r e s s d i s t r i b u t i o n i s a s s u m e d t o b e u n i f o r m . T h i s a s s u m p t i o n t o g e t h e r w i t h e q u i l i b r i u m c o n s i d e r a t i o n i n F i g u r e 4 . 8 y i e l d s t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n f o r n o m i n a l fl e x u r a l s t r e n g t h o f s i n g l y r e i n f o r c e d fi b r o u s c o n c r e t e s e c t i o n s w i t h fi b e r r e i n f o r c e m e n t : B y c o n s i d e r i n g t h e s e a s s u m p t i o n s , t h e n o m i n a l fl e x u r a l s t r e n g t h o f t h e s i n g l y r e i n f o r c e d fi b r o u s c o n c r e t e i s : d - M n = [ A s f , [ d — % ) ] + [ ( 0 , ( d — c ) b ) ( c — % + ( 2 ” H T h e t e n s i l e s t r e s s i n fi b r o u s c o n c r e t e ( 0 , ) i s e q u a l t o : o , = ( N = n u m b e r o f fi b e r s p e r u n i t a r e a ) * ( F = m e a n fi b e r fi i c t i o n a l b o n d r e s i s t a n c e ) _ F o r r a n d o m l y d i s t r i b u t e d s h o r t fi b e r s i n a m a t r i x i n 3 - D s t a t e , r \ 0 . 5 V f W h e n fi b e r p u l l - o u t d o m i n a t e s , ( I f t h e c o m p o s i t e f a i l u r e i s b y fi b e r p u l l o u t , i t h a s b e e n s h o w n t h a t t h e m e a n fi b e r p u l l o u t l e n g t h i s l f / 4 ) . 1 6 2 _ . _ _ . . . _ _ _ _ _ _ _ r T h e r e f o r e : t f n d f — i — A n d fi n a l l y : 0 . 8 5 f ' c C o n c r e t e S t r e s s B l o c k N . A . . : ( d - c ) / 2 . J - . . F i b e r T e n s i o n A r e a " " " " " A s . f y F i g u r e 4 . 8 F l e x u r a l s t r e s s d i s t r i b u t i o n a t u l t i m a t e c o n d i t i o n i n a s i n g l y r e i n f o r c e d fi b e r c o n c r e t e s e c t i o n w i t h p r e d o m i n a n t f i b e r p u l l - o u t . T h e s a m e c o n c e p t o f s t r a i n c o m p a t i b i l i t y b e t w e e n fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e a n d s t e e l r e i n - f o r c e m e n t m e n t i o n e d a b o v e , h a s b e e n a s s u m e d f o r t h i s s e c t i o n . ( F i g u r e 4 . 6 ) 1 6 3 4 . 3 . 2 . F l e x u r a l S t r e n g t h a t 0 . 0 1 ” C r a c k W i d t h f o r S t e e l R e i n f o r c e d C o n c r e t e P i p e s w i t h F i b e r R e i n f o r c e m e n t A t 0 . 0 1 ” c r a c k w i d t h , c o n s i d e r i n g t h e c o n t r i b u t i o n o f fi b e r s , t h e s t r e s s l e v e l i n s t e e l r e i n - f o r c e m e n t s h o u l d b e l e s s t h a n t h a t o f t h e n o n - fi b r o u s c o n c r e t e . T h e s t r e s s i n s t e e l r e i n - f o r c e m e n t c a n b e d e t e r m i n e d b y t h e a f o r e m e n t i o n e d e q u a t i o n f o r f 3 , ” 1 a n d m u l t i p l y i n g i t b y a d e c r e a s i n g i n d e x a c c o u n t i n g f o r fi b e r a c t i o n . U s i n g g e o m e t r i c r e l a t i o n s h i p s f o r s t r a i n d i s t r i b u t i o n , t h e m a x i m u m c o n c r e t e s t r e s s c a n b e d e t e r m i n e d , a n d s u b s e q u e n t l y t h e m o - m e n t a t s e c t i o n c o r r e s p o n d i n g t o 0 . 0 1 ” c r a c k w i d t h c a n b e c a l c u l a t e d . F o r t h e p i p e s u n d e r c o n s i d e r a t i o n ( C l a s s I V w a l l C w i t h D = 2 7 ” ) , t h e s t e e l r e i n f o r c e - m e n t w i l l d e v e l o p s t r e s s e s b e y o n d i t s y i e l d s t r e s s , w h i c h i m p l i e s t h a t t h e 0 . 0 1 ” c r a c k s t r e n g t h w i l l b e e q u a l t o t h e u l t i m a t e s t r e n g t h . ( t h i s p r e d i c t i o n w a s c o n fi r m e d b y t e s t r e - s u l t s ) . 4 . 3 . 3 . F l e x u r a l S t r e n g t h o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e P i p e s W i t h o u t S t e e l R e i n f o r c e m e n t T h e s t r e s s d i s t r i b u t i o n u n d e r u l t i m a t e m o m e n t i n c o n c r e t e p i p e s w i t h fi b e r r e i n f o r c e m e n t ( b u t n o s t e e l r e i n f o r c e m e n t ) i s a s s u m e d l i n e a r ( F i g u r e 4 . 9 ) , w i t h t e n s i l e s t r e s s e s c o v e r i n g t h e f u l l a r e a b e l o w n e u t r a l a x i s ; t h e e x p r e s s i o n s f o r 0 ' , ( F i g u r e 4 . 9 ) w e r e i n t r o d u c e d e a r - l i e r . S i m p l e e q u i l i b r i u m c o n s i d e r a t i o n s y i e l d t h e e x p r e s s i o n f o r fl e x u r a l s t r e n g t h i n F i g - u r e 4 . 9 . 1 6 4 f c C o n c r e t e S t r e s s B l o c k N . A . 2 ( h - c ) / 3 F i b e r T e n s i o n A r e a I l l l 0 t F i g u r e 4 . 9 . S t r e s s d i s t r i b u t i o n i n t h e fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e s e c t i o n 1 6 5 4 . 4 . P a r a m e t r i c S t u d y a n d D i s c u s s i o n o n R e s u l t s T h e p i p e s t e s t e d i n e x p e r i m e n t a l i n v e s t i g a t i o n s p r o v i d e d t h e b a s i s f o r t h e p a r a m e t r i c s t u d - i e s p r e s e n t e d b e l o w . T h e f o l l o w i n g v a l u e s w e r e u s e d i n p a r a m e t r i c s t u d i e s : A , = 0 . 0 8 i n z / f t j } = 0 . 9 5 fl u ( [ 2 , , i s t h e u l t i m a t e t e n s i l e s t r e n g t h o f t h e w e l d e d w i r e f a b r i c a n d i s 7 5 0 0 0 p s i f o r t h e t e s t e d p i p e s ) f . = 5 0 0 0 p s i = > 0 = 0 . 8 , W , = 4 2 0 1 b / 1 i n . fi . f . . . z 5 3 0 p s i h = 4 i n . D i : 2 7 i n . T h e fi b e r p r o p e r t i e s a r e s u m m a r i z e d i n T a b l e 4 . 1 T a b l e 4 . 1 . G e o m e t r i c A t t r i b u t e s o f P V A F i b e r s . F i b e r T y p e L e n g t h D i a m e t e r T e n s i l e S t r e n g t h ( m m ) ( m m ) ( M p a ) I 6 0 . 0 2 6 1 6 0 0 I I 1 2 0 . 1 1 1 0 0 I I I 1 5 0 . 3 9 0 0 ( 1 i n . E 2 5 . 4 m m . , 1 M P a 2 1 4 5 p s i ) T a b l e 4 . 2 a n d F i g u r e 4 . 1 0 p r e s e n t t h e e x p e r i m e n t a l a n d a n a l y t i c a l p r e d i c t i o n s o f u l t i m a t e l o a d s f o r d i f f e r e n t p i p e s c o n s i d e r e d i n t h e e x p e r i m e n t a l p r o g r a m ; a n a l y t i c a l p r e d i c t i o n s w e r e m a d e b a s e d o n a s s u m p t i o n s o n p r e d o m i n a n c e o f e i t h e r fi b e r r u p t u r e o r p u l l o u t a s f o l l o w s . I n P i p e s A a n d B w i t h fi n e r fi b e r s o f h i g h e r a s p e c t r a t i o , fi b e r r u p t u r e d o m i - 1 6 6 n a t e d , a n d t h e e q u a t i o n s c o r r e s p o n d i n g t o fi b e r r u p t u r e y i e l d e d d e s i r a b l e r e s u l t s . I n t h e c a s e o f P i p e s C a n d G , w i t h fi b e r s o f m e d i u m a s p e c t r a t i o , s o m e fi b e r p u l l o u t w a s o b - s e r v e d b u t fi b e r r u p t u r e w a s s t i l l p r e v a l e n t . A r e c t a n g u l a r t e n s i l e s t r e s s b l o c k w a s a s - s u m e d f o r fi b e r c o n c r e t e , w i t h fi b e r s t r e s s a s s u m e d t o r e a c h t h e u l t i m a t e l e v e l . I n P i p e s D a n d E , w h i c h i n c o r p o r a t e d c o a r s e fi b e r s o f r e l a t i v e l y l o w a s p e c t r a t i o , a b o n d s t r e n g t h , I , o f 1 0 M P a ( 1 , 4 5 0 p s i ) y i e l d e d a s a t i s f a c t o r y a n a l y t i c a l p r e d i c t i o n o f e x p e r i m e n t a l r e s u l t s ; P i p e H a l s o c o n t a i n e d c o a r s e fi b e r s w i t h p u l l - o u t b e h a v i o r . F i b e r r u p t u r e w a s a s s u m e d t o b e p r e v a l e n t i n P i p e F . T a b l e 4 . 2 . ' E x p e r i m e n t a l R e s u l t s a n d A n a l y t i c a l P r e d i c t i o n s o f t h e U l t i m a t e F l e x u r a l S t r e n g t h o f D i fl e r e n t P i p e s w i t h V a r i o u s C o m b i n a t i o n s o f S t e e l a n d S y n t h e t i c F i b e r R e i n f o r c e m e n t . . . . T e s t T h e o r e t i c a l P r p e C o r r e s p o n d i n g S t e e l F 1 b e r V o l u m e U l t i m a t e U l t i m a t e . D - l o a d D - l o a d P r p e # * C a g e & T y p e ( 1 b / fi / f t ) ( l b / fi / i i ) A 3 ( 1 ) 1 1 % T Y P E I 2 9 2 8 3 0 2 1 B 4 ( 1 ) 1 1 . 5 % T Y P E I 3 2 9 4 3 7 0 6 C 5 ( 1 ) 1 0 . 7 5 % T Y P E 1 1 3 0 8 4 2 6 8 8 D 3 ( 2 ) 1 2 % T Y P E I I I 3 1 6 3 2 9 4 5 E 3 ' ( 2 ) 1 2 % T Y P E I I I 3 0 0 7 2 9 4 5 F 8 ( 1 ) 0 0 . 5 % T Y P E I 2 7 1 8 2 7 4 0 G 9 ( 1 ) 0 0 . 5 % T Y P E I I 2 6 1 4 2 1 6 1 H 6 ( 2 ) 0 2 % T Y P E I I I 2 7 9 7 2 9 5 5 * N u m b e r i n p a r e n t h e s i s c o r r e s p o n d s t o t e s t s e r i e s T Y P E I : L = 6 m m , D = 0 . 0 2 6 m m , T Y P E I I : L = 1 2 m m , D = 0 . l m m , T Y P E I I I : L = 1 5 m m , D = 0 . 3 m m 1 6 7 ) t f l t f l b I ( d a o L - D C o m p a r i s o n o f t h e R e s u l t s P i p e I T e s t U l t i m a t e D - L o a d I T h e o r e t i c a l U l t i m a t e D - L o a d F i g u r e 4 . 1 0 . P i p e U l t i m a t e L o a d s : A n a l y t i c a l P r e d i c t i o n s a n d E x p e r i m e n t a l R e s u l t s . 1 6 8 4 . 5 . C o n c l u s i o n s 1 . U n d e r t h e e f f e c t s o f e a r t h a n d l i v e l o a d s , t r a n s v e r s e b e n d i n g m o m e n t s d e v e l o p i n p i p e w a l l s . T h i s y i e l d s t h e r e c t a n g u l a r b e a m t y p e o f b e h a v i o r o f t h e p i p e . 2 . T h e r e a r e p a r t i c u l a r f o r m u l a s f o r e v a l u a t i o n o f fl e x u r a l s t r e n g t h o f t h e p i p e s i n a 3 e d g e b e a r i n g t e s t , w h i c h h a v e t o b e m o d i fi e d t o a c c o u n t f o r t h e fi b e r c o n t r i b u t i o n t o fl e x u r a l s t r e n g t h . 3 . F i b e r s i n a c e m e n t i t i o u s m a t r i x s h o w t w o t y p e s o f b e h a v i o r a t c r a c k s : p u l l - o u t o r r u p t u r e . D i f f e r e n t s e t s o f f o r m u l a s w e r e d e r i v e d f o r e a c h t y p e o f fi b e r b e h a v i o r . 4 . A s e m i - e m p i r i c a l a p p r o a c h w a s a d o p t e d f o r d e r i v a t i o n o f t h e f o r m u l a s f o r b o t h s t e e l r e i n f o r c e d a n d n o n - r e i n f o r c e d fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e p i p e s . 5 . A c c o r d i n g t o t h e p a r a m e t r i c s t u d y c o n d u c t e d f o r c o m p a r i s o n t h e o r e t i c a l r e s u l t s p r e d i c t i o n s v e r s u s t e s t r e s u l t s , t h e m o d e l s p r e d i c t t h e a c t u a l p e r f o r m a n c e o f c o n - c r e t e p i p e s w i t h r e a s o n a b l e a c c u r a c y . 1 6 9 C H A P T E R 5 C O N C L U S I O N S A N D F U T U R E R E S E A R C H N E E D S 5 . 1 . C o n c l u s i o n s . F i b e r s c a n e n h a n c e t h e c r a c k i n g r e s i s t a n c e , m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d l o n g e v i t y o f c o n c r e t e . T h e r e i n f o r c i n g e f f e c t s o f fi b e r s i n c o n c r e t e r e s u l t l a r g e l y f r o m c o n - t r o l o f m i c r o c r a c k a n d c r a c k p r o p a g a t i o n . T h e r e a r e s e v e r a l a p p l i c a t i o n s f o r fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e i n n o n - s t r u c t u r a l , s e m i - s t r u c t u r a l , a n d s t r u c t u r a l m e m b e r s . N o n - s t r u c t u r a l a p p l i c a t i o n s w h e r e s h r i n k a g e c r a c k c o n t r o l i s a p r i m a r y i s s u e a r e c u r r e n t l y p r e v a l e n t . L i f e - c y c l e c o s t a n a l y s i s j u s t i fi e s t h e i n i t i a l c o s t a s s o c i a t e d w i t h i n t r o d u c t i o n o f fi b e r s . . R e fi n e d c o n c r e t e m i x f o r m u l a t i o n s i n c o r p o r a t i n g c h e m i c a l a n d m i n e r a l a d m i x - t u r e s a s w e l l a s fi b e r s a r e g e n e r a l l y c o m p a t i b l e w i t h i n d u s t r i a l - s c a l e p r o d u c t i o n p r a c t i c e s o f c o n c r e t e p i p e s . 1 7 0 4 . S y n t h e t i c fi b e r r e i n f o r c e m e n t s u b s t a n t i a l l y e n h a n c e s t h e l o a d a t 0 . 0 1 ” c r a c k w i d t h a n d a l s o t h e p e a k l o a d o f p i p e s w i t h o n e l a y e r o f s t e e l . H e n c e , fi b e r r e i n f o r c e m e n t o f c o n c r e t e p i p e s c a n r e d u c e t h e r e q u i r e d a m o u n t o f s t e e l r e i n f o r c e m e n t f r o m t w o l a y e r s t o o n e . P i p e s w i t h o n e l a y e r o f s t e e l a n d fi b e r s a c t u a l l y p r o v i d e h i g h e r l e v - e l s o f d u c t i l i t y ( p o s t - p e a k l o a d - c a r r y i n g c a p a c i t y ) w h e n c o m p a r e d w i t h p i p e s w i t h t w o l a y e r s o f s t e e l a n d n o fi b e r r e i n f o r c e m e n t . I t i s t h u s o u r c o n c l u s i o n t h a t s y n - t h e t i c fi b e r s c a n r e d u c e t h e s t e e l r e i n f o r c e m e n t r e q u i r e m e n t s ( a n d t h u s i n c r e a s e t h e p r o t e c t i v e c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s o v e r s t e e l ) , w h i c h c a n m a k e m a j o r c o n t r i - b u t i o n s t o t h e l o n g e v i t y o f c o n c r e t e p i p e s i n a g g r e s s i v e s a n i t a r y s e w e r e n v i r o n - m e n t s . 5 . C o a r s e r fi b e r s ( 1 5 x 0 3 m ) c a n b e m o r e c o n v e n i e n t l y i n t r o d u c e d a t r e l a t i v e l y h i g h v o l u m e f r a c t i o n s ( 2 % ) i n t o c o n c r e t e m i x t u r e s u s e d i n d r y - c a s t m e t h o d o f p i p e p r o d u c t i o n . T h e c o a r s e r P V A fi b e r s e x h i b i t e d a p r e v a l e n t t e n d e n c y t o w a r d s p u l l - o u t a t c r a c k s w h i l e t h e fi n e r P V A fi b e r s p r e d o m i n a n t l y r u p t u r e d a t c r a c k s . C o a r s e r fi b e r s w e r e m o r e e f f e c t i v e t h a n fi n e r fi b e r s i n e n h a n c i n g t h e l o a d i n t h r e e - e d g e b e a r i n g t e s t c o r r e s p o n d i n g t o 0 . 0 1 ” c r a c k w i t h o f s t e e l r e i n f o r c e d c o n c r e t e p i p e s , a n d a l s o i n i n c r e a s i n g t h e p e a k l o a d a n d p o s t - p e a k d u c t i l i t y o f p l a i n c o n - c r e t e p i p e s . 6 . A s f a r a s t h e c o s t o f p i p e p r o d u c t i o n i s c o n c e r n e d , fi b e r s w o u l d b e c o m p e t i t i v e a s p a r t i a l ( o r f u l l ) r e p l a c e m e n t f o r s t e e l r e i n f o r c e m e n t w h e n u s e d a t v o l u m e f r a c t i o n s b e l o w 1 % ; s i g n i fi c a n t g a i n s i n l i f e - c y c l e e c o n o m y o f c o n c r e t e p i p e s c a n r e s u l t 1 7 1 f r o m i n t r o d u c t i o n o f fi b e r s t o i n c r e a s e t h e t h i c k n e s s a n d e n h a n c e t h e q u a l i t y o f p r o t e c t i v e c o n c r e t e c o v e r o v e r s t e e l r e i n f o r c e m e n t . . U n d e r t h e e f f e c t s o f e a r t h a n d l i v e l o a d s , t r a n s v e r s e b e n d i n g m o m e n t s d e v e l o p i n p i p e w a l l s . T h i s y i e l d s a r e c t a n g u l a r b e a m t y p e o f b e h a v i o r i n p i p e s . T h e r e a r e p a r t i c u l a r f o r m u l a s f o r e v a l u a t i o n o f fl e x u r a l s t r e n g t h o f t h e p i p e s i n a 3 e d g e b e a r i n g t e s t , w h i c h h a v e t o b e m o d i fi e d t o a c c o u n t f o r t h e fi b e r c o n t r i b u t i o n t o fl e x u r a l p e r f o r m a n c e . F i b e r s i n a c e m e n t i t i o u s m a t r i x s h o w t w o t y p e s o f b e h a v i o r a t c r a c k s : p u l l - o u t o r r u p t u r e . D i f f e r e n t s e t s o f f o r m u l a s w e r e d e r i v e d f o r e a c h t y p e o f b e h a v i o r . A s e m i - e m p i r i c a l a p p r o a c h w a s a d o p t e d f o r d e r i v a t i o n o f t h e f o r m u l a s f o r b o t h s t e e l r e i n f o r c e d a n d n o n - r e i n f o r c e d fi b e r c o n c r e t e p i p e s . A c - c o r d i n g t o t h e p a r a m e t r i c s t u d y c o n d u c t e d a n d b a s e d o n c o m p a r i s o n t h e o r e t i c a l p r e d i c t i o n s v e r s u s t e s t r e s u l t s , t h e m o d e l s c a n p r e d i c t t h e p i p e p e r f o r m a n c e w i t h r e a s o n a b l e a c c u r a c y . 1 7 2 5 . 2 . F u t u r e R e s e a r c h N e e d s T h e t e s t r e s u l t s a n d e c o n o m i c a n a l y s i s c o n d u c t e d i n t h i s i n v e s t i g a t i o n i n d i c a t e t h a t c o a r s e r a n d l o n g e r P V A fi b e r s a t l e s s t h a n 1 % v o l u m e f r a c t i o n c a n y i e l d p a r - t i c u l a r l y d e s i r a b l e b a l a n c e s o f p e r f o r m a n c e a n d i n i t i a l c o s t . T h e v a l i d i t y o f t h i s a s s u m p t i o n s h o u l d b e v e r i fi e d t h r o u g h i n t e g r a t e d e x p e r i m e n t a l a n d a n a l y t i c a l i n - v e s t i g a t i o n s i n v o l v i n g f u l l - s c a l e c o n c r e t e p i p e s . R e d u c t i o n o f t h e s t e e l r e i n f o r c e m e n t b y a s m u c h a s 5 0 % ( w h i l e i n c r e a s i n g t h e p r o t e c t i v e c o v e r t h i c k n e s s o f c o n c r e t e o v e r s t e e l ) i s p o s s i b l e b y u s i n g a p r o p e r fi - b e r t y p e , g e o m e t r y , a n d v o l u m e f r a c t i o n . O p t i m i z a t i o n o f t h e fi b e r a n d s t e e l r e i n - f o r c e m e n t a s w e l l a s e v a l u a t i o n o f t h e l o n g - t e r m p e r f o r m a n c e o f p i p e s i n c o r p o r a t - i n g t h e n e w d e s i g n s i n s a n i t a r y s e w e r s y s t e m s r e q u i r e s f u r t h e r i n v e s t i g a t i o n s . 1 7 3 A P P E N D I C E S 1 7 4 A P P E N D I X A S L U M P E X P E R I M E N T S 6 1 7 5 S l u m p 1 0 0 8 0 . N y l o n . 3 _ P o l y p r o p y l e n e E ' N y l o n F ‘ g P o l y e s t e r P o l y p r o p y l e n e U 6 0 ‘ L . - ' . E g . N y l o n 3 2 , . L Q 4 0 . ' E . 3 . 6 3 2 0 ‘ j i 0 f 0 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 F i b e r V o l u m e F r a c t i o n ( % ) I N y l o n I P o l y p r o p y l e n e P o l y e s t e r I P l a i n F i g u r e A . 1 . S u m m a r y o f t h e S l u m p R e s u l t s f o r D i f f e r e n t F i b e r T y p e s T a b l e A . 1 . R e f e r e n c e t o D i f f e r e n t F i b e r R e s u l t s ’ T a b l e s F i b e r T y p e F i b e r G e o m e t r y F i b e r V o l . M i x R e s u l t s L : D ( m m ) F r a c t i o n : C : S : C A : W S t e e l F i b e r s e e T a b l e A 2 s e e T a b l e A 2 s e e T a b l e T a b l e A 2 A 2 T a b l e A 3 P l a i n s e e T a b l e A . 4 s e e T a b l e A . 4 s e e T a b l e T a b l e A . 4 A . 4 T a b l e A 5 s e e T a b l e A . 6 S e e T a b l e A . 6 s e e T a b l e A . 6 S y n t h e t i c F i b e r s e e T a b l e A . 6 F i g : A . 2 , A . 3 F i g : A . 2 , A . 3 F i g : A . 2 , A . 3 1 7 6 T a b l e A . 2 . S t e e l F i b e r a n d M i x P r o p e r t i e s M i x t u r e p r o p o r t i o n s H i g h - r a n g e A i r - e n t r a i n i n g M i x t u r e W / C r a t i o C e m e n t F i b e r s w a t e r - r e d u c e r a g e n t d e s i g n a t i o n ( b y w e i g h t ) ( l b / y d 3 ) * ( l b / y d 3 ) * ( w t % ) ; t ( w t % ) 1 F 1 0 . 3 6 6 1 1 5 5 1 . 0 0 . 2 0 F 2 , F 2 R 0 . 3 2 5 6 4 6 5 0 . 8 0 . 5 0 F 3 , F 3 R 0 . 3 2 6 5 8 6 5 0 . 8 0 . 2 0 F 4 , F 4 R 0 . 4 0 5 6 4 6 5 0 . 8 0 . 1 0 F 5 , F 5 R 0 . 4 0 6 5 8 6 5 0 . 8 0 . 1 3 F 6 , F 6 R 0 . 3 2 5 6 4 6 5 1 . 2 0 . 2 0 F 7 , F 7 R 0 . 3 2 6 5 8 6 5 1 . 2 0 . 1 3 F 8 , F 8 R 0 . 4 0 5 6 4 6 5 1 . 2 0 . 1 0 F 9 , F 9 R 0 . 4 0 6 5 8 6 5 1 . 2 0 . 1 0 F 1 0 0 . 3 6 6 1 1 7 5 0 . 6 0 . 2 0 F 1 1 0 . 2 8 6 1 1 7 5 1 . 0 0 . 4 0 F 1 2 0 . 3 6 5 1 7 7 5 1 . 0 0 . 2 0 F 1 3 0 . 3 6 7 0 5 7 5 1 . 0 0 . 1 0 F 1 4 0 . 4 4 6 1 1 7 5 1 . 0 0 . 1 0 F 1 5 0 . 3 6 6 1 1 7 5 1 . 4 0 . 2 0 F 1 6 , F 1 6 R 0 . 3 2 5 6 4 8 5 0 . 8 0 . 3 0 F 1 7 , F 1 7 R 0 . 3 2 6 5 8 8 5 0 . 8 0 . 2 0 F 1 8 , F 1 8 R 0 . 4 0 5 6 4 8 5 0 . 8 0 . 1 3 F 1 9 , F 1 9 R 0 . 4 0 6 5 8 8 5 0 . 8 0 . 1 6 F 2 0 , F 2 0 R 0 . 3 2 5 6 4 8 5 1 . 2 0 . 4 0 F 2 1 , F 2 1 R 0 . 3 2 6 5 8 8 5 1 . 2 0 . 2 0 F 2 2 , F 2 2 R 0 . 4 0 5 6 4 8 5 1 . 2 0 . 1 3 F 2 3 , F 2 3 R 0 . 4 0 6 5 8 8 5 1 . 2 0 . 1 3 F 2 4 0 . 3 6 6 1 1 9 5 1 . 0 0 . 2 0 F 2 5 0 . 3 6 6 1 1 7 5 1 . 0 0 . 3 0 F 2 6 0 . 3 6 6 1 1 7 5 1 . 0 0 . 2 5 F 2 7 0 . 3 6 6 1 1 7 5 1 . 0 0 . 4 0 F 2 8 0 . 3 6 6 1 1 7 5 1 . 0 0 . 2 5 F 2 9 0 . 3 6 6 1 1 7 5 1 . 0 0 . 3 0 F 3 0 0 . 3 6 6 1 1 7 5 1 . 0 0 . 1 3 F 3 1 0 . 3 6 6 1 1 7 5 1 . 0 0 . 2 0 F 3 2 , F 3 2 R 0 . 4 0 6 1 1 7 5 1 . 0 0 . 1 5 F 3 3 , F 3 3 R 0 . 3 0 7 9 9 7 5 1 . 2 0 . 2 0 F 3 4 0 . 4 0 6 1 1 7 5 1 . 0 0 . 1 5 F 3 5 0 . 3 0 7 9 9 7 5 1 . 2 0 . 2 0 F 3 6 0 . 4 0 6 1 1 7 5 1 . 0 0 . 1 5 F 3 7 0 . 3 0 7 9 9 7 5 1 . 2 0 . 2 0 F 3 8 0 . 4 0 6 1 1 7 5 1 . 0 0 . 1 5 F 3 9 0 . 4 0 6 1 1 7 5 1 . 0 0 . 1 5 1 7 7 T a b l e A . 2 . C o n t i n u e d M i x t u r e p r o p o r t i o n s - H i g h - r a n g e A i r - e n t r a i n i n g M i x t u r e W / C r a t i o C e m e n t F i b e r s w a t e r - r e d u c e r a g e n t d e s i g n a t i o n ( b y w e i g h t ) ‘ ( l b / y d 3 ) * ( l b / y d 3 ) * ( w t % ) 1 ( w t % ) 1 F 4 0 0 . 4 0 6 1 1 7 5 1 . 0 0 . 1 5 F 4 1 0 . 4 3 6 9 0 1 0 0 1 . 3 - ’ r F 4 2 0 . 5 0 6 9 0 1 0 0 - ' l ' - ' l F 4 3 0 . 4 3 6 9 0 1 0 0 0 . 8 6 0 . 1 0 1 F 4 4 0 . 4 3 6 9 0 1 0 0 1 . 0 9 0 . 1 8 5 F 4 5 0 . 4 3 6 9 0 1 0 0 1 . 0 0 0 . 2 5 4 F 4 6 , F 4 6 R 0 . 3 0 7 9 9 7 5 1 . 2 0 . 2 0 F 4 7 , F 4 7 R 0 . 4 0 6 1 1 7 5 1 . 0 0 . 1 5 F 4 8 0 . 4 0 6 1 1 7 5 1 . 0 0 . 1 5 F 4 9 0 . 3 0 7 9 9 7 5 1 . 2 0 . 1 0 F 5 0 0 . 3 0 7 9 9 7 5 1 . 2 0 . 2 0 N o t e : R * 1 l b / y d = 0 . 5 9 k g / m 3 1 7 8 e p l i c a t e m i x t u r e p r o p o r t i o n s ( d e s i g n . b y R ) a r e t h e s a m e a s t h o s e o f t h e o r i g i n a l . ' 1 ' D a t a d i s c a r d e d ' 1 P e r c e n t b y w e i g h t o f c e m e n t T a b l e A 3 . S t e e l F i b e r S l u m p R e s u l t s A i r M i x t u r e T e m p e r a t u r e A i r C o n t e n t S l u m p V - B t i m e D e s i g n a t i o n ( ° F ) ‘ , ‘ ( v o l . % ) ( i n . ) ‘ l ‘ ( m ) F 1 8 8 5 . 7 2 . 2 5 8 . 0 F 2 8 0 4 . 4 0 . 0 1 0 . 0 F 2 R 7 2 3 . 4 0 . 0 9 . 0 F 3 8 0 3 . 6 0 . 2 5 1 . 5 F 3 R 7 6 5 . 2 0 . 6 2 5 6 . 0 F 4 7 9 4 . 2 1 . 7 5 8 . 6 F 4 R 7 3 7 . 2 2 . 0 8 . 0 F 5 8 0 6 . 8 4 . 5 1 . 5 F S R 7 0 9 . 8 7 . 6 2 5 0 . 0 F 6 8 0 4 . 2 0 . 0 1 6 . 0 F 6 R 7 4 5 . 4 1 . 0 1 3 . 5 F 7 8 0 6 . 8 7 . 6 2 5 0 . 0 F 7 R 7 8 6 . 0 2 . 7 5 5 . 5 F 8 8 0 8 . 0 , 8 . 0 0 . 0 F 8 R 7 8 8 . 2 7 . 8 7 5 0 . 0 F 9 8 4 1 0 . 2 7 . 5 0 . 0 F 9 R 7 0 1 0 . 0 9 . 2 5 0 . 0 F 1 0 8 4 3 . 5 0 . 0 2 7 . 0 F 1 1 8 0 3 . 8 0 . 0 1 6 . 0 F 1 2 8 4 3 . 2 0 . 0 1 9 . 5 F 1 3 8 0 9 . 2 9 . 1 2 5 0 . 0 F 1 4 7 7 7 . 2 0 . 0 0 . 0 F 1 5 8 5 7 . 5 5 . 2 5 3 . 0 F 1 6 8 0 4 . 8 0 . 0 1 9 . 0 F 1 6 R 7 2 3 . 0 0 . 0 1 5 . 0 F 1 7 8 3 3 . 6 0 . 0 2 5 . 0 F 1 7 R 7 4 5 . 8 0 . 0 1 4 . 5 F 1 8 7 9 3 . 8 0 . 3 7 5 1 6 . 0 F 1 8 R 7 5 5 . 0 0 . 5 1 0 . 8 F 1 9 8 0 9 . 6 7 . 3 0 . 0 F 1 9 R 7 8 8 . 0 6 . 0 3 . 0 F 2 0 8 3 5 . 2 0 . 0 1 6 . 0 F 2 0 R 7 6 7 . 0 1 . 3 7 5 6 . 0 F 2 1 8 6 4 . 2 0 . 5 7 . 8 F 2 1 R 7 4 5 . 4 1 . 0 1 1 . 0 F 2 2 8 6 5 . 0 1 . 6 2 5 1 1 . 0 F 2 2 R 7 5 5 . 8 0 . 0 8 . 0 F 2 3 8 0 8 . 8 8 . 5 0 . 0 F 2 3 R 7 4 1 1 . 2 8 . 2 5 0 . 0 F 2 4 8 8 4 . 6 0 . 2 5 1 1 . 7 1 7 9 T a b l e A 3 . C o n t i n u e d A i r M i x t u r e T e m p e r a t u r e A i r C o n t e n t S l u m p V - B t i m e D e s i g n a t i o n ( ° F ) ‘ ( v o l . % ) ( i n . ) ‘ l ( 3 ) F 2 5 8 1 9 . 2 4 . 5 4 . 4 F 2 6 8 3 8 . 6 4 . 5 4 . 6 F 2 7 8 2 7 . 4 1 . 5 6 . 2 F 2 8 8 3 6 . 8 2 . 5 6 . 0 F 2 9 9 0 6 . 0 1 . 8 6 . 4 F 3 0 8 0 4 . 0 1 . 7 5 1 1 . 7 F 3 1 8 1 4 . 5 1 . 5 9 . 4 F 3 2 6 8 9 . 6 7 . 0 0 0 F 3 2 R 7 2 5 . 2 3 . 1 2 5 4 . 0 F 3 3 6 8 3 . 3 0 . 7 5 1 1 . 0 F 3 3 R 7 0 3 . 8 1 . 5 0 6 . 0 F 3 4 7 6 8 . 0 4 . 2 5 3 . 0 F 3 5 7 6 4 . 4 2 . 5 8 . 0 F 3 6 7 4 1 0 . 8 7 . 7 5 0 F 3 7 7 8 6 . 6 4 . 0 3 . 0 F 3 8 6 5 4 . 2 2 . 2 5 8 . 0 F 3 9 6 6 3 . 8 2 . 0 7 . 5 F 4 0 7 5 4 . 2 1 . 0 9 . 5 F 4 1 7 2 2 . 2 1 . 0 1 4 . 0 F 4 2 6 8 1 . 2 6 . 0 1 . 5 F 4 3 7 3 2 . 6 3 . 2 5 3 . 0 F 4 4 7 1 3 . 0 4 . 0 4 . 8 F 4 5 7 1 4 . 5 4 . 0 4 . 2 F 4 6 7 1 7 . 4 5 . 0 5 . 0 F 4 6 R 6 9 8 . 4 3 . 7 5 8 . 0 F 4 7 7 1 8 . 2 6 . 3 7 5 0 F 4 7 R 7 0 1 0 . 8 7 . 5 0 0 F 4 8 7 1 9 . 1 0 7 . 0 0 F 4 9 7 0 3 . 6 0 1 1 . 0 F 5 0 7 4 4 . 8 4 . 0 3 . 0 N o t e : R e p l i c a t e m i x t u r e p r o p o r t i o n s ( d e s i g n . b y R ) a r e t h e s a m e a s t h o s e o f t h e o r i g i n a l . * ° C = ( ° F - 3 2 ) * 5 / 9 ' 1 ' 1 i n . = 2 5 . 4 m m 1 8 0 T a b l e A . 4 . P l a i n C o n c r e t e M i x M i x t u r e p r o p o r t i o n s A i r - e n t r a i n i n g H i g h - r a n g e w a - M i x t u r e W / C r a t i o C e m e n t a g e n t t e r - r e d u c e r d e s i g n a t i o n ( b y w e i g h t ) ( l b / y d 3 ) ( w t % ) ( w t % ) 8 1 0 . 3 8 6 1 1 0 . 1 1 . 0 S 2 , S Z R 0 . 3 3 6 5 4 0 . 0 9 5 0 . 8 S 3 , S 3 R 0 . 3 3 6 5 8 0 . 0 9 5 0 . 8 S 4 , S 4 R 0 . 4 3 5 6 4 0 . 7 0 0 . 8 S 5 , S 5 R 0 . 4 3 6 5 8 0 . 0 9 5 0 . 8 S 6 , S 6 R 0 . 3 3 5 6 4 0 . 1 3 0 1 . 2 S 7 , S 7 R 0 . 3 3 6 5 8 0 . 1 2 0 1 . 2 S 8 , S 8 R 0 . 4 3 ' 5 6 4 0 . 0 9 5 1 . 2 S 9 , S 9 R 0 . 4 3 6 5 8 0 . 0 8 5 1 . 2 8 1 0 0 . 3 8 6 1 1 0 . 0 9 5 0 . 6 S 1 1 0 . 2 8 6 1 1 0 . 1 2 0 1 . 0 S 1 2 0 . 3 8 5 1 7 0 . 2 0 0 1 . 0 S 1 3 0 . 3 8 6 1 1 0 . 0 5 0 1 . 0 8 1 4 0 . 3 8 7 0 5 0 . 0 9 5 1 . 0 S 1 5 0 . 4 8 6 1 1 0 . 0 5 0 1 . 0 S ] 6 0 . 3 8 6 1 1 0 . 0 9 5 1 . 4 S 1 7 , S l 7 R 0 . 3 3 5 6 4 0 . 1 3 0 0 . 8 S 1 8 , S 1 8 R 0 . 3 3 6 5 8 0 . 1 2 0 0 . 8 S l 9 , S l 9 R 0 . 4 3 5 6 4 0 . 1 3 0 0 . 8 S 2 0 , S Z O R 0 . 4 3 6 5 8 0 . 0 9 5 0 . 8 $ 2 1 , 8 2 1 R 0 . 3 3 5 6 4 0 . 1 5 0 1 . 2 8 2 2 , 8 2 2 R 0 . 3 3 6 5 8 0 . 0 9 5 1 . 2 S 2 3 , S 2 3 R 0 . 4 3 5 6 4 0 . 0 9 5 1 . 2 S 2 4 , S 2 4 R 0 . 4 3 6 5 8 0 . 0 9 5 1 . 2 8 2 5 0 . 3 8 6 1 1 0 . 0 8 5 1 . 0 S 2 6 0 . 2 8 7 0 5 0 . 0 9 5 1 . 2 S 2 7 0 . 2 8 7 0 5 0 . 0 9 5 1 . 6 8 2 8 0 . 3 0 7 0 5 0 . 0 9 5 1 . 2 S 2 9 0 . 3 0 7 0 5 0 . 1 2 0 1 . 6 S 3 0 0 . 2 8 7 5 2 0 . 1 2 0 1 . 2 S 3 1 0 . 2 8 7 5 2 0 . 1 3 0 1 . 4 S 3 2 0 . 2 8 7 5 2 0 . 1 3 0 1 . 4 S 3 3 0 . 2 8 7 9 9 0 . 1 3 0 1 . 2 8 3 4 0 . 2 8 7 9 9 0 . 1 3 0 1 . 0 8 3 5 0 . 2 8 7 9 9 0 . 1 6 0 1 . 0 S 3 6 0 . 2 8 8 4 6 0 . 1 3 0 1 . 0 S 3 7 0 . 2 8 8 4 6 O . 1 3 0 1 . 2 S 3 8 0 . 2 8 8 4 6 0 . 1 3 0 0 . 8 S 3 9 0 . 3 0 7 9 9 0 . 1 3 0 0 . 8 1 8 1 T a b l e A . 4 . C o n t i n u e d M i x t u r e p r g m r t i o n s W / C r a t i o C e m e n t A i r - e n t r a i n i n g H i g h - r a n g e w a - M i x t u r e ( b y w e i g h t ) ( l b / y d 3 ) a g e n t t e r - r e d u c e r d e s i g n a t i o n ( w t % ) ( w t % ) S 4 0 0 . 3 0 7 9 9 0 . 1 3 0 1 . 0 S 4 1 0 . 4 3 5 6 4 0 . 1 3 0 0 . 8 8 4 2 0 . 4 3 5 6 4 0 . 0 9 5 0 . 8 S 4 3 0 . 3 3 5 6 4 0 . 0 9 5 1 . 2 S 4 4 0 . 3 3 6 5 8 0 . 0 9 5 1 . 2 S 4 5 0 . 2 8 6 1 1 0 . 1 2 1 . 0 S 4 6 0 . 3 8 5 1 7 0 . 1 2 1 . 0 S 4 7 0 . 3 8 6 1 1 0 . 0 9 5 1 . 0 S 4 8 0 . 3 8 6 1 1 0 . 0 7 0 1 . 0 T a b l e A 5 . P l a i n C o n c r e t e S l u m p R e s u l t s A i r M i x t u r e t e m p e r a t u r e A i r c o n t e n t S l u m p V - B t i m e d e s i g n a t i o n ( ° F ) ( v o l . % ) ( i n . ) ( s ) 8 1 7 6 9 . 3 7 . 5 0 8 2 6 8 3 . 6 0 6 . 5 8 2 R 6 8 3 . 9 0 . 5 - 4 . 0 S 3 6 9 4 . 1 1 . 5 4 . 0 8 3 R 7 0 3 . 0 0 1 1 . 0 S 4 , 7 0 7 . 2 7 . 6 2 5 0 8 4 R 6 8 4 . 6 2 . 7 5 2 . 5 S S 6 7 8 . 6 9 . 0 0 S S R 6 7 8 . 0 9 . 6 2 5 0 S 6 6 6 4 . 9 1 . 1 2 5 5 . 0 8 6 R 7 0 3 . 2 0 9 . 0 S 7 7 1 9 . 2 8 . 1 2 5 0 8 7 R 7 1 1 1 . 0 8 . 5 0 S 8 7 6 7 . 2 7 . 6 2 5 0 8 8 R 7 1 9 . 0 4 . 0 2 . 5 S 9 6 7 9 . 2 1 0 . 5 0 8 9 R 6 9 6 . 6 9 . 7 5 0 0 S 1 0 7 2 7 . 4 3 . 6 2 5 1 . 5 8 1 1 7 6 4 . 4 0 7 . 5 8 1 2 7 3 6 . 8 1 . 6 2 5 4 . 5 8 1 3 7 4 8 . 0 8 . 6 2 5 0 S 1 4 7 2 9 . 0 8 . 2 5 0 S I S 6 8 4 . 0 1 0 . 2 5 0 1 8 2 T a b l e A 5 . C o n t i n u e d A i r M i x t u r e t e m p e r a t u r e A i r c o n t e n t S l u m p V - B t i m e d e s i g n a t i o n ( ° F ) ( v o l . % ) ( i n . ) ( 8 ) S 1 6 7 0 1 0 . 2 9 . 5 0 $ 1 7 6 8 6 . 4 0 7 . 5 S l 7 R 6 8 6 . 6 0 7 . 5 $ 1 8 7 1 7 . 0 3 . 1 2 5 S ] 8 R 6 9 6 . 8 3 . 5 2 . 5 S 1 9 7 1 8 . 8 3 . 2 5 3 . 0 S l 9 R 6 6 1 1 . 8 7 . 3 7 5 0 S 2 0 6 9 9 . 6 8 . 1 2 5 0 S 2 0 R 7 4 9 . 2 7 . 5 0 8 2 1 6 8 5 . 6 1 . 1 2 5 5 . 5 S Z l R 6 8 9 . 2 4 . 3 7 5 2 . 5 8 2 2 6 7 7 . 6 5 . 5 1 . 5 S 2 2 R 6 8 5 . 4 2 . 0 4 . 0 S 2 3 6 8 ' 1 1 . 2 9 . 2 5 0 8 2 3 R 7 2 9 . 2 7 . 0 0 $ 2 4 7 5 9 . 0 9 . 5 0 8 2 4 R 7 2 9 . 8 9 . 7 5 0 8 2 5 6 8 1 0 . 4 8 . 1 2 5 0 S 2 6 7 5 4 . 8 0 7 . 5 8 2 7 7 1 4 . 3 3 . 5 6 . 0 S 2 8 6 8 4 . 6 2 . 2 5 5 . 0 8 2 9 6 8 4 . 2 7 . 5 0 S 3 0 7 0 3 . 0 0 7 . 5 S 3 1 6 5 9 . 6 9 . 0 0 S 3 2 6 8 7 . 0 9 . 0 0 S 3 3 7 0 6 . 9 4 . 5 1 . 5 T a b l e A . 6 . S y n t h e t i c F i b e r M i x a n d S l u m p R e s u l t s M i x S l u m p I n v e r t e d s l u m p A i r c o n t e n t U n i t w e i g h t d e s i g r a t i o n ( i n . ) ( s ) ( % ) ( l b / f t 3 ) C O N “ 7 . 0 0 - 5 . 5 0 1 4 5 . 7 N 6 0 7 5 5 . 5 0 3 6 . 0 0 1 4 8 . 2 N 6 1 0 0 5 . 2 5 4 6 . 0 0 1 4 3 . ] N 6 1 5 0 4 . 0 0 4 5 . 0 0 1 4 7 . 4 N 6 M 1 0 0 4 . 0 0 4 5 . 2 5 1 4 6 . 5 M P 1 0 0 5 . 2 5 4 5 . 2 5 1 4 8 . 2 M P 1 5 0 6 . 5 0 3 6 . 0 0 1 4 4 . 8 N U 1 0 0 5 . 2 5 3 5 . 7 5 1 4 8 . 2 * P l a i n c o n c r e t e ; 1 l b / fi 3 = 1 6 k g / m 3 ; 1 i n . = 2 5 . 4 m m 1 8 3 S l u m p ( i n . ) 0 F i b e r c o n t e n t 0 ' 7 5 ‘ b ’ y d s r o 1 w a s 6 ‘ ( 0 . 4 5 k g / m 3 ) ‘ y ( 0 . 6 k g ! ' ‘ O . ¢ o 0 3 " . ~ . M : 1 . 5 l b / y d 3 . s 0 . 0 } - : ~ : o : o . . a v 0 . 0 ; “ 0 . 0 . 5 0 . 0 . . . ( 0 . 9 k g ] m ) D - 4 ” 0 ‘ 0 . 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S y n t h e t i c F i b e r S l u m p R e s u l t s 1 8 4 A P P E N D I X B R E S T R A I N E D P L A S T I C S H R I N K A G E E X P E R I M E N T S 7 2 3 3 0 3 1 3 5 1 8 5 A 2 0 P l a s t i c S h r i n k a g e . 3 o G T o t a l C r a c k A r e a % P l a i n C o n c r e t e N A O ) o o o O o C 2 h E a - 6 V ’ _ > g o _ r L E _ 2 a 2 , _ U ) C > ~ 0 . 0 Q ‘ 6 3 “ > . 2 a : Z a . g _ > . b 3 ‘ o n o . ” 2 0 C L C C h 2 o 2 > . 3 m . C 3 3 g 3 _ > ‘ > . o o 3 D - ‘ L a 7 6 2 T | I I l _ N V L O ( 0 ( D ‘ — N ( ‘ 0 1 — ° . 0 . O . O . o . o c 5 c 5 0 O O O 0 F i b e r V o l u m e F r a c t i o n ( % ) P l a i n I N y l o n E l P o l y p r o p y l e n e C 1 P o l y e t h y l e n e I P o l y e s t e r S t e e l j F i g u r e B . 1 . S u m m a r y o f t h e P l a s t i c S h r i n k a g e R e s u l t s f o r D i fl e r e n t F i b e r T y p e s T a b l e B . 1 . T e s t M e t h o d I F i b e r F i b e r G e - F i b e r V o l . M i x S p e c i m e n A i r / D r y i n R e s u l t s T y p e o m e t r y F r a c t i o n C : 8 : D i m e n s i o n s g C o n d i - L : ( m m ) C A : F i g 1 t i o n s W 0 . 0 % H - 4 0 m m A i r F l o w : S t e e l F i - 3 0 : 0 . 5 0 . 1 % 1 : 1 1 1 W - 1 0 0 m m 3 4 0 c fi n F i g . b e r 5 0 : 0 . 5 0 . 5 % : 0 . 5 5 L - 1 0 1 0 m m R . H u m : B . 3 , B . 4 6 0 : 0 . 5 1 . 0 % 5 % t a b l e T e m p : 3 8 8 . 3 ° C 0 . 1 0 % H - 2 0 m m A i r F l o w : P o l y p r o - 1 4 m m R e c — 0 . 2 0 % s e e W - 1 5 0 m m 0 . 5 m s ’ 1 F i g . p y l e n e t a n g u l a r T a - L - 1 2 0 0 m m T e m p : 4 0 8 5 F i b e r b l e ° C 8 . 4 H - 1 5 m m A i r F l o w : F i g . P o l y p r o - 1 4 m m R e c - 0 . 1 0 % s e e W - 1 5 0 m m 0 . 5 m s ' I B . 6 - B . 9 p y l e n e t a n g u l a r 0 . 2 0 % T a — L - 1 2 0 0 m m T e m p : 4 0 t a b l e F i b e r b l e ° C 8 . 5 B 5 1 8 6 T a b l e B . 2 . T e s t M e t h o d 1 1 F i b e r M i x F i b e r T y p e V O L C : S : C A S p e c i m e n A r r / D r y m g R e s u l t s F r a c - ' W D r m e n s r o n s C o n d i t i o n s t i o n ' P o l y p r o p y l e n e T a b l e S e e T a - S e e F i g u r e A i r F l o w : 4 m / s F i g F i b e r B . 6 , B . 7 b l e B . 6 B . 1 0 R . H u m : 4 0 % B . 1 0 — T e m p : 2 0 ° C B . 1 6 t a b l e B . 6 . B . 7 B . 1 . M e t h o d I ( N o t t o s c a l e ) P l a n v i e w ( A ) f a n , ( B ) e l e c t r i c a l r e s i s t a n c e ( B ) c o n t r o l s y s t e m c o n n e c t e d t o a t h e r m o m e t e r ( D ) ( E ) h y g r o m e t e r ( F ) t w o s p e c i m e n s w i t h d i m e n s i o n s o f 2 0 m m x 1 5 0 m m x 1 2 0 0 m m T h e c h a n g e o f l e n g t h o v e r t i m e i s m e a s u r e d w i t h s t r a i n G a u g e s ( G ) l o c a t e d o n s t e e l p l a t e s ( H ) a n d c o n n e c t e d t o o t h e r s t e e l p l a t e s b y a s t e e l r o d ( 1 ) . A i r F l o w 4 ' “ . . . F i g u r e B . 2 . S c h e m a t i c d i a g r a m o f t h e p l a s t i c s h r i n k a g e t e s t i n g d e v i c e 1 8 7 B . 1 . 1 S t e e l F i b e r s T a b l e 3 . 3 . R e s u l t s f r o m S h r i n k a g e T e s t R e s u l t s ( 4 8 h a f t e r c a s t i n g ) ( 6 ) ( 7 ) 1 2 3 4 S V f t fi r s t ( ) t 8 0 % ( ) W m ; ) w c ( ) L c ( ) A c r a c k I ] . . L ( % ) ( m m ) ( m m ) ( m m ) ( m m ) ( m m ) W “ ( m m ’ ) P l a i n - 2 4 0 2 . 8 3 4 . 5 1 2 3 1 5 1 . 2 5 2 6 2 0 1 2 6 5 1 . 8 4 4 . 1 7 3 4 2 8 2 4 7 3 3 S F R C 0 . 5 1 7 2 0 0 0 . 6 9 4 . 8 2 8 2 1 1 7 0 . 3 3 6 8 1 4 1 . 0 5 0 2 4 0 0 . 3 8 0 . 3 8 7 2 1 8 9 . 5 2 7 1 ( 1 ) t i m e a f t e r d e m o l d i n g a t w h i c h t h e fi r s t c r a c k a p p e a r s ‘ 2 ’ t i m e a f t e r d e m o l d i n g a t w h i c h 8 0 % o f A m . . . i s a c h i e v e d ( 3 ) m a x o b s e r v e d c r a c k w i d t h ( 4 ) c u m u l a t i v e c r a c k w i d t h ( 5 ) c u m u l a t i v e c r a c k l e n g t h ( 6 ) t o t a l c r a c k a r e a ( 7 ) n u m b e r o f c r a c k s 6 0 0 ' “ r “ 5 5 ° e “ - 3 w e r e - e ~ ~ — ~ c 6 * N » - 5 ° ° a . H a . . 2 . A A E 4 5 0 g 4 0 0 g 3 5 0 . - - O - - - - - - - - - O - - - - - - - - - O - - - - - - - - - O - - - - - - - . “ “ “ “ ' . 2 3 0 0 J i 3 3 3 ‘ 2 1 5 0 T e m p e r a t u r e = 3 8 ° C g 1 0 0 R e l a t i v e H u m i d i t y = 5 % 0 “ I I H r F J _ _ _ _ I I ” : r ' - ’ 1 r 0 2 5 0 5 0 0 7 5 0 1 , 0 0 0 1 , 2 5 0 1 , 5 0 0 1 , 7 5 0 2 , 0 0 0 2 , 2 5 0 2 , 5 0 0 2 , 7 5 0 3 , 0 0 0 T i m e ( m i n ) P l a i n 0 . 1 % F i b e r s 0 . 5 F i b e r s 1 . 0 % F i b e r s I - e — — — . A . — - - o - - . 9 — , , F i g u r e 8 . 3 . E v o l u t i o n i n t h e t o t a l c r a c k a r e a i n v a r i o u s c o m p o s i t e s 1 8 8 B . l . 2 6 0 0 * T e m p e r a t u r e = 3 8 ° C 5 0 0 R e l a t i v e H u m i d i t y = 5 % 4 0 0 l - 3 0 0 - 2 0 0 l 1 0 0 " 0 _ _ _ . L i l 1 “ h i i i i i O 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 F i b e r V o l u m e F r a c t i o n ( % ) F i g u r e B . 4 . T o t a l c r a c k a r e a p l o t t e d a s a f u n c t i o n o f f i b e r v o l u m e fi a c t i o n 4 8 h a f t e r c a s t i n g . P o l y p r o p y l e n e F i b e r s T a b l e B . 4 . T i m e o f c r a c k a p p e a r a n c e i n f r e s h m o r t a r s e x p o s e d t o r e s t r a i n e d s h r i n k a g e . . . . 1 : 2 : 0 . 5 : 0 . 5 % 1 : 2 : 0 . 5 : 0 . 5 % M I X p r o p o r t i o n s 1 . 2 . 0 . 5 S i s a l P o l y p r o p y l e n e T i m e o f c r a c k i n g ( m i n ) 9 0 1 8 0 1 2 0 1 8 9 / t f ‘ 9 0 . l . i _ _ _ . — — — — 1 9 — 0 l 4 0 T i m e ( m i n ) d n i w n u l r r l i l n 1 ‘ l l 1 1 l l J I " I T l r I l J l I l l l l I l l l l l l l l l j l l l i l l l i J l l I C r a c k w i d t h ( m m ) F i b e r p l a s t i c s h r i n k a g e s t r a i n ( u s ) + M o r t a r ( b a r 2 ) + M o r t a r - s i s a l ( b a r 4 ) + M o r t a r - p o l y p r o p y l e n e ( b a r 2 ) F i g u r e B . 5 . F i r s t c r a c k p a t t e r n o f m o r t a r , m o r t a r - s i s a l , 3 , 0 0 0 2 , 5 0 0 2 , 0 0 0 1 , 5 0 0 1 , 0 0 0 5 0 0 0 - 5 0 0 a n d m o r t a r p o l y p r o p y l e n e a t e a r l y s t a g e l l l k l g ‘ O 3 0 0 3 5 0 4 0 0 T i m e ( m i n ) F i g u r e B . 6 . P l a s t i c s h r i n k a g e o f m o r t a r s r e i n f o r c e d w i t h s i s a l a n d p o l y p r o p y l e n e fi b e r 1 9 0 ) s u ( I I I J I T I I ' e I g a I k F n i r 2 3 oo h s I I I I I c I i t s T I I h - h z r U r U l u m i i r r r l i r j r l r r J r J a l l p r I I T e I b i F I I I I l l l I l I L l 1 1 1 1 C r a c k W i d t h ( m m ) 3 , 0 0 0 I j I I I T ‘ I I T I I I Y 1 l I T I I I I I I T j I I l I — “ I — M i x : I 2 , 5 0 0 M i x . 5 . : 5 0 . 2 % s i s a l 2 0 . 2 % s i s a l 2 , 0 0 0 I T I T - 5 0 0 J l - L I V J I l l l l l I I I I J I I J I J r I r J n l l l 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 T i m e ( m i n ) F i g u r e B . 7 . S h r i n k a g e i n S i s a l F i b e r . l i l 1 T o t a l C r a c k W i d t h - s o l i d P r i m a r y C r a c k W i d t h - d a s h e d ’ 2 0 ° 1 i l i l i 1 t 2 0 0 l t 1 T o t a l C r a c k W i d t h - s o l i d 1 8 0 P r i m a r y C r a c k W i d t h - d a s h e d - 1 8 0 1 C r a c k W i d t h ( m m ) 5 A L 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 F l b e r V o l u m e ( % ) F i b e r V o l u m e ( % ) ( a ) ( b ) F i g B . 8 . C o m p a r i s o n o f T o t a l a n d P r i m a r y C r a c k W i d t h : ( a ) F i b r i l l a t e d P o l y p r o p y l e n e F i b e r a n d ( b ) M o n o fi l a m e n t P o l y p r o p y l e n e F i b e r 1 9 1 k c a r C P o 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 F i b e r V o l u m e ( % ) F i g B . 9 . M e a s u r e d V a l u e o f P C r a c k a s a F u n c t i o n o f F i b e r V o l u m e B . 1 . 3 P o l y p r o p y l e n e F i b e r s T a b l e : 8 . 5 P o l y p r o p y l e n e M i x p r o p o r t i o n s T h e m i x p r o p o r t i o n s o f t h e s p e c i m e n s m a d e f o r s t u d y i n g s h r i n k a g e i n t h e p l a s t i c s t a t e w e r e a s f o l l o w s . S e t 1 : A c e n t r a l m i x w i t h w a t e r / c e m e n t r a t i o , c e m e n t / s a n d r a t i o a n d p o l y p r o p y l e n e c o n t e n t o f 0 - 5 0 , 1 / 2 a n d 0 / 1 0 v o l % , r e s p e c t i v e l y . E i g h t m i x e s w i t h w a t e r / c e m e n t r a - t i o s o f 0 . 4 5 a n d 0 . 5 5 , c e m e n t / s a n d r a t i o s o f 1 / 3 a n d V I a n d p o l y p r o p y l e n e c o n t e n t s o f 0 a n d 0 . 2 0 ~ 0 1 % . S e t 2 : S i x m i x e s c a l l e d ‘ s t a r ’ c o m b i n a t i o n s c o m p o s e d a s f o l l o w s : 0 F o u r m i x e s w i t h 0 . 1 ~ 0 1 % o f p o l y p r o p y l e n e fi b e r s : t w o o f t h e m w i t h c e m e n t / r a t i o o f 1 / 2 a n d w a t e r / c e m e n t r a t i o s o f 0 . 4 2 a n d 0 . 5 8 ; a n d t h e o t h e r t w o w i t h w a t e r / c e m e n t r a t i o o f 0 . 5 0 a n d c e m e n t / s a n d r a t i o s o f 1 / 9 a n d U 0 8 . 0 T w o m i x e s w i t h a w a t e r / c e m e n t r a t i o o f 0 . 5 0 , c e m e n t / s a n d r a t i o o f 1 / 2 a n d t w o p o l y p r o p y l e n e fi b e r c o n t e n t s o f 0 a n d 0 . 2 7 ~ 0 1 % . 1 9 2 B . 2 . M e t h o d 1 1 B . 2 . ] P o l y p r o p y l e n e F i b e r s 1 0 c m c u b e s i n e x p a n d e d p o l y — 5 m m fl a t s t e e l r i n g s ( n o t o i l e d ) \ s t y r e n e m o l d s [ p / 1 2 w e l d e d r i b s , 5 x 3 x 8 0 m m , ( n o t o i l e d ) A [ { - p l a s t i c c o a t e d p l y w o o d 1 n c a v i t i e s A i r s t r e a m d i s t r i b u t o r n o / P l e i g l a s s W i n d c h a n n e l . 5 3 1 E W / fl é i n / g e m / m e g \ 1 6 m m R e s p a t e x p l a t e ( o i l e d ) p l a s t i c c o a t e d p l y w o o d i n c a v i t i e s C R O S S S E C T I O N A - A F z g u r e B 1 0 S c h e m a t i c d i a g r a m o f t h e T e s t r i g f o r s t u d y o f c r a c k i n g t e n d e n c y d u e t o p l a s t i c s h r i n k a g e a = 5 0 m m @ ' M S 1 a n d 8 2 = c i r c u l a r s e c t i o n F i g u r e B 1 1 . L o c a t i o n o f m e a s u r i n g s e c t i o n s S I & S 2 1 9 3 T a b l e B . 6 . C o n c r e t e M i x e s T e s t F i b e r m e s h N e t r e i n f o r c e m e n t T o t a l c r a c k w i d t h s , m m ( % ) N o . 1 1 / 2 ” , k g / m 3 U p p e r s i d e L o w e r s i d e 1 0 5 , 9 ( 1 0 0 ) 2 , 0 ( 1 0 0 ) 1 , 0 1 , 8 ( 3 1 ) 0 , 5 ( 2 5 ) 2 0 N o n e 2 . 5 ( 1 0 0 ) 1 , 2 ( 1 0 0 ) 1 , 4 0 , 3 ( 1 2 ) 0 , 3 ( 2 5 ) - N o n e 3 , 1 ( 1 0 0 ) 1 , 1 ( 1 0 0 ) 3 - I n t h e m i d d l e 3 , 3 ( 1 0 6 ) 1 , 2 ( 1 0 9 ) - T o w a r d s t h e b o t t o m 0 , 9 ( 2 9 ) 1 , 1 ( 1 0 0 ) 1 0 0 ° \ ‘ : 8 0 g E j 6 0 8 0 3 3 % 4 0 . d . . 3 U p p e r s r e L o w e r s i d e 2 0 1 l > 1 , 0 1 , 4 C o n t e n t o f F i b e r m e s h I 1 1 / 2 ” , k g p e r m 3 c o n c r e t e F i g u r e : B . 1 2 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n c r a c k w i d t h s a n d c o n t e n t o f f i b e r m e s h I 1 . 5 0 ” i n m o r t a r 1 9 4 % , s h t d i w k c a r c l a t o T I T a b l e B . 7 . M o r t a r M i x e s . . 3 T o t a l c r a c k w i d t h s , m m T e s t A d d i t i o n , k g / m S t e e l n e t r e i n - ( % ) N o . F i b e r m e s h F i b e r m e s h f o r c e m e n t U p p e r L o w e r 1 % ” I I ‘ / 2 ” s i d e s i d e 4 0 - 3 , 5 ( 1 0 0 ) 3 , 0 ( 1 0 0 ) 1 , 0 - 1 , 6 ( 4 6 ) 2 , 0 ( 6 7 ) 5 0 - 6 , 1 ( 1 0 0 ) 3 , 6 ( 1 0 0 ) 1 , 4 - 0 , 8 ( 1 3 ) 1 , 1 ( 3 1 ) 0 - 4 , 3 ( 1 0 0 ) 2 , 7 ( 1 0 0 ) 6 1 4 - N o n e 0 ( 0 ) 0 ( 0 ) 7 - 0 4 , 5 ( 1 0 0 ) 2 , 3 ( 1 0 0 ) - 1 , 0 1 , 1 ( 2 4 ) 1 , 0 ( 4 3 ) 8 - 0 4 , 7 ( 1 0 0 ) 2 , 6 ( 1 0 0 ) - 1 , 4 1 , 4 ( 3 0 ) 0 , 7 ( 2 7 ) - - N o n e 4 , 9 ( 1 0 0 ) 2 , 7 ( 1 0 0 ) 9 - - I n t h e m i d d l e 2 , 0 ( 4 1 ) 3 , 1 ( 1 1 5 ) - - T o w a r d s t h e b o t t o m 1 , 9 ( 3 9 ) 2 , 9 ( 1 0 7 ) 4 0 N O 1 , 0 1 , 4 1 4 , 0 \ \ / — U p p e r s i d e A L o w e r s i d e 0 A d d e d o f F i b e r m e s h I I 3 % ” , k g p e r m 3 m o r t a r F i g u r e B . 1 3 . R e l a t i o n s h i p b e t w e e n c r a c k w i d t h s a n d c o n t e n t o f fi b e r m e s h 1 0 . 7 5 " i n m o r t a r 1 9 5 V 1 0 0 ° \ ° 8 0 \ é \ \ ( — U p p e r s i d e A ' E L o w e r s i d e a : 4 6 O 8 8 1 ; 4 0 [ : 5 l - 2 0 * ' 1 , 0 1 , 4 A d d i t i o n o f F i b e r m e s h I I ‘ / 2 ” , k g p e r m 3 m o r t a r F i g u r e B . 1 4 . R e l a t i o n s h i p b e t w e e n c r a c k w i d t h s a n d c o n t e n t o f f i b e r m e s h 1 1 . 5 0 ” i n m o r t a r 1 9 6 T o t a l c r a c k w i d t h s , E % o f r e f e r e n c e 9 l m 1 l - > . ° c a m : 0 % 7 2 % 8 2 % c a m : 3 6 % 8 % g ; , 2 0 / " 1 0 0 — — — “ ° / ° . V / / S Y M B O L S : , 6 0 L / / B = B o t t o m s i d e o f s p e c i m e n s 1 m 0 . . D Z . t / / T = T o p s r d e o f s p e c r m e n ( g ) _ g 5 0 " : / C R I n = C r a c k r e d u c t i o n ( a v e r - j - 5 0 % fl . a g e o f b o t t o m a n d t o p s i d e ) 0 1 1 1 c o m p a r e d t o r e f e r e n c e 2 A B T B T B T B T B T . 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C r a c k f o r m a t i o n d u e t o p l a s t i c s h r i n k a g e 1 9 7 P L A S T I C S H R I N K A G E C R A C K R E D U C T I O N F i b r i l l a t e d P o l y m e r i c F i b e r s P e r c e n t R e d u c t i o n : 0 % F i b e r s F i b e r s F i g u r e B . 1 6 . P l a s t i c s h r i n k a g e c r a c k r e d u c t i o n P l a s t i c S h r i n k a g e C r a c k R e d u c t i o n : T h e d i a g r a m ( F i g B . 1 6 ) s h o w s t h a t o v e r 7 2 - 8 2 % o f p l a s t i c s h r i n k a g e c r a c k s a r e p r e - v e n t e d f r o m f o r m i n g w h e n fi b e r s a r e a d d e d t o 7 t h e c o n c r e t e a s c o m p a r e d t o t h e s a m e c o n - c r e t e w i t h o u t fi b e r s . T h e t e s t s w e r e r e p o r t e d b y S I N T E F t h e N o r w e g i a n R e s e a r c h G r o u p . T h e c r a c k s w e r e m e a s u r e d , t o p a n d b o t t o m , i n a s p e c i a l r i n g d e v e l o p e d b y t h i s g r o u p f o r t e s t i n g p l a s t i c s h r i n k a g e c r a c k i n g o f c o n c r e t e . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e c r a c k s w e r e m e a s u r e d a t T ( t i p ) a n d B ( b o t t o m ) o f e a c h s p e c i - m e n . T h i s s h o w s t h a t m o s t p l a s t i c s h r i n k a g e c r a c k s e x t e n d t h r o u g h o u t t h e s l a b a n d a r e n o t m e r e l y s u p e r fi c i a l c r a c k s a t t h e s u r f a c e . 1 9 8 ; x e 8 3 w o o v 0 n o 4 o % . t 4 8 0 0 fl v « ” e % . . . o . § . O . . u " % C . 0 m m i o fl 5 . 1 . e " l ? C 4 o 9 } . - 8 4 0 — s n i w 3 A . 4 “ ’ 9 O o . . . ” . 0 . 3 9 9 O . . ¢ 0 O . U M 0 . 0 ' O W O W . . . O . . . . ? M 0 . § . M . . ¢ . . O o . C t . W . “ a c ? u ? . o o 9 c . V M . a . . ¢ ‘ . u O ? . ’ 0 . 3 O 1 fi O . o P c W ‘ I I 1 9 9 F i b e r t y p e F i g u r e 8 . 1 8 . S h r i n k a g e C r a c k A r e a v s . F i b e r Y l v p e a n d C o n t e n t m a n s — 8 % . . 8 % m 8 » 3 . ; C o n t r o l F i b e r t y p e O . . 6 0 . . . . 0 . 0 0 . . . 5 3 5 3 5 . 0 . O Q . a n . ” 5 3 . 2 . 8 » N y l o n 6 N y l o n 6 o t n 9 O C B I C O O O O ‘ D C U O Q C O O . ‘ O I O I O D I O ' O Q D O O * C I O O O u s e o o o o I n e 0 0 O O o O D ' I U . ‘ t a c o - c u O o o o o o . D O O O I O O Q O O O O O . I O . . * . O . O O O O O . O u o . 5 : . o y o e a f o r . V . r ) t p n l u i . N y l o n 6 P o l y p r o p y l e n e P o l y e s t e r N y l o n 6 F i g u r e B . 1 7 . S h r i n k a g e C r a c k A r e a V s . F i b e r T y p e a n d s i z e o f % i n . , 1 N y l o n 6 ( E q u a l p r o p o r t i o n i n . , a n d 1 ‘ 2 i n . l o n g fi b e r s ) ° . . V . v a V Q . V . V . Q . ‘ 0 V . ” 0 $ § ‘ § ; ¢ o . 0 O § O g . . O . O J " a O O b o . L ¢ . C - O O 0 J . . . 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F i b e r T y p e F i b e r t y p e C o n t r o l N y l o n 6 P o l y p r o p y l e n e 5 5 0 - 2 5 - 0 S h r i n k a g e c r a c k a r e a ( % ) B . 3 . P o l y e s t e r F i b e r s T a b l e B . 8 . P r o p e r t i e s o f P o l y e s t e r F i b e r D i a m e t e r L e n g t h D e n s i t y A s p e c t R a t i o T e n s i l e s t r e n g t h M e l t i n g p o i n t A c i d r e s i s t a n c e A l k a l i r e s i s t a n c e 0 . 0 3 5 m m 1 2 m m 0 . 9 7 t / m 3 3 4 3 > 2 5 0 ° C E x c e l l e n t G o o d a p p r o x . 6 0 0 N / m m 2 T a b l e B . 9 . M i x P r o p o r t i o n s f o r S u b s t r a t e B a s e I n g r e d i e n t P r o p o r t i o n k g / m T C e m e n t 1 4 0 3 C o a r s e a g g r e g a t e 1 . 5 6 0 4 . 5 0 S a n d 3 1 2 0 9 W a t e r 0 . 4 0 1 6 1 / 2 0 T a b l e B . 1 0 . M i x P r o p o r t i o n f o r O v e r l a y C o n c r e t e M i x P r o p o r t i o n s t y p e C e m e n t A g g r e g a t e S a n d W a t e r A 1 1 1 0 . 5 0 B l 1 . 2 5 1 . 2 5 0 . 5 5 C l 1 . 5 1 . 5 0 . 6 0 T a b l e B . 1 1 . R a t e o f F r e e S u r f a c e W a t e r E v a p o r a t i o n D r y i n g e n v i r o n m e n t T e m p e r a t u r e ( ° C ) 3 2 3 8 4 5 5 2 F r e e s u r f a c e w a t e r e v a p o r a t i o n ( k g / m Z / h r ) 0 . 1 7 9 0 . 2 8 5 0 . 4 2 2 0 . 5 2 2 2 0 1 T a b l e B . 1 2 . C r a c k O b s e r v a t i o n s f o r M i x A S p e c i m e n : F i b r e M a x . w i d t h A r e a o f % % o f c o n t e n t o f c r a c k c r a c k c o n t r o l c r a c k ( % ) ( m m ) ( m m z ) r e d u c t i o n A A O 0 0 . 4 5 9 8 . 3 1 1 0 0 0 A A ] 0 . 0 5 0 . 4 0 8 8 . 2 1 8 9 . 7 3 1 0 . 2 6 A A 2 0 . 1 0 0 . 3 0 2 8 . 0 2 8 . 4 8 7 1 . 5 2 A A 3 0 . 2 0 0 . 2 5 2 2 . 5 2 2 2 . 9 1 7 7 . 0 9 A A 4 0 . 3 0 0 . 1 0 1 0 . 3 3 1 0 . 5 0 8 9 . 5 0 A 8 0 0 0 . 5 0 2 1 2 . 3 4 1 0 0 0 A B l 0 . 0 5 0 . 4 0 1 9 2 . 3 1 9 0 . 5 6 9 . 4 4 A B 2 0 . 1 0 0 . 3 0 1 1 2 . 0 0 5 2 . 7 2 4 7 . 2 5 A B 3 0 . 2 0 0 . 1 5 6 7 . 0 0 3 1 . 5 5 6 8 . 4 5 A B 4 0 . 3 0 0 . 1 5 2 1 . 3 2 5 1 0 . 0 4 8 9 . 9 6 A C O 0 0 . 5 0 2 7 8 . 0 0 1 0 0 0 A C ] 0 . 0 5 0 . 5 0 2 1 6 . 2 6 7 7 . 7 9 2 2 . 2 1 A C 2 0 . 1 0 0 . 3 5 1 4 6 . 7 1 5 2 . 7 7 4 7 . 2 3 A C 3 0 . 2 0 0 . 3 0 1 0 8 . 7 0 3 9 . 1 0 6 0 . 9 0 A C 4 0 . 3 0 0 . 2 0 6 2 . 3 2 2 2 . 4 2 7 7 . 5 8 A D O 0 0 . 5 5 3 2 0 . 0 0 1 0 0 0 A D ] 0 . 0 5 0 . 4 0 2 8 0 . 1 0 8 7 . 5 3 1 2 . 4 7 A D 2 0 . 1 0 0 . 4 0 2 0 3 . 0 0 6 3 . 4 4 3 6 . 5 6 A D 3 0 . 2 0 0 . 3 5 1 6 1 . 9 0 5 0 . 5 9 4 9 . 4 1 A D 4 0 . 3 0 0 . 1 5 6 5 . 8 0 2 0 . 5 6 7 9 . 4 4 1 ' S p e c i m e n s a r e d e s i g n a t e d w i t h o n e 1 5 ‘ l e t t e r f o r m i x t y p e , 2 I n d l e t t e r f o r e n v i r o n m e n t , 3 r d l e t t e r f o r fi b r e v o l u m e f r a c t i o n . 2 0 2 T a b l e B . 1 3 . C r a c k O b s e r v a t i o n s f o r M i x B S p e c i m e n : F i b r e M a x . w i d t h A r e a o f % % o f c o n t e n t o f c r a c k c r a c k c o n t r o l c r a c k ( % ) ( m m ) ( m m ? ) r e d u c t i o n B A G 0 0 . 4 5 9 7 . 1 4 1 0 0 0 B A ] 0 . 0 5 0 . 4 5 e 7 2 . 0 0 7 4 . 1 2 2 5 . 8 8 B A 2 0 . 1 0 0 . 3 0 6 2 . 3 0 6 4 . 1 3 3 5 . 8 7 B A 3 0 . 2 0 0 . 1 5 3 0 . 1 3 3 1 . 0 2 6 8 . 9 8 B A 4 0 . 3 0 0 . 1 0 1 4 . 3 5 1 4 . 7 7 8 5 . 2 3 8 8 0 0 0 . 3 5 1 0 3 . 2 5 1 0 0 0 B B 1 0 . 0 5 0 . 3 5 8 5 . 0 0 8 2 . 3 2 1 7 . 6 8 B B Z 0 . 1 0 0 . 3 5 7 4 . 3 0 7 1 . 9 6 2 8 . 0 4 B B 3 0 . 2 0 0 . 2 5 6 2 . 5 2 6 0 . 5 5 3 9 . 4 5 B B 4 0 . 3 0 0 . 1 5 2 9 . 3 5 2 8 . 4 3 7 1 . 5 7 B C O 0 0 . 5 0 2 4 0 . 9 0 1 0 0 0 B C ] 0 . 0 5 0 . 4 0 1 2 4 . 7 0 5 1 . 7 6 4 8 . 2 4 B C 2 0 . 1 0 0 . 3 5 1 1 9 . 2 6 4 9 . 5 1 5 0 . 4 9 B C 3 0 . 2 0 0 . 3 0 1 0 0 . 0 0 4 1 . 5 1 5 8 . 4 9 B C 4 0 . 3 0 0 . 2 0 3 2 . 2 5 1 2 . 4 3 8 7 . 5 7 B D 0 0 0 . 6 5 2 0 6 . 2 0 1 0 0 0 B D l 0 . 0 5 0 . 6 0 1 8 7 . 3 8 9 0 . 8 7 9 . 1 3 B D 2 . 0 . 1 0 0 . 5 0 1 8 9 . 3 8 7 7 . 2 9 2 2 . 7 1 B D 3 0 . 2 0 0 . 4 0 1 3 1 . 3 0 6 3 . 6 8 3 6 . 3 2 B D 4 0 . 3 0 0 . 2 5 7 0 . 5 0 3 4 . 1 9 6 5 . 8 1 2 0 3 T a b l e B . 1 4 . C r a c k O b s e r v a t i o n s f o r M i x C S p e c i m e n ‘ F i b r e M a x . w i d t h A r e a o f % % o f c o n t e n t o f c r a c k c r a c k c o n t r o l c r a c k ( % ) ( m m ) ( m m z ) r e d u c t i o n C A O 0 0 . 3 5 8 6 . 0 2 1 0 0 0 C A ] 0 . 0 5 0 . 3 0 7 5 . 6 2 8 7 . 9 1 1 2 . 0 9 C A 2 0 . 1 0 0 . 2 5 5 7 . 4 8 6 6 . 8 2 3 3 . 1 8 C A 3 0 . 2 0 0 . 2 0 . 4 7 . 0 0 5 4 . 6 4 4 5 . 3 6 C A 4 0 . 3 0 0 . 1 0 1 2 . 0 0 1 3 . 9 5 8 6 . 0 5 C E O 0 0 . 4 0 1 0 1 . 3 2 1 0 0 0 C B ] 0 . 0 5 0 . 3 5 8 2 . 3 5 8 1 . 2 8 1 8 . 7 2 C 8 2 0 . 1 0 0 . 3 5 8 1 . 3 0 8 0 . 2 4 1 9 . 7 6 C B 3 0 . 2 0 0 . 3 0 5 7 . 3 5 5 6 . 6 6 4 3 . 4 0 C B 4 0 . 3 0 0 . 1 0 2 4 . 3 5 2 4 . 0 3 7 5 . 9 7 C C O 0 0 . 4 0 1 1 0 . 2 0 1 0 0 O C C l 0 . 0 5 0 . 4 0 9 4 . 1 4 8 5 . 4 3 1 4 . 5 7 C C 2 0 . 1 0 0 . 3 5 8 3 . 0 0 7 5 . 3 2 2 4 . 6 8 C C 3 0 . 2 0 0 . 2 5 7 2 . 0 0 6 5 . 3 4 3 4 . 6 6 C C 4 0 . 3 0 0 . 2 0 2 3 . 2 0 2 1 . 0 5 7 8 . 9 5 C D O O 0 . 5 0 1 3 6 . 9 4 1 0 0 0 C D 1 0 . 0 5 0 . 4 0 1 1 8 . 2 0 8 6 . 3 2 1 3 . 6 8 C D 2 0 . 1 0 0 . 3 5 7 3 . 1 3 3 5 3 . 4 1 4 6 . 5 9 C D 3 0 . 2 0 0 . 3 0 6 1 . 0 0 4 4 . 5 5 5 5 . 4 5 C D 4 0 . 3 0 0 . 2 0 3 9 . 9 0 2 9 . 1 4 7 0 . 8 6 2 0 4 A P P E N D I X C R E S T R A I N E D D R Y I N G S H R I N K A G E E X P E R I M E N T S 6 " “ 4 3 6 2 0 5 R e s t r a i n e d D r y i n g S h r i n k a g e 1 2 0 8 " a 9 8 z : A 1 0 0 a 2 c 3 a ) _ a ) o > 2 o i c c : . _ 8 ° 3 8 0 < 9 2 ( v c g 5 . “ - c a E c 2 6 _ > f ’ 8 ' 3 9 2 9 % E c 0 . 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R e s u l t s o f r e s t r a i n e d s h r i n k a g e t e s t f o r t e s t s e r i e s R 1 1 - R 1 5 . L e n g t h o f A v e r a g e l o n g e s t c r a c k N o . o f c r a c k s 0 - 0 . 0 5 m m A v e r a g e I N D ) S p e c . 3 3 4 1 2 7 3 5 1 8 2 1 1 3 2 6 5 5 2 0 2 1 4 3 3 8 4 5 2 5 3 1 2 8 2 8 3 1 0 . 3 5 _ _ 0 % E 0 . 3 0 E g » 0 . 2 5 - - § 0 3 0 . 2 0 — - 0 . 1 7 0 . 3 8 % 0 , 6 4 ) 0 fi , 3 5 m m 6 0 m m g 0 - 1 5 “ 0 . 6 4 % 0 . 3 8 % 3 0 3 5 m m 6 0 m m 8 0 . 1 0 - - 0 ' 0 8 0 . 0 8 = > . E < 0 0 . 0 5 0 . 0 4 E E . 0 5 - - . , E E E ' ‘ / = = = - y ’ / = = = 0 0 0 - l l l l l l l l l l Z Z Z § § § . — . _ . . _ . . 3 E ‘ 2 M M M M M M M M M M M M M M F i g u r e C . 1 9 . R e s u l t s f r o m r i n g t e s t s f o r m i x C ( t a b l e 1 ) . T h e b a r s r e p r e s e n t t h e a v e r a g e c r a c k w i d t h o f e a c h r i n g s p e c i m e n a f t e r 8 0 d a y s o f d r y i n g T h e n u m b e r s i n t h e d i a g r a m a r e t h e a v e r a g e c r a c k w i d t h , ( m m ) a n d c o m b i n a t i o n s o f f b e r v o l u m e c o n t e n t , ( 9 6 ) a n d f b e r l e n g t h ( m m ) . 2 1 8 0 . 2 5 0 % ” a “ 0 . 2 0 , 0 . 6 4 % f ; 0 . 6 4 % 6 0 m m “ E : 3 5 m m 0 3 8 ° / . 2 0 . 1 5 . o a 0 3 3 % 6 0 m m % 3 5 m m g 0 . 1 0 0 . 0 8 0 . 0 8 8 ) 0 ' 0 6 - — 0 . 0 6 ' - — . , > . < 0 0 5 _ 0 . 0 0 t . s e a t t t e a a e e e o o a a : a : a : a : a : a : a : a : a : a : a : a : Q 2 a : F i g u r e C . 2 0 . R e s u l t s f r o m r i n g t e s t s f o r m i x D ( t a b l e 1 ) . T h e b a r s r e p r e s e n t t h e a v e r a g e c r a c k w i d t h o f e a c h r i n g s p e c i m e n a f t e r 6 6 d a y s o f c u r i n g . T h e n u m b e r s i n t h e d i a g r a m a r e t h e a v e r a g e c r a c k w i d t h , ( m m ) a n d c o m b i n a t i o n s o f fi b e r v o l u m e c o n t e n t , ( % ) a n d fi b e r l e n g t h ( m m ) . 2 1 9 ) m m ( h t d i w k c a r C C . 4 . P o l y p r o p y l e n e F i b e r s 0 . 5 ( 0 . 0 2 i n . ) 0 . 4 — . 0 w 1 . 0 N I C r a c k 1 _ o H 1 C r a c k 2 O 1 ' T 1 u O 1 0 2 0 3 O 4 0 5 0 T i m e ( d a y s ) F i g u r e C . 2 1 . C r a c k - w i d t h v e r s u s t i m e f o r c o n c r e t e w i t h 1 . 0 % v o l u m e fi a c t i o n o f p o l y p r o p y l e n e fi b e r s ( 0 . 0 4 i n . ) 1 . 0 0 . 9 . T h e w i d e s t c r a c k o f e a c h s p e c i m e n 0 - 8 ‘ i s s h o w n . P l a i n g 0 . 7 « P 0 . 1 E 0 . 6 ‘ l 7 2 a 0 - 5 ‘ P 0 . 2 5 x g 0 . 4 ' U 0 . 3 ‘ P 1 . 0 0 . 2 i P 0 . 5 0 , 1 — l / 0 1 “ T I I I O 1 0 2 0 3 0 4 O 5 0 T i m e ( d a y s ) F i g u r e C . 2 2 . C r a c k w i d t h v e r s u s t i m e f o r v a r i o u s p o l y p r o p y l e n e fi b e r v o l u m e f r a c t i o n s 2 2 0 ( 0 . 0 4 4 i n . ) 1 . 1 P o l y p r o p y l e n e fi b e r 1 . 0 a — & E x p e r i m e n t a l r e s u l t s . . - - . R e s u l t s f r o m t h e t h e o - O . 9 r e t i c a l a n a l y s i s a 0 . 8 - I E 5 0 . 7 ' I E 3 0 . 6 4 . 2 8 5 0 . 5 - 3 ) g 0 . 4 - O > < 0 . 3 - 0 . 2 1 0 . 1 - O I I " “ . O 0 . 5 1 . 0 1 . 5 F i b e r v o l u m e ( % ) F i g u r e C . 2 3 . A v e r a g e c r a c k - w i d t h v e r s u s p o l y p r o p y l e n e f i b e r v o l u m e f r a c t i o n 2 2 1 ) % ( a e r A k c a r C d e t h g i e W ) m m ( h t d i W k c a r C m u m i x a M C . 5 . P o l y o l e fi n F i b e r s C : S = 1 . 5 w / c = 0 . 5 V — ' — . 7 1 . v 1 ' 7 1 v P o l y o l e fi n F i b e r s l ' M o r t a r M i x \ g ‘ a / d p m L — \ . ' i . . . 0 5 1 0 1 5 A 2 0 2 5 F i b e r C o n t e n t ( k g m 3 ) F i g u r e C . 2 4 . E fl e c t o f f i b e r c o n t e n t o f w e i g h t e d c r a c k a r e a 0 5 1 0 F i g u r e C . 2 5 . C r a c k w i d t h v e r s u s fi b e r t y p e ( M i x t u r e A ) — - o - - F i b e r A ( l / d = - - - 0 — F i b e r B ( l / d = — 0 — F i b e r C ( l / d = 1 M i x A ; 1 5 2 0 F i b e r C o n t e n t ( k g / m 3 ) 2 2 2 2 5 3 0 : ; P o ] o l e fi n 1 / d 5 e o l o l l = ' 6 y 7 fi n ( 1 / d = 8 0 ) 1' o l o l e fi n 1 / d = 1 6 7 5 " \ \ \ ) % ( a e r A k c a r C n i n o i t c u d e R M a x i m u m C r a c k W i d t h ( m m ) * ‘ ! ! I * r . ‘ ' — o — F i b e r A ( l / d = 6 7 g — o — F i b e r B ( l / d = 8 0 - o - F i b e r C ( l / ‘ d = 1 6 7 ] i - M i x B ' j 0 . 5 ~ - . k 1 0 \ ‘ l , : r fi x — 0 0 . a . i L - \ i l a 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 F i b e r C o n t e n t ( k g m 3 ) F i g u r e C . 2 6 . C r a c k w i d t h v e r s u s fi b e r t y p e ( M i x t u r e B ) 1 2 0 1 0 0 " 6 O . . , . . _ . . . . . ” 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S t e e l l / d = 1 0 0 ) . . S t e e l ( 1 / d = _ ' 8 0 ) 4 5 F i b e r C o n t e n t ( k g / m 3 ) m \ \ \ \ \ k 1 4 5 4 5 F i g u r e C . 2 7 . C r a c k r e d u c t i o n o f P P , S t e e l , a n d P o l y o l e fi n fi b e r s 2 2 3 A P P E N D I X D F L E X U R A L S T R E N G T H E X P E R I M E N T S 2 ' 4 " ° " " 3 3 ' 3 4 ' 3 6 ' 3 7 2 2 4 F L E X L R A L S T R E N G T H 2 5 0 o _ C 2 ; > - . - E A 2 0 0 - g a e m D . . — E E _ S E g 0 1 5 0 « a . . . u : 3 a ) z _ a e 5 a g E m > 1 0 0 « 2 a , < I l l Q i ? 3 e E e u o . = 9 a . ) g 2 e c u g g g E ' 2 - " > 2 1 — E a ) : ‘ > . 8 5 0 5 ) 1 4 . 5 n ) > . - — — | _ m 0 . 0 6 g ‘ 8 Q . 9 2 9 c 5 2 5 0 6 o ? 8 c o o . o g 0 D . 0 > 2 0 - 2 “ 5 . - — 0 6 > 5 0 z m i , 1 z - a « 0 E 0 l I ‘ a 0 0 5 0 . 1 0 2 0 . 5 0 . 7 5 1 . 5 F I B E R V O L U M E F R A C T I O N ( % ) L E I A r a m i d I A c r y l i c D C a r b o n D S t e e l I C o p o l y m e r fi P o l y o l e fi n I N y t o n D P o t y e t h y l e n e I P o l y p r o p y t e n e I P o l y e s t e r l F i g u r e D . 1 . S u m m a r y o f t h e F l e x u r a l S t r e n g t h R e s u l t s f o r D i j fi r e n t F i b e r T y p e s D . 1 . T e s t M e t h o d s D . 1 . 1 A S T M C 7 8 S t a n d a r d T e s t M e t h o d f o r F l e x u r a l S t r e n g t h o f C o n c r e t e ( U s i n g S i m p l e B e a m w i t h T h i r d - P o i n t L o a d i n g ) D . 1 . 2 . A S T M C 1 0 1 8 S t a n d a r d T e s t M e t h o d f o r F l e x u r a l T o u g h n e s s a n d F i r s t - C r a c k S t r e n g t h o f F i b e r — R e i n f o r c e d C o n c r e t e ( U s i n g B e a m w i t h T h i r d - P o i n t L o a d i n g ) 2 2 5 \ H e a d o f T e s t i n g M a c h i n e S t e e l B a l l 9 2 1 % 1 - i n . m i n . * 1 — 1 . . . 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D i a g r a m m a t i c V i e w o f a S u i t a b l e A p p a r a t u s f o r F l e x u r e T e s t o f C o n c r e t e b y T h i r d - P o i n t L o a d i n g M e t h o d 2 2 6 D . 2 . T e s t s b y W a r d a n d L i ( R e f . 3 7 ) T a b l e D . 1 . F i b e r P r o p e r t i e s A s p e c t F i b e r L e n g t h , r a t i o , T e n s i l e M o d u l u s , D e n s i t y , t y p e m m l / d f s t r e n g t h , M P a G P a g / c c S u r f a c e S t e e l 2 5 . 0 2 8 . 5 1 0 0 0 2 0 0 7 . 9 C r i m p e d S t e e l 5 0 . 0 5 7 1 0 0 0 2 0 0 7 . 9 C n m p e d A r a m i d 6 . 4 5 3 0 2 8 0 0 1 3 0 1 . 4 5 S t r a i g h t A c r y l i c 6 . 4 4 7 0 4 0 0 6 1 . 1 5 S t r a i g h t H i g h - m o d u l u s 1 2 . 7 3 3 4 2 0 0 0 1 0 0 0 . 9 7 S t r a i g h t P o l y e t h y l e n e 1 m m = 0 . 0 3 9 4 i n ; 1 g / c c = 0 . 0 3 6 1 l b / l n . 3 ; 1 M P a = 1 4 5 p s i . T a b l e D . 2 . F l e x u r a l , S p l i t t i n g T e n s i l e , a n d C o m p r e s s i v e S t r e n g t h s o f V a r i o u s F i b e r R e i n - f o r c e d M o r t a r S p l i t t i n g t e n s i l e F l e x u r a l s t r e n g h s t r e n g t h = d = d = d = C r a c M a x C o m - L e n 6 3 . 5 , 1 1 4 , 1 7 1 , 2 2 8 , k , i m u p r e s s i v e F i b e r g t h , V f , M P a M P a M P a M P a M P a m , s t r e n g t h , t y p e m m p e r c e n t M P a M P a P l a i n m o r t a r 0 3 . 0 2 . 6 2 . 3 2 . 4 2 . 9 2 . 9 5 7 . 0 A r a m i d 6 . 4 0 . 5 4 . 9 4 . 1 4 . 0 3 . 9 4 . 2 4 . 2 5 2 . 1 A r a m i d 6 . 4 1 . 0 5 . 5 5 . 1 4 . 7 5 . 1 4 . 4 4 . 4 5 0 . 3 A r a m i d 6 . 4 1 . 5 6 . 9 6 . 1 6 . 0 5 . 5 4 . 6 4 . 6 4 5 . 5 S t e e l 2 5 0 . 5 3 . 6 3 . 5 3 . 5 3 . 5 3 . 6 5 . 6 5 8 . 9 S t e e l 2 5 1 . 0 5 . 1 5 . 4 4 . 9 4 . 7 3 . 9 6 . 0 6 2 . 6 S t e e l 2 5 1 . 5 6 . 4 6 . 2 5 . 7 5 . 5 4 . 8 5 . 9 5 9 . 7 S t e e l 2 5 2 . 0 7 . 0 7 . 0 6 . 6 6 . 6 4 . 8 5 . 6 5 7 . 0 S t e e l 5 0 1 . 0 7 . 4 6 . 2 4 . 3 6 . 2 5 4 . 1 S t e e l 5 0 2 . 0 8 . 9 7 . 8 5 . 6 7 . 6 A c r y l i c 6 . 4 1 . 0 4 . 0 3 . 4 4 . 3 4 . 3 4 5 . 3 A c r y l i c 6 . 4 2 . 0 3 . 7 3 . 5 3 . 6 3 . 6 3 3 . 0 H ‘ g h ' m o ‘ h fl u s 1 2 . 7 1 . 0 8 . 9 7 . 7 3 . 2 6 . 4 4 5 . 7 p o l y e t h y l e n e B e a m d e p t h i n m m : 1 m m = 0 . 0 3 0 9 4 i n . ; 1 M P a = 1 4 5 p s i . 2 2 7 D . 3 . T e s t s b y S u n d e r , R a m e s h , P i t t s , A N D R a m a k r i s h n a n ( R e f . 3 5 ) T a b l e D . 3 . M i x t u r e P r o p o r t i o n s F i b e r s W e i g h t . W a t e r - k g V o l . % C e m e n t C o a r s e F i n e W a t e r M I X C e m e n t R a t i o k g A g g . A g g . k g k g k g E 1 0 . 5 0 . 3 2 0 . 5 2 5 . 2 2 6 4 . 8 6 6 4 . 8 6 1 2 . 6 1 E 2 0 . 5 0 . 6 4 1 . 0 2 5 . 2 2 6 4 . 8 6 6 4 . 8 6 1 2 . 6 1 E 3 0 . 5 5 0 . 9 5 1 . 5 2 5 . 2 2 6 4 . 8 6 6 4 . 8 6 1 3 . 8 8 E 4 0 . 5 5 1 . 2 7 2 . 0 2 5 . 2 2 6 4 . 8 6 6 4 . 8 6 1 3 . 8 8 T a b l e D . 4 . P r o p e r t i e s o f F r e s h C o n c r e t e M i x R o o m R o o m C o n c r e t e U n i t I n i t i a l A i r D e s i g n a t i o n T e m p . H u m i d i t y T e m p . W e i g h t S l u m p C o n t e n t ( ° C ) ( % ) ( ° C ) ( k g / m 3 ) ( % ) E 1 1 8 . 3 3 4 5 1 8 . 2 2 3 6 5 3 1 . 7 5 . 1 . 8 E 2 2 9 . 4 4 3 5 2 0 . 6 ‘ 2 3 3 9 1 9 . 0 5 1 . 8 E 3 2 6 . 6 7 4 5 2 1 . 6 2 3 2 6 1 0 . 1 6 1 . 4 E 4 2 9 . 4 4 4 0 2 2 . 9 2 3 2 6 6 . 3 5 1 . 4 2 2 8 T a b l e D . 5 . F i r s t C r a c k S t r e n g t h a n d M a x i m u m F l e x u r a l S t r e n g t h M i x t u r e S p e c i m e n F i r s t C r a c k M a x i m u m F l e x u r a l T y p e # L o a d S t r e s s L o a d S t r e n g t h ( k g ) ( M P a ) ( k g ) ( M P a ) E l E l - l 1 5 8 8 4 . 3 1 6 3 3 4 . 4 2 E 1 - 2 1 3 6 1 3 . 6 1 6 3 2 4 . 3 6 E 1 - 3 1 3 6 1 3 . 8 1 5 9 6 4 . 4 2 E 1 - 4 1 3 6 1 3 . 5 1 7 6 2 4 . 5 5 A v e r a g e 3 . 8 4 . 4 4 E 2 E 2 - 1 1 3 8 9 4 . 1 1 4 8 2 4 . 3 3 E 2 - 2 1 6 2 1 4 . 2 1 7 4 2 4 . 5 4 E 2 - 3 1 6 2 1 4 . 3 1 7 7 6 4 . 7 5 E 2 - 4 1 6 2 1 4 . 5 1 6 4 6 4 . 5 4 A v e r a g e 4 . 3 4 . 5 4 E 3 E 3 - 1 1 3 3 7 3 . 5 1 5 6 0 4 . 0 6 E 3 - 2 1 6 0 4 4 . 3 1 8 5 0 4 . 9 8 E 3 - 3 1 8 7 1 4 . 7 2 0 0 8 5 . 0 1 E 3 - 4 2 1 3 9 5 . 6 2 2 4 0 5 . 8 1 A v e r a g e 4 . 5 4 . 9 6 E 4 E 4 - 1 1 8 0 0 4 . 7 1 9 0 7 4 . 9 6 E 4 - 2 1 5 4 3 4 . 1 1 7 4 1 4 . 6 2 E 4 - 3 1 8 0 0 4 . 8 2 0 5 4 5 . 5 0 E 4 — 4 1 8 0 0 4 . 9 1 8 9 5 5 . 1 0 A v e r a g e 4 . 6 5 . 0 5 6 . 0 0 : 6 a t . a 5 . 0 0 5 4 . 0 0 D D E 3 . 0 0 i f 2 . 0 0 5 ‘ 3 3 1 . 0 0 L “ 0 . 0 0 1 . 0 F i b e r ( % b y v o l u m e ) 1 . 5 F i g u r e D . 3 . M o d u l u s o f R u p t u r e V e r s u s F i b e r C o n t e n t 2 2 9 D . 4 . T e s t s b y B a l a g u r u a n d K h a j u r i a ( R e f . 5 ) T a b l e D . 6 . P r o p e r t i e s o f F r e s h C o n c r e t e M i x S l u m p A i r C o n t e n t U n i t W e i g h t D e s i g n a t i o n ( c m ) ( % ) ( k g / m 3 ) C O N 2 2 . 0 6 . 4 2 3 0 7 N 6 - 0 6 0 1 5 . 0 7 . 5 2 3 3 9 N 6 - 1 2 0 1 1 . 0 7 . 7 5 2 3 8 7 N 6 - 1 8 0 9 . 5 8 . 0 2 3 5 5 N 6 - 2 4 0 5 . 0 8 . 0 2 3 3 9 T a b l e D . 7 . S t r e n g t h R e s u l t s M i x C o m p r e s s i v e S t r e n g t h “ M o d u l u s o f R u p t u r e l ( M P a ) D e s i g n a t i o n ( M P a ) ( F l e x u r a l S t r e n g t h ) C O N 2 1 . 6 - N 6 - 0 6 0 ' 2 3 . 6 4 . 0 3 N 6 - 1 2 0 2 4 . 6 4 . 0 8 N 6 - 1 8 0 2 2 . 8 3 . 9 0 N 6 - 2 4 0 2 5 . 3 4 . 1 7 ' A v e r a g e o f 2 s p e c i m e n s 1 A v e r a g e o f s p e c i m e n s 2 3 0 D . 5 . T e s t s b y S o r o u s h i a n , K h a n , a n d H s u ( R e f . 3 4 ) T a b l e D . 8 . M i x P r o p o r t i o n s a n d F r e s h M i x P r o p e r t i e s V e b e F i b e r T y p e , S l u m p , t i m e , V f C A / C F A / C S P / C W / C i n . s e c — 1 . 5 1 . 5 0 0 . 3 9 2 . 0 1 5 P P , 1 . 5 1 . 5 0 . 0 0 2 9 3 0 . 3 9 2 . 7 5 8 1 . 0 p e r c e n t P E , 0 0 2 5 p e r c e n t 1 . 5 1 . 5 0 . 0 0 0 5 4 1 0 . 3 9 3 . 0 9 P E , 0 0 5 p e r c e n t 1 . 5 1 . 5 0 . 0 0 0 6 2 5 0 . 3 9 3 . 0 1 0 . 5 P E , 0 . 0 1 E r c e n t 1 . 5 1 . 5 0 . 0 0 1 0 . 3 9 2 . 8 8 . 5 N o t e : C A = C o a r s e A g g r e g a t e ; C = C e m e n t ; F A = F i n e A g g r e g a t e ; S P = S u p e r P l a s t i - c i z e r ; W = W a t e r ; P P = P o l y p r o p y l e n e ; P E = P o l y e t h y l e n e . 0 . 8 0 . 6 0 . 4 0 . 2 F L E X . S T R E N G T H ( k s i ) 1 I 9 5 % C o n fi c e n c e I n t e r v a l P l a i n P P = O . 1 % P E = 0 . 0 2 5 % P E = 0 . 0 5 % P E = 0 . 1 % F I B E R % V O L U M E F R A C T I O N F i g u r e D . 4 . F l e x u r a l S t r e n g t h V s . F i b e r V o l u m e F r a c t i o n 2 3 1 T a b l e D . 9 . H a r d e n e d M a t e r i a l T e s t R e s u l t s M i x T y p e F l e x u r a l S t r e n g t h , C o m p r e s s i v e S t r e n g t h , U l t i m a t e I m p a c t , p S l p 3 1 N o . o f L o w s 6 3 0 7 4 1 0 2 7 6 4 5 6 9 1 0 3 1 P l a i n 5 9 5 6 8 1 0 2 9 7 0 5 5 9 1 0 2 5 7 1 0 6 7 8 0 1 8 4 1 8 2 0 M e a n 6 1 7 6 7 6 4 2 5 6 0 5 6 3 7 1 4 6 7 0 8 6 5 7 6 4 2 P o l y e t h y l e n e , 7 6 8 6 5 2 6 1 0 7 V f = 0 . 1 p e r c e n t 4 7 5 6 2 7 6 1 1 0 7 3 9 6 7 2 0 5 4 7 1 8 5 0 M e a n 6 6 9 6 4 9 3 6 9 7 5 3 5 4 3 0 6 2 6 4 5 4 8 9 0 4 5 P o l y e t h y l e n e , 6 9 8 5 3 5 0 4 6 V ] : 0 . 0 2 5 % 6 8 5 5 5 4 0 4 2 6 7 7 5 2 3 0 4 1 7 3 0 4 6 M e a n 6 9 8 5 2 9 0 4 7 6 5 2 5 6 0 0 5 1 8 1 0 5 7 1 0 3 9 P o l y e t h y l e n e , 7 3 2 5 7 3 0 4 9 V f = 0 . 0 5 p e r c e n t 7 4 3 5 5 3 0 1 2 9 6 7 2 5 8 0 0 7 9 7 8 0 8 8 M e a n 7 3 2 5 6 7 4 7 3 7 1 1 5 2 0 0 1 6 0 7 8 3 5 1 3 0 1 1 0 P o l y e t h y l e n e , 7 4 8 5 3 1 0 9 7 V ; = 0 . 1 p e r c e n t 7 5 0 5 4 0 0 1 8 3 7 7 0 4 9 0 0 1 7 3 7 0 1 1 5 1 M e a n 7 4 4 5 1 8 5 1 4 6 2 3 2 D . 6 . T e s t s b y B i n d i g a n a v i l e A N D B a n t h i a ( R e f . 9 ) T a b l e D . 1 0 . P r o p e r t i e s o f F i b e r s I n v e s t i g a t e d L e n g T e n s i l e E l a s t i c t h , C r o s s s t r e n g t h , m o d u l u s S c h e m a t i c _ F i b e r M a t e r i a l G e o m e t r y m m s e c t i o n M P a , G P a ' _ U n d e - . F 1 P o l y o l e fi n f o r m e d 5 0 C i r c u l a r 3 6 5 2 . 6 7 V V V ( F 2 P O I W O P Y I ' S l r f u s o l d a l 3 0 C i r c u l a r 4 5 0 3 . 5 e n e c r i m p i n g 7 U v V U i F 3 P O I Y P ’ O P Y I ' 8 ‘ 9 “ ” ? “ 3 1 5 0 C i r c u l a r 4 5 0 3 . 5 . m fi u - e n e c r i m p i n g H F 4 S t e e l F l a t e n d e d 3 0 C i r c u l a r 1 1 9 8 2 0 0 2 3 3 o i t a R T F I F 4 5 0 . 1 8 6 ) ) 6 9 3 2 . . 2 3 4 6 . . F 0 0 1 1 ( ( S E C S ) d J r J n , a 2 5 o ) ) c d 1 2 i 6 4 t 2 1 i n t a . . . . a 6 0 0 6 a i t 1 ( ( 2 t v S e s ( d / t ) o c c 5 6 i i a 2 0 t t p a m t a R . i s y ( . . 1 1 g r e n e e ) ) 4 4 2 8 r 5 3 2 1 . . . . 2 3 0 0 ( ( u t c a r f E C d ) J n S o r J i , a c d i n t a t a a i t t v S e s ( d 2 4 2 6 3 . . 2 2 5 . 1 , r d ) n t a 5 0 o ) ) c d a 3 6 i 0 6 a n P . . a . . t 9 7 p a 3 2 m M t 1 1 i 1 1 v ( ( I s ( e d ) ) 0 0 0 0 5 6 9 3 . . . . 4 6 0 0 ( ( a , t P f M 8 3 3 3 4 4 3 1 3 4 6 4 . . E E 1 1 l 3 F F M M . r o t c a f s s e n h g u o t l a r u x e l F 1 2 3 4 T a b l e D . 1 1 . S t a t i c a n d I m p a c t R e s u l t s f o r F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e B e a m s M i x - t u r e N o . S t r e s s r a t e 0 ( f o r i m - p a c t ) F l e x u r a l s t r e n t h S t a t i c , M P a ( s t a n d a r d d e v i a t i o n ) R a t i o ( i m p a c t / s t a t i c ) I m p a c t , J ( s t a n d a r d d e v i a t i o n ) I m p a c t , J ( s t a n - d a r d d e - v i a t i o n ) ( i m - p a c t / s t a t i c ) 1 1 . 7 9 ( 1 . 4 5 ) 1 . 7 4 ( 0 . 2 3 ) 2 . 2 0 ( 0 . 2 7 ) 1 1 . 6 2 ( 0 . 2 3 ) 1 . 2 6 M F 2 1 . 5 5 E 4 4 0 5 . 7 0 ( 0 . 7 0 ) 1 . 1 3 ( 0 . 1 2 ) 2 . 4 0 ( 0 . 3 4 ) 2 . 1 2 7 . 5 6 ( 0 . 1 2 ) 1 6 . 3 0 ( 0 . 3 4 ) 2 . 1 2 5 . 4 0 ( 0 . 6 0 ) 2 . 3 0 2 . 4 1 ( 0 . 2 6 ) M F 4 1 . 2 9 E 4 1 0 . 5 0 ( 1 . 6 6 ) 3 . 9 3 ( 0 . 1 4 ) 0 . 7 9 2 0 . 9 8 ( 0 . 2 8 ) 0 . 7 9 ' F r o m a r e a u n d e r l o a d - d e fl e c t i o n c u r v e c o m p u t e d t o d e fl e c t i o n o f s p a n / 1 5 0 = 2 m m . D . 7 . T e s t s b y Y a o , L i , a n d W u ( R e f . 3 8 ) T a b l e D . 1 2 . M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f F i b e r R e i n f o r c e d c o n c r e t e M i x e s B a t c h “ b e ? P l u m e f , 1 ; , M O R T o u g h n e s s I n d e x N o . m a m ” ( % ) ( M P a ) ( M P a ) ( M P a ) C a r b o n S t e e l P P I 5 I 1 0 I 3 0 1 - - - 4 4 . 3 4 . 3 6 5 . 5 4 3 . 1 6 5 . 8 9 9 . 7 8 2 0 . 5 - - 5 0 . 7 5 . 2 1 6 . 0 2 4 . 0 8 7 . 4 8 1 4 . 8 2 3 - 0 . 5 - 4 7 . 8 4 . 8 0 6 . 9 0 4 . 1 5 7 . 9 0 2 2 . 8 0 4 - - 0 . 5 4 4 . 5 4 . 1 4 5 . 7 4 4 . 0 4 6 . 2 6 1 6 . 7 6 5 0 . 2 0 . 3 - 5 8 . 2 5 . 9 5 7 . 3 6 4 . 2 3 8 . 1 4 2 9 . 3 2 6 0 . 2 - 0 . 3 5 7 . 8 5 . 7 2 7 . 3 0 3 . 8 9 6 . 2 0 1 5 . 9 0 7 - 0 . 2 0 . 3 4 5 . 3 4 . 4 6 5 . 8 3 3 . 4 0 6 . 3 1 1 8 . 4 4 2 3 5 D . 8 . T e s t s b y E z e l d i n , L o w e , A N D B a l a g u r u ( R e f . 1 1 ) T a b l e D . 1 3 . E x p e r i m e n t a l p r o g r a m M i x C o m p r e s s i v e F l e x u r e F i r s t C r a c k 1 5 1 . 0 1 1 0 / 1 5 D e s i g n . S t r e n g t h , p s i S t r e n g t h , p s i S t r e n g t h , p s i f r f r — c r c r — R C 2 8 1 0 4 3 6 4 3 6 4 3 6 4 3 6 1 . 0 1 . 0 1 . 0 R F 0 1 3 9 4 0 6 4 0 5 4 0 - - * * * R F 0 5 4 6 8 0 6 4 7 5 0 1 - - 3 . 8 0 5 . 2 0 1 . 3 7 R F ] 4 1 2 0 6 1 7 5 0 9 5 8 6 4 8 4 4 . 4 1 6 . 8 5 1 . 5 5 P C 2 4 9 8 0 6 7 0 6 7 0 6 7 0 6 7 0 1 . 0 1 . 0 1 . 0 P F O ] 4 6 0 0 7 3 1 7 6 0 - - * * * P F O S 4 2 0 0 5 9 8 6 5 1 - - 3 . 9 7 4 . 9 2 1 . 2 4 P F ] 4 4 2 0 6 9 8 7 4 1 6 8 3 7 2 5 4 . 1 8 5 . 8 8 1 . 4 1 S C 4 5 0 0 5 5 1 5 5 1 5 5 ] 5 5 1 1 . 0 1 . 0 1 . 0 S F O ] 5 3 8 0 6 4 9 5 9 2 — - * * * S F O S 5 3 2 0 5 9 ] 5 4 2 - - 3 . 3 4 . 2 3 1 . 2 8 S F ] 5 8 1 0 6 3 5 5 5 8 6 0 2 5 5 1 4 . 1 7 5 . 4 7 1 . 3 1 R C 2 8 1 0 4 3 6 4 3 6 4 3 6 4 3 6 1 . 0 1 . 0 1 . 0 R A O ] 4 1 4 0 6 7 5 5 5 6 - - * * * R A O S 4 1 0 0 6 1 9 5 1 2 - - 3 . 4 2 4 . 8 0 1 . 4 0 R A ] 3 6 8 0 5 9 8 5 2 2 5 6 4 4 9 3 4 . 4 4 6 . 2 " 1 . 4 0 P C 2 4 9 8 0 6 7 0 6 7 0 6 7 0 6 7 0 1 . 0 ‘ 1 . 0 1 . 0 F A Q ] 4 7 0 0 6 8 4 7 0 4 - - * * * P A 0 5 4 4 4 0 6 4 0 6 7 8 - - 3 . 2 3 4 . 8 5 1 . 5 P A ] 4 5 8 0 7 7 8 8 1 2 7 5 1 7 8 3 3 . 9 8 5 . 1 5 1 . 2 9 S C 4 5 0 0 5 5 1 5 5 1 5 5 1 5 5 1 1 . 0 1 . 0 1 . 0 S A O I 5 0 5 5 5 3 9 5 0 7 - - * * * S A 0 5 5 6 5 0 5 8 6 5 2 2 - - 4 . 1 2 5 . 7 7 1 . 4 S A ] 4 1 0 0 5 7 7 6 0 3 5 3 9 5 6 3 4 . 3 6 . 2 3 1 . 4 5 P C 2 4 9 8 0 6 7 0 6 7 0 6 7 0 6 7 0 1 . 0 1 . 0 1 . 0 P G 0 5 5 7 5 0 8 6 0 8 0 0 - - 3 . 1 0 4 . 1 0 1 . 3 2 P G ] 4 1 0 0 6 5 2 7 1 9 - - 3 . 8 4 . 3 5 1 . 1 4 S C 4 5 0 0 5 5 1 5 5 1 5 5 1 5 5 1 1 . 0 1 . 0 1 . 0 S G O S 5 6 3 0 5 8 6 5 2 3 - - 4 5 . 7 8 1 . 4 5 8 6 1 5 1 4 0 5 6 7 5 2 9 - - 4 . 3 7 6 . 3 1 1 . 4 4 ( - ) : n o t r e c o r d e d . ( * ) : n o m e a s u r a b l e i n d e x v a l u e s . 2 3 6 T a b l e D . 1 4 . R e s u l t s o f t h e E x p e r i m e n t a l p r o g r a m M i x F i b e r R a p i d F i b e r P r o p o r t i o n s D e s i g . T y p e S e t M a — C o n t e n t R S M S a n d S t o n e W a t e r t e r i a l ° / o b y l b 1 b 1 b l b V o l u m e R C R H 0 1 5 . 6 1 7 . 1 2 5 . 7 7 . 3 R F O I F R H 0 . 0 1 " " " " R F 0 5 R H 0 . 0 5 " " " " R F 1 R H 0 . 1 " " " " P C 2 P Y 0 5 1 . 5 X 1 4 . 5 5 P F O I F P Y 0 . 0 1 " X " " P F 0 5 P Y 0 . 0 5 " X " " P F l P Y 0 . 1 " X " " S C S E 0 4 0 . 6 X 2 0 . 3 3 . 6 S F 0 1 F S E 0 . 0 1 " X " " S F 0 5 S E 0 . 0 5 " X " " S F ] S E 0 . 1 " X " " R C R H 0 1 5 . 6 1 7 1 2 5 7 7 . 3 R A O ] A R H 0 . 0 1 " " " " R A O S R H 0 . 0 5 “ " " " R A 1 R H 0 . 1 " " " " P C 2 P Y O 5 1 . 5 X 1 4 . 5 5 F A Q ] A P Y 0 . 0 1 " X " " P A O S P Y 0 . 0 5 " X " " P A ] P Y 0 . 1 " X " " S C S E 0 4 0 . 6 X 2 0 . 3 3 . 6 S A 0 1 A S E 0 . 0 1 " X " " S A 0 5 S E 0 . 0 5 " X " " S A l S E 0 . 1 " X " " P C 2 P Y 0 5 1 . 5 X 1 4 . 5 5 P G O S G P Y 0 . 0 5 " X " " P G ] P Y 0 . 1 " X " " S C S E 0 4 0 . 6 X 2 0 . 3 3 . 6 S G 0 5 G S E 0 . 0 5 " X " " S G ] S E 0 . ] " X " " ( X ) : P r e m i x e d S a n d 2 3 7 N O R M A L I Z E D F L E X U R E S T R E N G T H , P S I 1 0 0 0 - 0 % F I B E R 0 . 0 1 % F I B E R 5 3 0 . 0 5 % F I B E R — 0 . 1 % F I B E R T Y P E O F F I B E R ( F ) T Y P E O F F I B E R ( A ) 1 0 0 0 T Y P E O F F I B E R ( G ) ‘ 1 m : ) 1 \ R A P I D S E T M A T E R I A L 1 0 0 0 F L E X U R E S T R E N G T H , P S I 8 0 0 6 0 0 4 0 0 2 0 0 R S M ( P Y ) 0 F I B E R T Y P E F i g u r e D . 5 . F l e x u r a l S t r e n g t h 2 3 8 D . 9 . T e s t s b y A i r p o r t s A u t h o r i t y o f I n d i a ( R e f . 2 ) T a b l e D . 1 5 . F l e x u r a l S t r e n g t h S . D a t e o f D a t e o f C u r i n g F l e x u r a l F l e x u r a l % A g e C e - N O . C a s t i n g T e s t i n g P e r i o d S t r e n g t h S t r e n g t h I n - m e n t P l a i n U s i n g R e - c r e a s e ( k g / c m z ) c r o n 3 s i n c o n c r e t e ( k a c m fi 1 2 4 / 7 / 2 0 0 3 3 1 / 7 / 2 0 0 3 7 D a y s 2 8 . 7 4 4 2 9 . 9 3 4 . 1 3 3 5 0 k 2 2 4 / 7 / 2 0 0 3 2 1 / 8 / 2 0 0 3 2 8 D a y s 4 6 . 8 2 1 4 9 . 1 9 ] 5 . 0 6 3 5 0 k g 3 2 8 / 7 / 2 0 0 3 4 / 8 / 2 0 0 3 7 D a y s 2 9 . 3 3 7 3 1 . 1 1 5 5 . 0 0 3 4 0 k g 4 2 8 / 7 / 2 0 0 3 2 5 / 8 / 2 0 0 3 2 8 D a y s 4 2 . 9 6 8 5 . 5 2 3 4 0 k g 5 3 0 / 7 / 2 0 0 3 6 / 8 / 2 0 0 3 7 D a y s 2 9 . 3 3 7 5 . 0 5 3 4 0 g 6 3 0 / 7 / 2 0 0 3 2 7 / 8 / 2 0 0 3 2 8 D a y s 4 5 . 0 4 3 3 4 0 k g 7 5 / 8 / 2 0 0 3 1 2 / 8 / 2 0 0 3 7 D a y s 4 4 . 4 5 4 6 . 8 2 1 3 5 0 k g 8 5 / 8 / 2 0 0 3 2 / 9 / 2 0 0 3 2 8 D a y s 4 8 . 0 0 6 5 0 . 6 7 3 5 . 5 6 3 5 0 k g 9 5 / 8 / 2 0 0 3 1 4 / 8 / 2 0 0 3 7 D a y s 4 4 . 7 4 6 4 9 . 1 9 ] 9 . 9 3 3 5 0 k g 1 0 1 3 / 8 / 2 0 0 3 1 0 / 9 / 2 0 0 3 2 8 D a y s 4 8 . 8 9 5 5 1 . 5 6 2 5 . 4 5 3 5 0 k g 1 1 2 1 / 8 / 2 0 0 3 2 8 / 8 / 2 0 0 3 7 D a y s 4 2 . 6 7 2 4 5 . 3 3 9 6 . 2 5 4 0 0 k g w i t h 2 0 m m M S A 1 2 2 1 / 8 / 2 0 0 3 1 8 / 9 / 2 0 0 3 2 8 D a y s 5 7 . 7 8 5 6 1 . 6 3 7 6 . 6 7 4 0 0 k g w i t h 2 0 m m M S A 2 3 9 A P P E N D I X E F L E X U R A L T O U G H N E S S E X P E R I M E N T S 4 ' 8 " ” 8 ' 3 7 2 4 0 E N E L Y P O R P Y L O P F L E X U R A L T O U G H N E S S S T E E L P O L Y P R O P Y L E N E 8 0 - N Y L O N 4 o - P O L Y P R O P Y L E N E N Y L O N P O L Y E S T E R P O L Y P R O P Y L E N E N Y L O N - P O L Y E S T E R P O L Y P R O P Y L E N E 2 0 ‘ I M P R O V E M E N T O V E R P L A I N C O N C R E T E ( % ) m N Y L O N I P O L Y E S T E R 0 . 1 % ( l 5 ) 0 . 1 % ( I 1 0 ) 0 . 5 % ( l 5 ) 0 . 5 % ( 1 1 0 ) 0 . 5 % ( 1 3 0 ) F I B E R V O L U M E F R A C T I O N ( % ) I I S T E E L E l C A R B O N D P O L Y P R O P Y L E N E I P O L Y P R O P Y L E N E I N Y L O N I N Y L O N I 3 P O L Y E S T E R l 1 F i g u r e E ] . S u m m a r y o f t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s R e s u l t s f o r D i j fi r e n t F i b e r T y p e s E . 1 . T e s t M e t h o d E . 1 . 1 . A S T M C 1 0 1 8 — 9 7 S t a n d a r d T e s t M e t h o d f o r F l e x u r a l T o u g h n e s s a n d F i r s t - C r a c k S t r e n g t h o f F i b e r - R e i n f o r c e d C o n c r e t e ( U s i n g B e a m w i t h T h i r d - P o i n t L o a d i n g ) 2 4 1 E . 2 . T e s t s D o n e b y R e f . 3 8 T a b l e E . 1 . P r o p e r t i e s o f c a r b o n , s t e e l , a n d P P f i b e r s C a r b o n S t e e l P P L e n g t h ( m m ) 5 3 0 1 5 D i a m e t e r ( p m ) 7 5 0 0 1 0 0 D e n s i t y ( g / c m 3 ) 1 . 6 7 . 8 0 . 9 M o d u l u s ( G P a ) 2 4 0 2 0 0 8 E l o n g a t i o n a t b r e a k ( % ) 1 . 4 3 . 2 8 . 1 T e n s i l e s t r e s s ( M P a ) 2 5 0 0 1 5 0 0 8 0 0 T a b l e E . 2 . C o n c r e t e m i x p r o p o r t i o n s M a t e r i a l Q u a l i t y T y p e I c e m e n t ( k g / m 3 ) 4 9 0 S a n d ( k g / m 3 ) 6 8 4 C r u s h e d L i m e s t o n e ( k g / m 3 ) 1 0 2 4 W a t e r ( k g / m 3 ) 1 9 6 S u p e r p l a s t i c i z e r ( k g / m 3 ) 2 . 5 S l u m p ( m m ) 1 6 0 T a b l e E . 3 . M e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f fi b e r - r e i n f o r c e d c o n c r e t e s B a t c h : f c i i o v n o l l ’ I / n i e f c f s p M O R T o u g h n e s s I n d e x N o . ° ( M P a ) ( M P a ) ( M P a ) C a r b o n S t e e l P P I 5 1 1 0 I 3 0 1 - - - 4 4 . 3 4 . 3 6 5 . 5 4 3 . 1 6 5 . 8 9 9 . 7 8 2 0 . 5 - - 5 0 . 7 ' 5 . 2 ] 6 . 0 2 4 . 0 8 7 . 4 8 1 4 . 8 2 3 - 0 . 5 - 4 7 . 8 4 . 8 0 6 . 9 0 4 . 1 5 7 . 9 0 2 2 . 8 0 4 - - 0 . 5 4 4 . 5 4 . 1 4 5 . 7 4 4 . 0 4 6 . 2 6 1 6 . 7 6 5 0 . 2 0 . 3 - 5 8 . 2 5 . 9 5 7 . 3 6 4 . 2 3 8 . 1 4 2 9 . 3 2 6 0 . 2 - 0 . 3 5 7 . 8 5 . 7 2 7 . 3 0 3 . 8 9 6 . 2 0 1 5 . 9 0 7 - 0 . 2 0 . 3 4 5 . 3 4 . 4 6 5 . 8 3 3 . 4 0 6 . 3 ] 1 8 . 4 4 2 4 2 E . 3 . T e s t s D o n e b y R e f . 1 1 T a b l e E . 4 . M a t e r i a l P r o p e r t i e s o f M i x M i x F i b e r R a p i d F i b e r P r o p o r t i o n s D e s i g . T y p e S e t M a — C o n t e n t R S M S a n d S t o n e W a t e r t e r i a l % b y 1 b 1 b l b l b V o l u m e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r e m i x e d S a n d 2 4 3 T a b l e E . 5 . F l e x u r a l T o u g h n e s s R e s u l t s M i x C o m p r e s s i v e F l e x u r e F i r s t C r a c k 1 5 1 1 0 1 1 0 / 1 5 D e s i g n . S t r e n g t h , p s i S t r e n g t h , p s i S t r e n g t h , p s i f r f r _ f o r f e r — R C 2 8 1 0 4 3 6 4 3 6 4 3 6 4 3 6 1 . 0 1 . 0 1 . 0 R F O I 3 9 4 0 6 4 0 5 4 0 - - * * * R F 0 5 4 6 8 0 6 4 7 5 0 1 - - 3 . 8 0 5 . 2 0 1 . 3 7 R F ] 4 1 2 0 6 1 7 5 0 9 5 8 6 4 8 4 4 . 4 1 6 . 8 5 1 . 5 5 P C 2 4 9 8 0 6 7 0 6 7 0 6 7 0 6 7 0 1 . 0 1 . 0 1 . 0 P F O I 4 6 0 0 7 3 1 7 6 0 — - * * * P F 0 5 4 2 0 0 5 9 8 6 5 1 - - 3 . 9 7 4 . 9 2 1 . 2 4 P F ] 4 4 2 0 6 9 8 7 4 1 6 8 3 7 2 5 4 . 1 8 5 . 8 8 1 . 4 1 S C 4 5 0 0 5 5 1 5 5 1 5 5 1 5 5 1 1 . 0 1 . 0 1 . 0 S F O l 5 3 8 0 6 4 9 5 9 2 - - * * * S F 0 5 5 3 2 0 5 9 1 5 4 2 - - 3 . 3 4 . 2 3 1 . 2 8 S F ] 5 8 1 0 6 3 5 5 5 8 6 0 2 5 5 1 4 . 1 7 5 . 4 7 1 . 3 ] R C 2 8 1 0 4 3 6 4 3 6 4 3 6 4 3 6 1 . 0 1 . 0 1 . 0 R A O I 4 1 4 0 6 7 5 5 5 6 - - * * * R A 0 5 4 1 0 0 6 1 9 5 1 2 - - 3 . 4 2 4 . 8 0 1 . 4 0 R A ] 3 6 8 0 5 9 8 5 2 2 5 6 4 4 9 3 4 . 4 4 6 . 2 1 . 4 0 P C 2 4 9 8 0 6 7 0 6 7 0 6 7 0 6 7 0 1 . 0 1 . 0 1 . 0 F A Q ] 4 7 0 0 6 8 4 7 0 4 - - * * * P A 0 5 4 4 4 0 6 4 0 6 7 8 - - 3 . 2 3 4 . 8 5 1 . 5 P A ] 4 5 8 0 7 7 8 8 1 2 7 5 1 7 8 3 3 . 9 8 5 . 1 5 1 . 2 9 S C 4 5 0 0 5 5 1 5 5 1 5 5 1 5 5 1 1 . 0 1 . 0 1 . 0 S A 0 1 5 0 5 5 5 3 9 5 0 7 - - * * * S A 0 5 5 6 5 0 5 8 6 5 2 2 - - 4 . 1 2 5 . 7 7 1 . 4 S A ] 4 1 0 0 5 7 7 6 0 3 5 3 9 5 6 3 4 . 3 6 . 2 3 1 . 4 5 P C 2 4 9 8 0 6 7 0 6 7 0 6 7 0 6 7 0 1 . 0 1 . 0 1 . 0 P G 0 5 5 7 5 0 8 6 0 8 0 0 - - 3 . 1 0 4 . 1 0 1 . 3 2 P G ] 4 1 0 0 6 5 2 7 1 9 - — 3 . 8 4 . 3 5 1 . 1 4 S C 4 5 0 0 5 5 1 5 5 1 5 5 1 5 5 1 1 . 0 1 . 0 1 . 0 S G 0 5 5 6 3 0 5 8 6 5 2 3 - - 4 5 . 7 8 1 . 4 5 S G ] 5 1 4 0 5 6 7 5 2 9 - - 4 . 3 7 6 . 3 1 1 . 4 4 ( - ) : n o t r e c o r d e d . ( * ) : n o m e a s u r a b l e i n d e x v a l u e s . 2 4 4 V A R I A T I O N O F 1 5 A N D 1 1 0 W I T H F I B E R T Y P E T O U G H N E S S I N D E X 8 1 1 1 ‘ _ y ’ / / 9 ; ” Z ” / R S M ( P Y ) \ \ V N ) . \ 8 \ ) 1 . \ F I B E R T Y P E - 0 . 0 5 % , 1 5 - 0 . 1 % , 1 5 - 0 . 0 5 % . 1 1 0 - 0 . 1 % , 1 1 0 F i g u r e E . 2 . V a r i a t i o n o f F l e x u r a l T o u g h n e s s w i t h F i b e r T y p e s 2 4 5 E . 4 . T e s t s D o n e b y R e f . 8 T a b l e E . 6 . M a t e r i a l P r o p e r t i e s M i x D e s i g n a t i o n F i b e r V o l u m e % S i l i c a F u m e M i x T y p e N o . / B i n d e r ( % ) 1 S t a n d a r d 1 0 . 0 0 . 0 A 2 S e r i e s 0 . 1 5 0 . 0 A 3 N o 1 0 . 3 5 0 . 0 A 4 ' 0 . 6 0 0 . 0 A 5 0 . 0 0 5 A 6 S e r i e s 0 . 1 5 5 A 7 N o . 2 0 . 3 5 5 A 8 0 . 6 0 5 A 9 S e r i e s 0 . 1 5 1 0 A 1 0 N o 3 0 . 3 5 1 0 A 1 1 ' 0 . 6 0 1 0 A 1 2 S e r i e s 0 . 1 5 2 5 A 1 3 N o . 4 0 . 3 5 2 5 A 1 4 0 . 6 0 2 5 A 1 5 S t a n d a r d 2 0 . 0 0 0 . 0 B 1 6 S e r i e s 0 . 1 0 0 . 0 B 1 7 N o . 5 0 . 3 0 0 . 0 B 1 8 0 . 5 0 0 . 0 B 1 9 S e r i e s 0 . 0 0 5 B 2 0 N o . 6 0 . 1 0 5 B 2 1 0 . 3 0 5 B 2 2 0 . 5 0 5 B 2 3 S e r i e s 0 . 0 0 1 0 B 2 4 N o . 7 0 . 1 0 1 0 B 2 5 0 . 3 0 1 0 B 2 6 0 . 5 0 1 0 B N o t e : M i x T y p e A c o n t a i n s m o r e fi l a m e n t p o l y e s t e r fi b e r s w h i l e M i x T y p e B c o n t a i n s , fi b r i l l a t e d p o l y p r o p y l e n e fi b e r s . 2 4 6 T a b l e E . 7 . T o u g h n e s s I n d i c e s R e s u l t s M i x N o U l t i m a t e P o s t - P e a k T o u g h n e s s M i x T y p e S t r e g t h ( k P a ) S t r e n g t h ( k P a ) I n d e x 1 4 5 1 0 - 2 . 5 A 2 5 5 1 0 9 5 0 3 . 9 A 3 4 6 5 0 1 8 0 0 4 . 2 A 4 4 2 7 0 2 0 9 0 4 . 9 A 5 4 6 0 5 - 2 . 6 A 6 4 4 1 5 7 6 0 4 . 2 A 7 4 7 5 0 1 7 1 0 4 . 6 A 8 4 2 7 0 1 9 5 0 4 . 6 A 9 5 2 2 0 1 5 7 0 5 . 3 A 1 0 4 1 3 0 2 2 8 0 5 . 0 A 1 1 4 5 1 0 2 4 7 0 4 . 6 A 1 2 4 8 4 0 1 4 2 5 5 . 0 A 1 3 4 3 7 0 1 8 0 5 4 . 9 A 1 4 4 0 3 5 2 3 3 0 4 . 9 A 1 5 5 6 0 0 - 1 . 5 B 1 6 5 1 7 5 6 7 0 3 . 1 B 1 7 5 2 2 0 1 5 0 0 4 . 2 B 1 8 4 4 1 5 2 0 6 0 4 . 3 B 1 9 5 8 4 0 - 1 . 7 B 2 0 4 3 7 0 6 1 0 3 . 0 B 2 1 4 7 9 5 1 3 5 0 4 . 3 B 2 2 4 7 9 5 1 9 9 0 4 . 8 B 2 3 5 9 3 5 - 1 . 8 B 2 4 4 3 2 0 7 4 0 3 . 5 B 2 5 4 4 1 5 1 4 9 0 4 . 3 B 2 6 5 0 3 0 2 4 3 0 4 . 4 B - N o t a p p l i c a b l e 1 k s i = 6 . 8 9 M P a 2 4 7 E . 5 . T e s t s D o n e b y R e f . 1 8 T a b l e E . 8 . P h y s i c a l P r o p e r t i e s o f F i b e r s P r o p e r t y F i b e r T y p e N y l o n 6 P o l y e s t e r P o l y p r o p y l e n e T e n s i l e S t r e n g t h , M P a 8 9 7 8 9 7 — 1 1 0 4 5 5 3 — 7 5 9 Y o u n g ’ s M o d u l u s , M P a 5 1 7 5 1 7 2 5 0 3 4 5 0 W a t e r a b s o r p t i o n , p e r c e n t 4 . 5 - N i l S p e c i fi c g r a v i t y 1 . 1 6 1 . 3 4 0 . 9 M e l t i n g p o i n t , ° C 2 4 2 2 5 7 1 6 0 — 1 7 0 U l t i m a t e e l o r g a t i o n , p e r c e n t 2 0 - 1 5 N o t e : I n f o r m a t i o n p r o v i d e d b y m a n u f a c t u r e r s . T a b l e E . 9 . R e s u l t s o f T o u g h n e s s I n d i c e s A g e ( w e e k s ) 0 4 8 1 6 3 2 5 2 T o u g h n e s s i n d e x N Y 3 . 9 3 . 6 5 . 1 5 . 0 4 . 4 4 . 1 1 5 P P 4 . 2 4 . 6 4 . 8 4 . 8 4 . 6 4 . 9 P Y 3 . 9 4 . 3 3 . 7 4 . 0 4 . 3 4 . 0 N Y 6 . 3 5 . 8 1 1 . 3 9 . 6 9 . 0 7 . 5 1 1 0 P P 7 . 3 7 . 9 1 0 . 5 1 0 . 2 9 . 3 1 0 . 2 P Y 5 . 4 6 . 8 5 . 1 5 . 5 6 . 7 5 . 7 N Y 1 6 . 4 1 5 . 8 3 8 . 9 2 7 . 0 2 7 . 9 2 0 . 8 1 3 0 P P 2 0 . 7 2 4 . 6 3 8 . 2 3 6 . 1 3 2 . 6 3 1 . 1 P Y 1 0 . 1 1 0 . 9 7 . 5 7 . 8 9 . 7 7 . 4 N Y 1 . 5 4 1 . 6 1 2 . 1 2 1 . 9 2 2 . 0 5 1 . 8 5 1 1 0 / 1 5 P P 1 . 7 4 1 . 7 2 2 . 1 9 2 . 1 2 2 . 0 2 2 . 1 0 P Y 1 . 3 8 1 . 5 8 1 . 3 8 1 . 3 8 1 . 5 6 1 . 4 4 N Y 2 . 7 3 2 . 7 2 3 . 4 4 2 . 8 1 3 . 1 0 2 . 7 7 1 3 0 / 1 1 0 P P 2 . 8 4 3 . 1 1 3 . 6 4 3 . 5 4 3 . 5 1 3 . 0 4 P Y 1 . 8 7 1 . 6 0 1 . 4 7 1 . 4 2 1 . 4 5 1 . 2 9 N Y = n y l o n 6 , P P = p o l y p r o p y l e n e , P Y = p o l y e s t e r 2 4 8 A P P E N D I X F F A T I G U E E X P E R I M E N T S ” 5 ' 2 8 2 4 9 h t g n e ) r e l e e t e n e l y D p t t S S e r e u g i t c § o C e a n n S G e n e l e e t e A n e e l e n l ‘ o r p y e y l p y o p r e l t o B S P l e o p e C F l r y l t a y p l S l m l P u m % i ( x a M p o r p y l o P y o e l P o P e t S _ | - 2 5 0 F i g u r e F . 1 . S u m m a r y o f t h e F a t i g u e R e s u l t s f o r D i j f k r e n t F i b e r T y p e E l P o l y p r o p y l e n e G I S t e e l A E l S t e e l B I P o l y p r o p y l e n e D I S t e e l C I S t e e l E l P o l y p r o p y l e n e N F E P l a i n I P o l y p r o p y l e n e F i b e r V o l u m e F r a c t i o n ( % ) A 3 0 0 2 5 0 ~ 1 0 0 . 5 0 0 P l a i n 0 . 1 l _ P o l y p r o p y l e n e 0 . 2 5 _ P o l y p r o p y l e n e N F 0 . 5 P o l y p r o p y l e n e N F 7 9 2 ” ? ? ? D S t e e l P o l y p F a t i g u e S t r e n g t h T a b l e F . 1 . D i f f e r e n t F i b e r a n d M i x P r o p e r t i e s a n d R e f e r e n c e t o R e s u l t s ’ F i g u r e s F i b e r T y p e F i b e r G e - F i b e r M i x C u r i n g D r y i n g R e - o m e t r y V o l . C : S : C A : W C o n d i - s u l t s L : D F r a c t : t i o n s ( m y S t e e l F i b e r 5 0 : 0 . 5 0 . 0 % 1 : 1 . 5 : 2 : 0 . 5 D a y s — R . H u m - T a b l e 6 0 : 0 . 5 0 . 0 2 5 % R . H u m - % F . 2 0 . 5 % 1 0 0 % T e m - ° C T e m - 2 0 ° C . S t e e l F i b e r 5 0 : 0 . 5 0 . 0 % l : 1 . 5 : 2 : 0 . 5 D a y s — R . H u m - F i g . 6 0 : 0 . 5 0 . 0 2 5 % R . H u m - % F . 2 - F . 5 0 . 5 % 1 0 0 % T e m - ° C T e m — 2 0 ° C . P o l y p r o p y l e n e 3 0 : 0 . 5 0 . 1 % F R I D a y s — R . H u m - F i g . F i b e r 0 . 2 % F R 2 R . H u m - % F . 6 0 . 3 % 1 0 0 % T e r n - ° C T e m - 2 0 ° C . P o l y p r o p y l e n e 3 O : 0 . 5 0 . 1 % F R 3 D a y s — R . H u m - F i g . F i b e r 0 . 2 % R . H u m — % F . 7 , F . 8 0 . 3 % 1 0 0 % T e r n - ° C T e m - 2 0 ° C . S t e e l F i b e r 5 0 : 0 . 5 0 . 5 % C 2 1 R . H u m — 1 8 . 7 5 : 0 . 5 C A : 2 . 3 7 3 3 - 5 8 % N / A F i g 5 0 : 1 . 2 5 1 . 0 % F A : 2 . 3 7 T e m — F . 9 , 1 8 - 2 7 ° C . F . 1 0 0 . 5 % C : 1 R . H u m — P o l y p r o p y l e n e 1 . 0 % C A : 2 . 3 7 3 3 - 5 8 % F i b e r 1 8 . 7 5 : N / A F A : 2 . 3 7 T e r n — N / A F i g 1 8 - 2 7 ° C . F . 9 , F I G F i g . P o l y p r o p y l e n e 0 . 1 % 2 4 F . l 1 F i b e r 1 8 . 7 5 : N / A 0 . 5 % N F & G h o u r s , N / A F . 1 2 1 . 0 % r o o m F . 1 3 t e m p . 2 5 1 F . 1 . S t e e l F i b e r T a b l e F . 2 . F a t i g u e t e s t r e s u l t s o n S t e e l fi b e r F l e x u r a l f a t i g u e s t r e s s N u m b e r o f P e r c e n t . ( p s i ) * c y c l e s t o o f s t a t i c M I X S a m p l e , _ , . fl e x u r a l d e s i g n i ' n u m b e r M i n i m u m M a x 1 m u m f a i l u r e s t r e n g t h : 0 B ] 1 8 0 6 4 0 2 , 0 0 0 , 0 0 0 § 8 1 . 5 O B I 2 8 0 7 1 9 2 , 0 0 0 , 0 0 0 9 1 . 6 G B ] 3 8 2 7 7 9 2 , 0 0 0 , 0 0 0 9 9 . 2 O B Z 1 8 5 6 8 0 2 , 0 0 0 , 0 0 0 7 9 . 5 O B Z 2 8 2 7 7 9 2 , 0 0 0 , 0 0 0 9 1 . 1 0 B 2 3 8 3 7 9 0 2 , 0 0 0 , 0 0 0 9 2 . 4 0 8 3 1 8 3 6 6 9 2 , 0 0 0 , 0 0 0 7 8 . 7 0 3 3 2 7 9 7 1 1 2 , 0 0 0 , 0 0 0 8 3 . 7 0 B 3 3 8 5 8 5 0 2 , 0 0 0 , 0 0 0 1 0 0 . 0 0 B 4 1 9 4 8 4 6 2 , 0 0 0 , 0 0 0 9 2 . 0 0 B 4 2 9 2 1 0 0 9 2 , 0 0 0 , 0 0 0 1 0 9 . 7 0 B 4 3 8 9 1 0 7 3 2 , 0 0 0 , 0 0 0 1 1 6 . 6 P L 1 7 1 3 5 6 2 , 0 0 0 , 0 0 0 4 9 . 4 P L 2 7 1 3 5 7 2 , 0 0 0 , 0 0 0 4 9 . 6 P L 3 7 1 3 9 3 2 , 0 0 0 , 0 0 0 5 4 . 6 P L 4 7 1 3 9 3 3 5 , 7 0 0 5 5 . 3 P L 5 7 4 4 0 6 1 3 , 4 0 0 5 6 . 4 P L 6 6 9 4 1 4 5 5 , 3 0 0 5 7 . 5 P L 7 7 3 6 7 9 8 0 0 9 3 . 6 P L 8 7 3 6 5 5 1 , 0 0 0 9 0 . 3 P L 9 7 3 5 7 7 1 2 6 , 4 0 0 7 9 . 5 * 1 p s i = 6 . 8 9 5 k P a ' l ' P L = P l a i n C o n c r e t e O B ] = 6 0 m m l o n g fi b e r s a t 4 0 k g m 3 ( 6 6 l b / y d 3 ) 0 B 2 = 6 0 m m l o n g fi b e r s a t 6 0 k g / m 3 ( 1 0 0 l b / y d 3 ) 0 B 3 = 5 0 m m l o n g fi b e r s a t 4 0 k g / m 3 ( 6 6 l b / y d 3 ) 0 3 4 = 5 0 m m l o n g fi b e r s a t 6 0 k g / m 3 ( 1 0 0 l b / y d 3 ) I c u m / f , * 1 0 0 i T h e n u m b e r 2 , 0 0 0 , 0 0 0 i n d i c a t e s t h a t t h e s p e c i m e n s d i d n o t f a i l u p t o 2 , 0 0 0 , 0 0 0 c y c l e s . 2 5 2 , s s e r t s l a r u x e fl m u m i x a M 1 . 5 ( 1 0 . 3 M P a ) \ g : 2 “ ~ - 3 1 2 - . 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F a t i g u e T e s t R e s u l t s ( P o l y p r o p y l e n e ) S a m p l e F l e x u r a l f a t i g u e s t r e s s N u m b e r % s t a t i c M i x b e a m o f c y c l e s fl e x u r a l C o m - d e s i g n a t i o n ' l ' n u m b e r M i n i m u m M a x i m u m t o f a i l u r e s t r e n g t h m e n t s I F R I 9 7 8 3 1 3 2 , 0 0 0 , 0 0 0 4 0 . 4 a F R I 9 7 8 3 5 2 2 , 0 0 0 , 0 0 0 4 5 . 4 b F R 1 9 7 8 4 3 0 2 , 0 0 0 , 0 0 0 5 5 . 5 c F R I 9 7 8 4 6 9 2 , 0 0 0 , 0 0 0 6 0 . 5 d F R I 9 7 8 5 4 7 2 , 0 0 0 , 0 0 0 7 0 . 6 e F R I 8 7 6 3 8 2 1 1 8 , 6 0 0 4 9 . 3 F R I 7 8 3 4 5 4 6 1 0 , 4 0 0 5 8 . 6 F R 2 8 8 0 4 0 2 2 , 0 0 0 , 0 0 0 5 2 . 2 a F R 2 8 8 0 4 4 2 2 , 0 0 0 , 0 0 0 5 7 . 4 b F R 2 8 8 0 4 8 3 2 , 0 0 0 , 0 0 0 6 2 . 7 c F R 2 8 8 0 5 2 3 2 , 0 0 0 , 0 0 0 6 7 . 9 d F R 2 8 8 0 6 0 3 1 , 5 6 2 , 8 0 0 7 8 . 3 d F R 2 7 7 6 4 1 7 2 1 2 , 7 0 0 5 4 . 2 F R 2 9 7 8 4 6 9 1 9 2 , 6 0 0 6 0 . 9 F R 3 4 7 3 4 0 2 2 , 0 0 0 , 0 0 0 6 0 . 9 a F R 3 4 7 3 4 3 8 2 , 0 0 0 , 0 0 0 6 6 . 4 b F R 3 4 7 3 5 1 1 1 7 , 3 0 0 7 7 . 4 F R 3 9 7 1 4 2 3 2 , 0 0 0 , 0 0 0 6 4 . 1 a F R 3 9 7 1 4 5 8 2 , 0 0 0 , 0 0 0 6 9 . 4 b F R 3 9 7 1 5 2 9 2 7 , 5 0 0 8 0 . 2 F R 3 8 7 2 4 6 6 3 0 0 7 0 . 6 F 1 6 7 2 5 7 8 2 8 , 8 0 0 8 0 . 3 F 1 7 7 2 4 9 3 1 8 7 , 2 0 0 6 8 . 5 F 1 5 7 2 4 3 1 2 9 , 5 0 0 6 0 . 0 F 2 5 7 3 4 5 3 3 8 , 8 0 0 6 2 . 1 F 2 4 7 3 3 9 5 5 1 , 9 0 0 5 4 . 0 F 2 8 7 3 3 8 5 2 , 0 0 0 , 0 0 0 5 2 . 8 F 3 6 7 2 5 4 3 1 2 3 , 0 0 0 7 5 . 9 F 3 4 7 4 4 4 5 4 7 5 , 0 0 7 5 9 . 7 F 3 7 7 5 4 3 6 2 , 0 0 0 , 0 0 0 5 8 . 5 P L 4 7 3 6 7 9 8 0 0 9 3 . 6 P L 1 0 7 3 6 5 5 1 , 0 0 0 9 0 . 3 P L 1 2 7 3 5 7 7 1 2 6 , 4 0 0 7 9 . 5 P L 7 7 1 3 5 6 2 , 0 0 0 , 0 0 0 7 9 . 4 P L 1 2 7 1 3 5 7 2 , 0 0 0 , 0 0 0 4 9 . 6 P L 9 7 1 3 9 3 2 , 0 0 0 , 0 0 0 5 4 . 6 P L 1 0 7 1 3 9 3 3 5 , 7 0 0 5 5 . 3 P L 1 1 7 4 4 0 6 1 3 , 4 0 0 5 6 . 4 P L 8 6 9 4 1 4 5 5 , 3 0 0 5 7 . 5 2 5 5 T a b l e F . 3 . C o n t i n u e d * 1 p s i = 6 . 8 9 5 k P a ‘ 1 ' P L = P l a i n C o n c r e t e , F 1 a n d F R ] = 0 . 1 % fi b e r s , F 2 a n d F R 2 = 0 . 2 % fi b e r s , F 3 a n d F R 3 = 0 . 3 % fi b e r s I a — T h i s s p e c i m e n w a s t e s t e d a t h i g h e r s t r e s s w h e n i t d i d n o t f a i l a t 2 " ‘ 1 0 6 c y c l e s . b — T h i s s p e c i m e n w a s t e s t e d f o r a s e c o n d t i m e w i t h h i g h e r s t r e s s . c — T h i s s p e c i m e n w a s t e s t e d f o r a t h i r d t i m e w i t h h i g h e r s t r e s s . d — T h i s s p e c i m e n w a s t e s t e d f o r a f o u r t h t i m e w i t h h i g h e r s t r e s s . 6 - T h i s s p e c i m e n w a s t e s t e d f o r a fi f t h t i m e w i t h h i g h e r s t r e s s . T a b l e F . 4 . C o m p r e h e n s i v e a n d F l e x u r a l S t r e n g t h R e s u l t s ( a ) C o m p r e s s i v e s t r e n g t h C y l i n d e r F i b e r v o l u m e ( % ) S a m p l e / I ( k P a ) A v e r a g e f c ( k P a ) A - 1 0 . 0 2 8 5 5 0 A - 2 0 . 0 2 4 9 0 0 2 7 8 0 0 A - 3 0 . 0 2 6 8 8 0 B - l 0 . 1 2 2 9 3 0 B - 2 0 . 1 1 9 2 8 0 2 2 8 3 0 B - 3 0 . 1 2 6 2 4 5 C - I 0 . 5 1 7 0 7 0 C - 2 0 . 5 2 0 5 2 0 1 9 0 3 0 C - 3 0 . 5 1 9 5 2 0 ( b ) F l e x u r a l s t r e n g t h B e a m F i b e r v o l u m e ( % ) S a m p l e f ' c ( k P a ) A v e r a g e f c ( k P a ) A - l 0 . 0 3 4 1 0 A - 2 0 . 0 3 5 5 0 3 2 8 0 A - 3 0 . 0 2 8 3 0 B - I 0 . 1 2 9 7 0 B - 2 0 . 1 2 8 3 0 3 0 3 0 B - 3 0 . 1 3 3 4 0 O ] 0 . 5 3 0 7 0 C - 2 0 . 5 2 6 6 0 2 7 2 0 O 3 0 . 5 2 4 8 0 2 5 6 1 0 0 0 - ‘ “ * — 9 0 0 ~ 8 0 0 l “ 7 0 0 " 1 6 0 0 ~ ~ 5 0 0 r 4 0 0 . . 3 0 0 2 0 0 F 1 0 0 ' F l e x u r a l s t r e n g t h ( p s i ) o 0 . 0 5 7 0 . 2 0 P o l y p r o p y l e n e fi b e r v o l u m e f r a c t i o n ( % ) F i g u r e F . 6 . F l e x u r a l S t r e n g t h R e s u l t s F . 3 . T e s t M e t h o d s T e s t M e t h o d s f o r f o l l o w i n g r e s u l t s i s T h i r d P o i n t L o a d i n g T e s t . T h e t e s t b e a m s h a d a s p a n o f 1 8 i n . a n d w e r e s u b j e c t e d t o a n o n r e v e r s e d fl u c t u a t i n g l o a d . T h e f r e q u e n c y o f l o a d i n g w a s 2 0 c y c l e s / s e c ( H z ) f o r a l l t e s t s . 2 5 7 1 5 0 0 1 : ) P L A I N T Y P E A - T Y P E B 1 2 0 0 ‘ a T Y P E C D T Y P E D a 9 0 0 - 7 6 0 0 - / g / g : - — — - — — — : — _ _ - — = — Z = Z " - = - Z a Z 5 Z ' = ‘ Z 2 Z i Z 3 0 0 4 2 ” Z : - Z 2 / / ” i Z a / = 7 / = y . E / - - / . . . . / E - 9 E Z . 0 E Z 3 Z C O N T R O L 0 . 5 % 1 . 0 % P E R C E N T A G E O F F I B E R F i g u r e F . 7 . F a t i g u e S t r e n g t h T a b l e F . 5 . M i x Q u a n t i t i e s a n d D e s i g n a t i o n s M I X # F I B E R C O A R S E F I N E A G - C E - W / C S P D A E A C O N - A G G R E G A T E G R E G A T E M E N T R A T I O T E N T ( % ) ( l b s ) ( l b s ) ( l b s ) ( c c ) ( c c ) N P 4 - - - - 1 8 7 . 8 1 8 7 . 8 7 9 . 2 0 . 4 0 1 8 0 2 5 N F ] 0 . 1 1 8 7 . 0 1 8 7 . 8 7 9 . 2 0 . 4 0 2 4 0 2 5 N F 7 0 . 1 1 8 7 . 8 1 8 7 . 8 7 9 . 2 0 . 4 0 2 4 0 2 5 N F 3 0 . 5 1 8 7 . 8 1 8 7 . 8 7 9 . 2 0 . 4 0 3 3 0 3 5 N F S 0 . 5 1 8 7 . 8 1 8 7 . 8 7 9 . 2 0 . 4 0 3 3 0 2 5 N F 2 1 . 0 1 8 7 . 8 1 8 7 . 8 7 9 . 2 0 . 4 0 3 8 0 2 5 N F 6 1 . 0 1 8 7 . 8 1 8 7 . 8 7 9 . 2 0 . 4 0 5 5 0 3 0 G 1 - - - - 2 1 5 . 8 1 6 9 . 8 6 5 . 0 0 . 5 0 7 8 1 8 G 2 0 . 1 2 1 5 . 8 1 6 9 . 8 6 5 . 0 0 . 5 0 7 8 1 8 G 3 B 1 . 0 1 8 1 . 8 1 4 2 . 5 8 6 . 9 0 . 5 0 2 0 8 2 3 G 4 0 . 5 1 8 1 . 8 1 4 2 . 5 8 6 . 9 0 . 4 2 1 3 6 2 2 G 5 - - - - 1 8 1 . 8 1 4 2 . 5 8 6 . 9 0 . 4 2 1 2 3 2 2 S P D = S u p e r p l a s t i c i z e r D o s a g e A E A = A i r E n t r a i n i n g A g e n t D o s a g e 2 5 8 T a b l e F . 6 . F i b e r Q u a n t i t i e s a n d D e s i g n F i b e r T y p e A B C P l a i n F i b e r C o n t e n t ( % ) 0 . 5 1 . 0 0 . 5 1 . 0 0 . 5 1 . 0 0 . 5 1 . 0 c o n “ r m ( i n p s i ) 7 4 9 1 2 4 2 5 5 9 5 9 4 5 4 9 6 7 6 4 7 8 5 0 8 5 0 8 E L . 9 5 1 5 8 7 1 7 6 7 1 8 6 6 1 6 5 6 5 1 3 L 2 7 6 8 5 6 7 5 9 7 o 5 5 7 o 6 5 6 5 f f m a x = fl e x u r a l s t r e n g t h . E L I = E n d u r a n c e l i m i t e x p r e s s e d a s a p e r c e n t a g e o f m o d u l u s o f r u p t u r e o f p l a i n c o n c r e t e . E L z = E n d u r a n c e l i m i t e x p r e s s e d a s a p e r c e n t a g e o f i t s m o d u l u s o f r u p t u r e . 2 5 9 T a b l e F . 7 . F a t i g u e T e s t r e s u l t s S P . # A G E M A X . M I N . S T R E S S r m / f , C Y C L E S S T R E S S S T R E S S R A N G E T O r m , F A I L U R E ( D A Y S ) ( p s i ) ( p s i ) ( p s i ) N F 4 - 7 3 6 4 5 0 8 2 3 6 8 0 . 5 7 5 5 6 0 N F 4 - 8 3 4 3 8 3 7 7 3 0 6 0 . 4 0 2 6 1 8 7 0 0 + N F 4 - 9 3 3 5 8 2 8 3 4 9 9 0 . 7 4 5 0 0 N F 4 - I O 3 3 4 8 3 8 1 4 0 2 0 . 6 2 A 1 8 6 0 N F 4 - 1 1 3 3 4 7 7 8 0 3 9 7 0 . 6 0 7 5 9 9 0 N F 4 - 1 2 3 3 4 0 9 8 2 2 2 7 0 . 8 2 1 9 5 1 3 3 0 N F 1 - 4 5 3 3 8 6 6 4 3 3 2 0 . 5 8 2 1 9 0 7 8 0 + N F I - S 5 4 5 2 1 6 5 4 5 6 0 . 7 9 9 9 3 3 3 0 N F 1 - 6 5 5 4 6 7 6 7 4 0 0 0 . 7 1 1 0 4 3 8 0 N F l - 7 5 5 4 8 3 6 9 4 1 6 0 . 7 3 2 6 0 7 3 4 0 + N F 1 - 8 5 6 3 1 3 6 8 4 4 5 0 . 7 8 3 5 8 0 9 0 0 + N F 1 - 9 3 0 3 3 0 6 6 3 6 4 0 . 6 0 2 0 0 0 1 5 0 + N F l - I O 3 0 4 0 9 6 8 3 4 1 0 . 6 2 5 8 5 6 0 N F l - I I 3 0 4 8 1 6 9 4 1 2 0 . 7 3 1 0 6 0 N F 1 - 1 2 3 0 5 2 1 6 5 4 5 6 0 . 7 9 4 2 8 0 N F 7 - 1 1 1 9 7 4 9 8 8 6 6 1 0 . 8 4 2 3 3 0 0 N F 7 - 2 1 1 8 7 5 8 8 4 6 7 4 0 . 8 5 1 1 0 4 6 0 0 ' N F 7 - 3 1 1 9 7 8 7 8 7 7 0 0 0 . 8 6 2 9 6 0 0 0 N F 7 - 4 1 1 7 7 4 9 8 8 6 6 1 0 . 8 4 2 0 3 2 2 9 0 + N F 7 - 6 1 1 9 7 3 0 8 6 6 4 4 0 . 8 2 3 8 5 0 0 N F 7 - 7 1 1 8 6 5 9 8 8 5 7 1 0 . 7 4 2 0 0 0 0 0 0 + N F 7 - 8 1 1 8 7 8 6 8 7 6 9 9 0 . 8 8 6 3 3 1 0 0 N F 7 - 9 1 1 9 6 4 8 8 6 5 6 2 0 . 7 2 2 0 0 0 0 0 0 + N F 7 - 1 0 1 1 8 8 2 8 8 7 7 4 1 0 . 9 3 1 9 2 0 0 N F 7 - 1 1 1 1 8 8 2 3 8 7 7 3 6 0 . 9 2 1 7 0 0 N F 3 - 4 6 0 5 8 0 8 3 4 9 7 0 . 6 9 1 0 5 0 0 1 0 N F 3 - 5 5 9 5 1 2 8 2 4 5 0 0 . 6 3 3 3 9 0 6 1 0 + N F 3 - 6 5 9 6 1 4 8 8 5 2 6 0 . 7 3 1 2 1 9 0 0 N F 3 - 7 3 2 4 0 2 8 4 3 7 8 0 . 5 5 2 8 1 0 0 3 0 + N F 3 - 8 3 2 4 0 5 8 1 3 2 4 0 . 4 8 2 2 4 1 1 0 0 + N F 3 - 9 3 3 5 0 0 8 3 4 1 7 0 . 5 9 1 6 5 1 0 N F 3 - 1 0 3 2 5 1 4 8 6 4 2 8 0 . 6 1 8 5 2 0 - N F 3 - 1 1 3 1 5 6 7 8 1 4 8 6 0 . 6 7 9 9 4 0 2 6 0 T a b l e F . 7 . C o n t i n u e d S P . # A G E M A X . M I N . S T R E S S r m / f , C Y C L E S S T R E S S S T R E S S R A N G E T o f n L a x F A I L U R E ( D A Y S ) ( p s i ) ( p s i ) ( p s i ) N F 2 - 4 3 2 6 2 9 7 6 4 5 3 0 . 7 0 7 8 3 0 N F 2 - 5 3 0 3 7 5 7 5 3 0 0 0 . 5 0 2 3 0 8 1 0 0 + N F 2 - 8 5 7 5 2 1 7 4 4 4 7 0 . 6 9 2 0 0 1 7 1 0 + N F 2 - 9 5 8 5 8 0 7 7 5 0 3 0 . 7 7 3 7 2 8 9 0 N F 2 - 1 0 5 8 5 5 9 7 5 4 8 4 0 . 7 4 2 0 3 2 9 4 0 + , . N F 2 - 1 1 5 9 5 9 0 7 4 5 1 6 0 . 7 0 1 1 6 3 6 0 T . N F 2 - 1 2 5 9 5 8 1 7 4 4 7 9 0 . 7 3 8 8 7 2 1 0 N F 6 - 5 8 4 5 8 3 6 5 5 1 8 0 . 8 3 4 5 9 2 6 0 1 N F 6 - 6 8 2 5 6 8 7 0 4 8 8 0 . 8 0 2 3 8 2 6 4 0 + L N F 6 - 7 8 5 5 4 0 6 9 4 7 9 0 . 7 8 2 0 2 4 7 3 0 + N F 6 - 8 8 4 6 6 2 6 6 5 9 6 0 . 9 5 4 6 5 5 0 N F 6 - 9 8 4 6 1 2 7 0 5 4 2 0 . 8 7 1 1 9 8 0 N F 6 - 1 0 8 7 6 0 4 7 1 5 3 3 0 . 8 6 2 0 7 6 3 4 0 + N F 6 - I 1 8 6 5 6 0 6 6 4 9 4 0 . 8 0 2 0 0 6 9 0 0 + N F 6 - 1 2 8 4 5 5 0 7 0 4 8 8 0 . 8 0 3 7 0 2 4 0 N F 6 - 1 3 8 8 5 7 2 6 8 5 1 0 0 . 8 3 2 0 0 0 0 0 0 + G I - 2 9 0 4 8 6 8 1 4 0 7 0 . 6 0 2 0 2 9 5 5 0 + G 1 - 3 8 9 5 6 0 8 0 4 8 0 0 . 7 0 1 2 7 9 6 1 0 G 1 - 4 8 8 6 5 3 8 2 . 5 7 1 0 . 8 2 3 1 6 3 2 0 G 1 - 5 8 8 7 0 9 7 9 6 3 0 0 . 8 9 2 0 2 0 G 1 - 6 9 1 5 4 5 8 4 6 4 1 0 . 6 9 2 0 0 9 7 6 0 + G l - I O 1 3 4 4 9 8 7 7 4 3 0 0 . 6 6 2 0 1 3 0 0 0 + G 1 - 1 1 1 3 6 4 6 2 7 7 3 9 4 0 . 6 2 2 0 1 1 9 7 0 + + = N o f a i l u r e f r = A v e r a g e m o d u l u s o f r u p t u r e o f t h r e e t o f o u r s p e c i m e n s t e s t e d a t 2 8 d a y s . 2 6 1 ) i s p ( x a m f 8 0 0 f m a x — m a x i m u m f a t i g u e s t r e n g t h 6 0 0 4 0 0 2 0 0 O G S E R I E S N F S E R I E S 0 . 5 % 1 . 0 % C O N T R O L 0 . 1 % P E R C E N T A G E O F F I B E R F i g u r e F . 8 . F a t i g u e s t r e n g t h B a r C h a r t 2 6 2 A P P E N D I X G I M P A C T E X P E R I M E N T S ” " 2 2 3 4 2 6 3 e t e r c n r e t o s c n i a l P r e v O e s a e r c n I f o % P e y l o 2 r e t r s P e e t y s l e o y P l o P r e t s e y l o P ] e n e r p o P y p y l l o 1 2 0 I m p a c t F i r s t C r a c k E n e r g y 1 0 0 ~ 8 0 ~ 6 0 ~ 4 0 4 2 0 - o l y e s t e r N y l o n _ . 5 : 7 1 P o l y p r o p y l e n e N y l o n _ P o l y p r o p y l e n e 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 5 0 . 0 8 0 . 1 0 . 2 F i b e r V o l u m e F r a c t i o n ( % ) ( T I P o l y p r o p y l e n e I N y l o n E l P o l y e s t e r 1 3 P o l y e s t e r 2 l F i g u r e G . 1 . S u m m a r y o f t h e I m p a c t R e s u l t s f o r D i f f e r e n t F i b e r T y p e s 2 6 4 T a b l e 6 . 1 . T e s t M e t h o d ( 1 ) D r o p W e i g h t T e s t ( F i g u r e 0 . 2 ) F i b e r G e - F i b e r . . R e V o l M i x S p e c i m e n f ; F i b e r T y p e o m e t r y ' C : S : C A : D i m e n s i o n s R e s u l t s # L : F r a c - W ( F i g 1 ) D ( m m ) t i o n 1 S t e e l F i b e r 2 5 : 0 . 4 0 . 0 5 % 1 : 2 : 0 : 0 . 5 0 D - F i g s 5 0 : 0 . 4 0 . 1 % 1 5 0 m m G . 3 , G . 4 0 . 5 % T - 6 4 m m 1 . 0 % 2 N y l o n F i b e r 1 9 : 0 . 4 0 . 0 5 % 1 : 2 : 0 : 0 . 5 0 D - F i g s 0 . 1 % 1 5 0 m m G . 5 . G . 6 0 . 5 % T - 6 4 m m 1 . 0 % 3 P o l y p r o p y l e n e 1 9 : 0 . 4 0 . 0 5 % 1 : 2 : 0 : 0 . 5 0 D - F i g s F i b e r 0 . 1 % 1 5 0 m m G . 7 - 0 . 5 % T - 6 4 m m G . 1 0 1 . 0 % T a b l e G 3 4 P o l y e s t e r F i - 1 9 : 0 . 4 0 . 0 5 % 1 : 2 : 0 : 0 . 5 0 D - F i g s b e r 0 . 1 % 1 5 0 m m G . 7 , G . 8 0 . 5 % T - 6 4 m m 1 . 0 % 2 6 5 G . l . T e s t M e t h o d I ( D r o p W e i g h t T e s t ) C a r r y i n g h a n d l e 3 3 / 1 6 i n . 4 P l a t e s F i g u r e H P l a n V i e w o f t e s t e q u i p m e n t f o r m e a s u r i n g i m p a c t s t r e n g t h . S e c t i o n A - A i s s h o w n i n 9 - 9 [ 9 . 1 4 ] ( 1 i n . = 2 5 . 4 m m ) . 2 . 5 i n . d i e . h a r d e n e d s t e e l b a l l N o t e : f r e e fi t b e t w e e n b a l l a n d p i p e 2 . 5 i n . d i e . s t e e l p i p e 2 X 0 . 2 5 i n . s t e e l b a r T + 1 . 5 1 n . 1 . 2 5 i n . 2 X 3 . 3 7 5 X 0 . 2 5 i n . b a r s w a m “ 1 : . “ " 5 3 2 . l 2 x 2 x 0 . 5 i n . b a r l _ - : - . 2 . 5 i n . . ‘ A ‘ J ' u x . . 3 : - 6 u p d r a . . 2 1 ) . : “ “ - ' - ' . - . ' : w " ' l i n . 0 . 2 5 i n . 0 . 1 8 7 5 i n . S i n . 1 2 i n . d i e . _ I i ' 1 F i g u r e G . 2 . I n s t r u m e n t e d D r o p W e i g h t S y s t e m 2 6 6 G . 2 . S t e e l F i b e r s 6 0 0 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 0 0 1 0 0 N u m b e r o f b l o w s t o fi r s t c r a c k a n d t o f a i l u r e P L A B C D E F M i x d e s i g n a t i o n A - 8 0 1 b / y d 3 h o o k e d fi b e r s ( 4 8 k g / m 3 ) B - 1 0 5 I b / y d 3 h o o k e d fi b e r s ( 6 3 k g / m 3 ) C - 1 4 0 I b / y c I 3 s t r a i g h t fi b e r s ( 8 4 k g / m 3 ) D - 8 0 l b / y d 3 h o o k e d fi b e r s w i t h p o z z o l a n ( 4 8 k g / m 3 ) E - 1 0 5 l b / y d 3 h o o k e d fi b e r s w i t h p o z z o l a n ( 6 3 k g / m 3 ) F - 1 4 0 I b / y d 3 s t r a i g h t fi b e r s w i t h p o z z o l a n ( 8 4 k g / m 3 ) P L - P l a i n m i x , u s i n g b a s i c m i x n o n p o z z o l a n F i g u r e 0 . 3 . C o m p a r i s o n o f i m p a c t r e s i s t a n c e o f p l a i n a n d s t e e l f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e 2 6 7 e r u l i a l k D D C C C n D D I L C C f o t d n a k c a r c t s r fi o t s w o l b f o r e b m u N . 0 % ? o . 0 % i o . 0 % f o . 0 % I o . 0 % ’ t . 0 h V o . 0 o 9 o fl V o . fi T 1 2 6 8 D i f f e r e n t v o l u m e f r a c t i o n F i g u r e G . 4 . C o m p a r i s o n o f i m p a c t r e s i s t a n c e o f p l a i n a n d s t e e l fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e P L — P l a i n m i x , u s i n g b a s i c m i x p r o p o r t i o n s L B 4 2 - 4 2 I b / y d 3 h o o k e d fi b e r s w i t h L i b b y D a m c o a r s e a g g r e g a t e ( 2 4 . 9 k g / m 3 ) ‘ 1 3 5 3 — 5 3 1 b / y d 3 M i x d e s i g n a t i o n B 6 6 - 6 6 I b / y d 3 h o o k e d fi b e r s ( 3 9 . 2 k g / m 3 ) h o o k e d fi b e r s ( 3 1 . 4 k g / m 1 3 4 2 - 4 2 I b / y d 3 h o o k e d fi b e r s ( 2 4 . 9 k g / m 3 ? ) P L L B 4 2 B 4 2 B 5 3 B 6 6 D J < 3 C D 1 4 0 0 - 2 0 0 r 1 0 0 - \ ) C D C D e r u l i a f o t s w o l b f o r e b m u N ‘ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ . \ \ \ \ R G . 3 . N y l o n F i b e r s _ 1 . 5 0 2 0 _ ( 1 1 b / y d ‘ = 0 . 5 k g / m 3 ) 3 1 3 b l o w s : 6 fi b e r c o n t e n t , l b / y d ‘ E 1 5 4 : l . . . . 9 I n E S - — e c I m e n 5 ; 1 0 ‘ n i i m b e r 2 3 1 . 1 0 . . o 2 . D E D Z 5 ~ N y l o n 6 N y l o n 6 N y l o n 6 F i b e r t y p e A C o n t r o l F i g u r e G . 5 . C o m p a r i s o n o f f i r s t c r a c k s t r e n g t h f o r c o n c r e t e r e i n f o r c e d w i t h t h r e e d i fl e r e n t v o l u m e f r a c t i o n ( 1 I b / y d 3 = 0 . 5 k g / r n 3 ) I 5 0 4 0 - F i b e r c o n t e n t , l b / y d 3 3 0 - 0 . 7 5 2 0 fl S p e c i m e n n u m b e r . 0 0 > 7 Z / Z Z Z 2 Z Z 1 % C o n t r o l N y l o n 6 N y l o n 6 N y l o n 6 F i b e r t y p e F i g u r e G . 6 . C o m p a r i s o n o f f a i l u r e s t r e n g t h f o r c o n c r e t e r e i n f o r c e d w i t h t h r e e d i fl e r e n t v o l u m e f r a c t i o n s 2 6 9 k c a r c t s r fi o t s w o l b f o r e b m u N W W W “ \ \ G . 4 . S y n t h e t i c F i b e r s 2 0 - \ . _ . - L . C o n t r o l N y l o n 6 P o l y p r o p y l e n e P o l y e s t e r N y l o n 6 _ ( E q u a l p r o p o r t i o n o f 3 A i n . , fi b e r t y p e 1 i n . , a n d 1 ‘ / z i n . l o n g fi b e r s ) F i g u r e G . 7 . C o m p a r i s o n o f f i r s t c r a c k s t r e n g t h f o r c o n c r e t e r e i n f o r c e d w i t h b y v a r i o u s p o l y m e r i c fi b e r s v o l u m e f r a c t i o n 4 0 - 3 0 " 2 0 - S p e c i m e n n u m b e r : N u m b e r o f b l o w s t o f a i l u r e C o n t r o l N y l o n 6 P o l y p r o p y l e n e P o l y e s t e r N y l o n 6 . ( E q u a l p r o p o r t i o n o f 3 / 4 i n . , 1 F i b e r t y p e i n . , a n d I ' / z i n . l o n g fi b e r s ) F i g u r e G . 8 . C o m p a r i s o n o f f a i l u r e s t r e n g t h f o r c o n c r e t e r e i n f o r c e d w i t h b y v a r i o u s p o l y m e r i c fi b e r s v o l u m e f r a c t i o n 2 7 0 2 0 a I 3 1 b l o w s . 2 0 $ 3 3 1 5 . i f . { a 8 m S p e c i m e n : 3 1 0 n u m b e r : 5 . 0 9 — 1 2 O 5 1 3 . o 5 - E : s , Z : 0 - ‘ " ‘ % C o n t r o l N y l o n 6 P o l y p r o p y l e n e F i b e r t y p e F i g u r e G . 9 . C o m p a r i s o n o f fi r s t c r a c k s t r e n g t h f o r c o n c r e t e r e i n f o r c e d b y N y l o n 6 a n d P o l y p r o p y l e n e f i b e r s 4 0 - l 5 0 b l o w s 3 0 ‘ 2 0 . S p e c i m e n n u m b e r : N u m b e r o f b l o w s t o f a i l u r e P 3 / ? 1 0 - . g Z Z Z Z 0 4 Z 2 C o n t r o l N y l o n 6 P o l y p r o p y l e n e F i b e r t y p e F i g u r e 0 . 1 0 . C o m p a r i s o n o f f a i l u r e s t r e n g t h f o r c o n c r e t e r e i n f o r c e d b y N y l o n 6 a n d P o l y p r o p y l e n e f i b e r s 2 7 1 S W O L B F O R E B M U N G . 5 . P o l y p r o p y l e n e F i b e r T a b l e G . 2 . I m p a c t r e s i s t a n c e a n d r e l a t i v e f r a c t u r e s t r e n g t h B o u n d a r y F i b e r v o l u m e B l o w s t o 1 ‘ " B l o w s t o R e l a t i v e c o n d i t i o n ( % ) c r a c k f a i l u r e s t r e n g t h E l e v a t e d 0 . 0 1 2 1 . 0 0 . 1 1 7 3 . 5 0 . 5 3 1 2 6 . 0 O n - g r a d e 0 . 0 1 6 3 . 0 0 . 1 3 6 3 . 0 0 . 5 6 2 0 + 1 0 . 0 + 0 . 0 % 0 . 1 % 0 . 5 % 0 . 0 % 0 . 1 % 0 . 5 % E L E V A T E D O N - G R A D E F i g u r e G . 1 1 . I m p a c t r e s i s t a n c e ( P o l y p r o p y l e n e fi b e r ) F i r s t c r a c k a n d F a i l u r e 2 7 2 d - e y r b t d n e e t e c p u o d A t n o c d e r t 3 e m n y / g g t e o l o d a m h k g e s e c a 0 r g h 2 y 3 t o g h o a fl i t f w t e 1 e o s d r e % x a c o u 0 i C 2 M d M e h t n o d e s a B d e v i A M r V r a s r e e z x i i c r i g n i r u o P 5 3 M . e t s p u u s a l o S P 0 i r a V r s 7 1 7 5 n 2 4 1 6 8 7 2 2 o o f i s t n r o o . . . . 0 0 0 0 2 7 1 . 0 + i t r o p p e o t r a 6 8 7 2 5 8 P g 4 8 2 0 6 1 e s e 7 6 5 3 2 6 ) o 8 r x r r i a g 3 P M o g C a n o r x i M c . . . . . . . 2 2 2 2 2 2 7 7 7 1 3 4 9 9 9 e 9 9 9 . R G e . . . n 1 1 1 3 . 2 ( e i l F s b r a e T b i F r e t s e y l o P . 6 . G 2 7 3 R a t i o C e m e n t a g g r e g a t e F l y A s h F i b r e R e m a r k s M e t h o d o f C o m p a c t i o n 0 . 5 1 F i n a l t r i a l w i t h a s l u m p o f 6 0 m m C o m p a c t i o n 0 . 5 1 1 . 9 9 7 0 . 1 3 9 C o a r s e a g g r e g a t e r e d u c e d b y 5 % o f fl y a s h C o m p a c t i o n 0 . 5 1 1 . 9 9 7 C o a r s e a g g r e g a t e r e d u c e d b y 1 0 % o f fl y a s h C o m p a c t i o n 0 . 5 1 C o a r s e a g g r e g a t e r e d u c e d b y 1 5 % o f fl y a s h C o m p a c t i o n 0 . 5 1 0 . 5 5 7 C o m p a c t i o n 0 . 5 1 2 . 3 4 1 3 . 2 8 5 C o m p a c t i o n 0 . 5 1 2 . 3 4 1 2 . 7 7 5 0 . 4 8 9 + 0 . 1 7 2 M i x 4 w i t h c e m e n t c o n t e n t r e - d u c e d t o 3 2 0 k g / r h 3 C o m p a c t i o n 0 . 5 1 0 . 6 5 2 + 0 . 1 7 2 0 . 3 5 0 . 1 0 M i x 7 w i t h s u p e r p l a s t i c i z e r - 0 . 3 5 , v i s c o s i t y , M , a g e n t — 0 . 1 % w e i g h t o f p o w d e r , ( C o h e s i v e & u n i f o r m m i x ) . P o u r i n g 0 . 5 1 2 . 3 4 1 2 . 6 1 2 0 . 1 0 0 . 1 5 M i x 7 w i t h s u p e r p l a s t i c i z e r - 0 . 3 5 , v i s c o s i t y , M , a g e n t - 0 . 1 % w e i g h t o f p o w d e r , fi b r e - 0 . 1 5 % o f c e m e n t ( C o h e s i v e & u n i f o r m m i x ) . f o n o l d t o c h a t p g n i r u o e P m M o C m % % r - 1 0 o . 2 f r . 0 . 1 e z - 0 n i - t u c n e i e r & t s g b s a fi a e k . l w r p , , s a r M r e m , e h e e p d y o R C u t w s i o s ( h o p t c f t i s o n w e i v t m h 7 , e . x c 5 ) g 3 x i i . i e f M 0 w o m e r b i F 0 2 . 0 A 0 1 M . d e u n i t V n o C . 3 . G r e z i c r i e t 0 5 3 . e 0 l a s p b a T u l S P s n 2 2 7 5 1 o y . ' h 6 l 0 s i 0 F A + t r o p e o t r a 2 P e g 1 s e 6 X r r . I a g 2 o g M C a - g e 1 a t 4 a 3 e g . n e 2 i r F g t n e 0 . m 1 e C o c i t / a W R 1 5 . 0 2 7 4 M i x 7 w i t h s u p e r p l a s t i c i z e r - 0 6 5 2 0 . 3 5 , v i s c o s i t y , M , a g e n t - 0 . 1 % 0 . 5 1 1 . 0 2 . 3 4 1 2 . 6 1 2 ' 0 . 3 5 0 . 1 0 0 . 2 5 w e i g h t o f p o w d e r , fi b r e - 0 . 2 5 % + 0 . 1 7 2 . . o f c e m e n t ( C o h e s 1 v e & u n I f o r m m i x ) . w i t h R e c r o n 3 S @ 0 . 3 5 % P o u r i n g M i x 7 w i t h s u p e r p l a s t i c i z e r — 0 . 6 5 2 0 . 3 5 , v i s c o s i t y , M , a g e n t - 0 . 1 % 0 . 5 1 1 . 0 2 . 3 4 1 2 . 6 1 2 + 0 1 7 2 0 . 3 5 0 . 1 0 0 . 4 0 w e i g h t o f p o w d e r , fi b r e - 0 . 4 0 % o f c e m e n t ( S t i f f m i x ) . P o u r i n g t y ) c g e a r 7 l 2 1 p e 6 u 8 m n J o I e ( 9 1 . w - . e l t e a o 7 0 4 8 o i r v a 4 l 8 6 7 N f s u A b w - t l e f o o a 9 3 8 2 2 9 2 3 1 N S u o l a 4 i r b f 7 7 8 6 4 5 8 7 t y ) c g e 5 0 7 5 8 l 1 4 5 0 4 9 a r p e u o m n J I e ( 6 9 5 6 4 1 2 1 1 1 1 1 - f k s s t r e w c o r e g o fi a v a l o r A N b a t c f t s k s o w c r o fi a o l r N b a t c 6 9 2 6 9 4 7 8 4 6 3 5 8 2 0 8 7 2 2 5 7 8 9 1 4 4 4 7 8 7 5 5 5 8 6 6 4 4 e c t y ) n c g e l 5 9 0 a a r t p e u 1 4 2 m n J o I ( e 7 5 7 4 6 5 8 8 4 3 3 2 2 3 1 s i s e R t c a p m I . 4 . G f - s l o i w e a 4 7 8 2 5 1 1 8 1 3 1 e l b o f r o u l a a N b t T f s t s k o w c r o fi a o l r N b a t c I o S N 3 3 3 3 3 3 2 2 3 9 2 0 0 4 1 8 0 1 5 8 6 6 7 5 5 3 5 0 1 4 6 3 2 0 l 6 0 6 0 9 5 7 5 7 0 4 1 l 1 1 3 3 3 2 2 2 2 2 2 ) 1 ) ) 0 e - % + L ( % 4 O E 5 ( L 2 ) 7 C r ( 5 L C b A i ) R T 1 H T A H 1 S T E N S S N ( I L % 1 M F 6 N R C O N C O C + C A A I 5 ( C Y Y F 1 T A C E C L L P M S N . F F O E I 0 C F 2 7 5 M i x 7 d a y s 2 8 d a S A v e r - a g e N O O f b l o w s a t fi r s t c r a c k I m p a c t e n e r g y ( J o u l e ) A v e r a g e N o o f b l o w s a t f a i l u r e 4 4 2 0 9 1 2 1 1 2 3 0 4 7 1 2 3 3 3 3 7 1 0 7 7 7 4 7 8 7 6 1 5 8 7 7 4 7 8 C C + 2 0 % F L Y A S H ( 5 ) 3 7 7 9 3 6 3 0 7 9 O P T I M A L C E M E N T 1 5 % F L Y A S H ( 6 ) 2 1 5 3 2 4 2 7 5 3 5 8 5 5 1 1 4 9 2 8 5 3 6 3 2 6 2 7 5 7 8 8 0 1 3 3 7 2 4 6 5 6 7 1 6 1 7 3 8 3 4 7 9 8 8 5 0 1 0 4 4 5 0 2 8 7 8 2 9 2 7 3 6 7 1 1 6 2 2 3 3 t y ) t % c g 0 4 e a a r 0 1 l 5 u S 2 p e 8 o . 3 m n 1 3 J 2 I ( e R 0 0 1 1 4 9 0 0 1 4 7 3 8 9 1 1 1 t y ) c g e l 1 a r 3 u p e 5 o m n 1 J I e ( 3 7 3 4 8 8 t y ) c g e a r l d u p e o m n J I ( e e u n i t n o C . 4 . G e l b a T 4 5 0 4 0 2 9 1 3 4 3 5 5 5 6 4 s y a d 7 ) t y c g e a r p e l u o m n J I e ( - k f s t r e w c r o s e o g fi a v a l o r A N b a t c 1 9 9 3 8 3 3 2 4 3 4 4 + + + e e e C C C r r r C C C b b b S S S i i i ) ) F F 8 F 9 L L L % % % 1 1 0 5 0 ( ( A A A 2 2 4 N N N . . . I I I 0 0 0 F F F l o S N 0 1 2 7 6 M i x 2 8 d a s N o o f b l o w s a t fi r s t c r a c k N o o f b l o w s a t f a i l - u r e A v e r a g e N o o f b l o w s a t f a i l u r e N o o f b l o w s a t fi r s t c r a c k A v e r - a g e N o o f b l o w s a t fi r s t c r a c k N o o f b l o w s a t f a i l - u r e A v e . N O . b l o w S a t f a i l - u r e ( 1 7 ) 7 2 8 8 2 7 2 9 6 0 6 3 7 7 8 0 7 5 9 0 8 7 3 8 7 3 1 0 4 4 1 8 8 3 5 0 1 0 5 1 8 7 8 5 1 7 6 8 1 0 2 2 1 3 7 4 2 5 7 9 8 4 5 9 4 0 1 1 2 1 9 5 9 6 2 0 1 2 1 1 1 4 4 9 6 A P P E N D I X H A B R A S I O N E X P E R I M E N T S 9 " 6 3 7 ’ 2 9 3 ' 2 7 7 ) % ( 2 E N R E T S E Y L O P J 3 L E E E T S L Y P O 3 R P Y L O P I M P R O V E M E N T O V E R P L A I N C O N C R E T E A B R A S I O N R E S I S T A N C E 6 0 4 N _ l L U 6 e 5 0 7 m U ) ( I < 0 4 0 2 3 0 — P O L Y P R O P Y L E N E 2 0 4 1 0 P O L Y P R O P Y L E N E 1 0 . 0 1 0 . 0 7 0 . 1 0 . 2 7 0 . 6 0 . 8 0 . 9 F I B E R V O L U M E F R A C T I O N ( % ) a S T E E L 1 I S T E E L 2 D S T E E L 3 D P O L Y P R O P Y L E N E 1 I P O L Y P R O P Y L E N E 2 I P O L Y P R O P Y L E N E 3 I C A R B O N D P O L Y E S T E R F i g u r e H . 1 . S u m m a r y o f t h e A b r a s i o n R e s u l t s f o r D i f f e r e n t F i b e r T y p e s 2 7 8 H . l . T e s t M e t h o d s H . 1 . 1 . T e s t M e t h o d I A S T M C 7 7 9 — 0 0 S t a n d a r d T e s t M e t h o d f o r A b r a s i o n R e s i s t a n c e o f H o r i z o n t a l C o n c r e t e S u r f a c e s ( P r o c e d u r e C ) $ 1 . g T V A C U U M H O L L O W T H R E E - L E G i s : S U P P O R T F R A M E F i g u r e H . 2 . B a l l B e a r i n g A b r a s i o n T e s t M a c h i n e 2 7 9 H . 1 . 2 . T E S T M E T H O D I I A S T M C 9 4 4 — 9 9 S t a n d a r d T e s t M e t h o d f o r A b r a s i o n R e s i s t a n c e o f C o n c r e t e o r M o r t a r S u r f a c e s b y t h e R o t a t i n g - C u t t e r M e t h o d ‘ ' L A U X I L I A R Y W E I G H T ' f . \ \ T O D O U B L E L O A D \ — W E I G H T S P I N D L E : - e . . Q q T O T A L F O R C E S Y S T E M V N O R M A L 9 8 N R E M O V E D D O U B L E L O A D 1 9 7 N . 5 , " 3 R O T A T I N G 2 0 0 r / m i n a ; C U T T E R “ 5 1 E ” : . , S P E C I M E N " ' ‘ " " " C L A M P I N G I G ) I . 9 . I f D E V I C E ) r F i g u r e H 3 . T e s t A p p a r a t u s 2 8 0 H . 1 . 3 . T e s t M e t h o d 1 1 1 B r i t i s h S t a n d a r d B S 8 1 2 H . 2 . E x p e r i m e n t s U s i n g T e s t M e t h o d I H . 2 . ] . A n t o n i o N a n n i ( R e f . 2 7 ) T a b l e H . 1 . F i b e r C h a r a c t e r i s t i c s E q u i v a l e n t L e n g t h d i a m e t e r , C o d e T y p e i n . i n . * 1 0 ‘ 3 H E H o o k e d - e n d d r a w n w i r e 1 . 1 8 1 9 . 6 S S S t r a i g h t s l i t S h e e t 1 . 0 0 1 6 . 7 S R C r i m p e d s l i t s h e e t 1 . 0 0 1 6 . 7 P B F i b r i l l a t e d p o l y p r o p y l e n e b u n d l e 0 ' 7 5 ' - - - - - T a b l e H . 2 . E f f e c t o f C u r i n g r e g i m e n o n C o m p r e s s i v e S t r e n g t h a n d A b r a s i o n R e s i s t a n c e N o . o f C o m p r e s s i v e A b r a s i o n r e s i s t a n c e r a t i o , p e r c e n t w e t - d r y s t r e n g t h r a t i o , P l a i n S t e e l S y n t h e t i c c y c l e s p e r c e n t m a t r i x fi b e r H E fi b e r P B 1 7 4 3 5 2 8 2 3 2 7 9 4 5 4 1 ' 3 5 3 8 5 6 6 4 3 5 4 4 8 6 7 2 4 6 5 8 5 9 0 6 2 4 8 6 0 2 8 1 5 0 0 / / / f 4 0 0 / J / E / / I V ) , ' 3 4 , 2 ” ; — . / ” l l - F < - 4 X . 4 : - g 3 0 0 V ! r s . g / / L E G E N D : c t — 2 0 0 I X 4 ( N o . o f O n e - D a y W e t - D r y C y c l e s ) . — O r ‘ W { 5 . a O n e g 6 T w o _ ‘ 0 T h r e e _ ‘ _ _ _ 1 0 0 a F o u r I F i v e V C o n t i n u o u s W e t C u r i n g ( 2 5 - d a y ) 0 I 1 l A 1 8 0 1 2 0 1 6 0 2 0 0 2 4 0 2 8 0 T i m e ( s e c ) F i g u r e H . 4 . A b r a s i o n r e s u l t s o f l a b o r a t o r y - m a d e b e a m s s u b j e c t e d t o d i f f e r e n t c u r i n g r e g i m e n s - B o t t o m s u r f a c e , a i r - d r y c o n d i t i o n , p l a i n m a t r i x I 5 0 0 / I " l f P i 1 A r ’ m : 1 ? 4 0 0 / < l f . . - r " 3 3 0 0 w " I t : X . 8 / [ / " B ’ 2 L E G E N D : “ 5 2 0 0 . ’ 1 ’ ( N o . o f O n e — D a y W e t - D r y C y c l e s ) - " g V 9 O n e 3 + T w o T h r 1 0 0 - I : F o u : e ' — 8 F i v e V C o n t i n u o u s W e t C u n ' n g ( Z S - d a y ) 0 1 I l l I 1 I 5 I ' l ‘ l 0 4 0 8 0 1 2 0 1 6 0 2 0 0 2 4 0 2 8 0 T i m e ( s e c ) F i g u r e H . 5 . A b r a s i o n r e s u l t s o f l a b o r a t o r y - m a d e b e a m s s u b j e c t e d t o d z fl e r e n t c u r i n g r e g i m e n s - B o t t o m s u r f a c e , a i r - d r y c o n d i t i o n , 3 p e r c e n t s t e e l f i b e r T y p e H E 2 8 2 5 0 0 / 9 ' , r r / " / 4 0 0 ( i ‘ / . S ' t - r ' v / ” * H < I o 1 1 " E 3 0 0 / ’ , / | 1 g / / / L E G E N D : 4 0 5 2 0 0 / 7 r ( N o . o f O n e - D a y W e t - D r y C y c l e s ) u : I e , / 2 8 : : Q 1 0 T h r e e 1 0 0 I F o u r I F i v e ' C o n t i n u o u s W e t C u r i n g ( Z S - d a y ) 0 - . J I l 0 4 0 8 0 1 2 0 1 6 0 2 0 0 2 4 0 2 8 0 T i m e ( s e c ) F i g u r e H . 6 . A b r a s i o n r e s u l t s o f l a b o r a t o r y - m a d e b e a m s s u b j e c t e d t o d z j fi r e n t c u r i n g r e g i m e n s - B o t t o m s u r f a c e , a i r - d r y c o n d i t i o n , 1 . 5 l b / y d 3 = 0 . 8 9 k g / m 3 s y n t h e t i c f i b e r T v p e P B 2 8 3 H . 2 . 2 . C a n a d a C e n t e r f o r M i n e r a l a n d E n e r g y T e c h n o l o g y ( R e f . 1 6 ) T a b l e H . 3 . S u m m a r y o f C A N M E T M i x t u r e P r o p o r t i o n s a n d S t r e n g t h D a t a S t e e l F i b e r M i x t u r e s : M i x t u r e Q u a n t i t i e s , l b . / y d 3 ( k g / m 3 ) M i x t u r e D e s i g n a t i o n S 1 S 2 S 3 S 4 C e m e n t , C S A T y p e 1 0 8 4 5 ( 5 0 0 ) 8 4 5 ( 5 0 0 ) 8 4 5 ( 5 0 0 ) 8 4 5 ( 5 0 0 ) F l y a s h - - - 1 2 7 ( 7 5 ) - - - 1 2 7 ( 7 5 ) S i l i c a F u m e - - - - - - 5 1 ( 3 0 ) 5 1 ( 3 0 ) N a t u r a l s a n d 1 2 8 4 ( 7 6 0 ) 1 1 5 8 ( 6 8 5 ) 1 1 6 6 ( 6 9 0 ) 1 0 5 6 ( 6 2 5 ) G r a v e l , 1 4 m m M S A 1 6 2 2 ( 9 6 0 ) 1 6 5 6 ( 9 8 0 ) 1 6 5 6 ( 9 8 0 ) 1 6 7 3 ( 9 9 0 ) W a t e r 2 3 0 ( 1 3 6 ) 2 2 8 ( 1 3 5 ) 2 3 2 ( 1 3 7 ) 2 3 2 ( 1 3 7 ) S t e e l fi b e r s a 8 5 ( 5 0 ) 8 5 ( 5 0 ) 8 5 ( 5 0 ) 8 5 ( 5 0 ) W a t e r / c e m e n t a t i o u s r a t i o 0 . 2 7 0 . 2 3 0 . 2 6 0 . 2 3 A i r c o n t e n t , % 4 . 5 : t 1 4 . 5 : l : 1 4 . 5 : l : 1 4 . 5 d : 1 A v g . S t r e n g t h , p s i ( M P a ) 9 6 3 0 ( 6 6 . 4 ) 1 0 0 3 6 ( 6 9 . 2 ) 1 1 3 8 5 ( 7 8 . 5 ) 1 2 3 5 6 ( 8 5 . 2 ) 2 8 - d a y C o m p r e s s i v e 1 1 4 6 ( 7 . 9 ) 1 4 9 4 ( 1 0 . 3 ) 1 4 3 6 ( 9 . 9 ) 1 6 1 0 ( 1 1 . 1 ) 2 8 - d a y F l e x u r a l A b r a s i o n D e p t h 0 . 0 1 6 ( 0 . 4 0 4 ) 0 . 0 0 6 ( 0 . 1 6 5 ) 0 . 0 0 8 ( 0 . 2 1 3 ) 0 . 0 0 3 ( 0 . 0 8 4 ) 9 1 - d a y , i n . ( m m ) P o l y p r o p y l e n e F i b e r M i x t u r e s : M i x t u r e Q u a n t i t i e s , l b . / y d 3 ( k g / m 3 ) M i x t u r e D e s i g n a t i o n P 1 P 2 P 3 ‘ P 4 C e m e n t , C S A T y p e 1 0 8 4 5 ( 5 0 0 ) 8 4 5 ( 5 0 0 ) 8 4 5 ( 5 0 0 ) 8 4 5 ( 5 0 0 ) F l y a s h - - - 1 2 7 ( 7 5 ) - - - 1 2 7 ( 7 5 ) S i l i c a F u m e - - - - - - 5 1 ( 3 0 ) 5 1 ( 3 0 ) N a t u r a l s a n d 1 1 8 3 ( 7 0 0 ) 1 0 4 8 ( 6 2 0 ) 1 1 2 4 ( 6 6 5 ) 9 5 5 ( 5 6 5 ) G r a v e l , 1 4 m m M S A 1 7 7 5 ( 1 0 5 0 ) 1 7 7 5 ( 1 0 5 0 ) 1 7 6 6 ( 1 0 4 5 ) 1 7 6 6 ( 1 0 4 5 ) W a t e r 2 3 0 ( 1 3 6 ) 2 3 0 ( 1 3 6 ) 2 3 0 ( 1 3 6 ) 2 6 6 ( 1 3 4 ) P o l y p r o p y l e n e fi b e r s b 1 . 7 ( 1 ) 1 . 7 ( 1 ) 1 . 7 ( 1 ) 1 . 7 ( 1 ) W a t e r / c e m e n t a t i o u s r a t i o 0 . 2 7 0 . 2 3 0 . 2 6 0 . 2 2 A i r c o n t e n t , % 4 . 5 i 1 4 . 5 : I : 1 4 . 5 i 1 4 . 5 : 1 : 1 A v g . S t r e n g t h , p s i ( M P a ) 9 2 2 4 ( 6 3 . 6 ) 9 6 7 4 ( 6 6 . 7 ) 1 0 5 0 0 ( 7 2 . 4 ) 1 0 5 4 4 ( 7 2 . 7 ) 2 8 - d a y C o m p r e s s i v e 1 1 3 1 ( 7 . 8 ) 1 2 4 7 ( 8 . 6 ) 1 3 7 8 ( 9 . 5 ) 1 2 7 6 ( 8 . 8 ) 2 8 - d a y F l e x u r a l A b r a s i o n D e p t h 0 . 0 0 8 ( 0 . 1 9 3 ) 0 . 0 2 4 ( 0 . 6 1 7 ) 0 . 0 1 9 ( 0 . 4 9 5 ) 0 . 0 1 5 ( 0 . 3 7 3 ) 9 1 - d a y , i n . ( m m ) N o t e s : a . 0 . 2 0 i n . ( 0 . 5 m m ) d i a m e t e r b y 2 i n . ( 5 0 m m ) l o n g s t e e l fi b e r , s p . g r . = 7 . 8 5 . b . 2 i n . ( 5 0 m m ) l o n g p o l y p r o p y l e n e fi b e r , S p . g r . = 0 . 9 . 2 8 4 H . 3 . E X P E R I M E N T S U S I N G T E S T M E T H O D 2 H . 3 . 1 . S h i , Z e n g - Q i a n g a n d D . D . L . C h u n g ( R e f . 3 2 ) T a b l e H . 4 . P r o p e r t i e s o f C a r b o n F i b e r s F i l a m e n t d i a m e t e r 1 0 u m T e n s i l e s t r e n g t h 6 9 0 M P a T e n s i l e m o d u l u s 4 8 G P a E l o n g a t i o n a t b r e a k 1 . 4 % E l e c t r i c a l r e s i s t i v i t y 3 . 0 x 1 0 ' 3 9 . c m S p e c i fi c g r a v i t y 1 . 6 g / c m 3 C a r b o n c o n t e n t 9 8 w t . % T a b l e H . 5 . D e p t h o f W e a r ( m m , : t 9 % ) P l a i n m o r t a r 1 . 0 7 M o r t a r w i t h l a t e x 0 . 1 6 1 M o r t a r w i t h l a t e x a n d fi b e r s 0 . 0 9 6 M o r t a r w i t h s i l i c a f u m e 0 . 1 4 5 2 8 5 ] % [ t h g i e w n i e s a e r c e d H . 3 . 2 . A . M . B r a n d t , M . A . G l i n i c k i & J . P o t r z e b o w s k i ( R e f . 1 0 ) T a b l e H . 6 . C o m p o n e n t s a n d M i x P r o p o r t i o n s M i x t u r e p r o p o r t i o n s [ k g / m 3 ] M — 0 M — 1 M — 2 M — 3 M - 4 M — 5 P o r t l a n d c e m e n t P 3 5 3 4 0 3 5 4 3 5 0 3 5 5 3 4 9 3 5 4 R i v e r s a n d < = 2 m m 6 0 0 5 9 0 5 7 8 5 9 4 5 8 4 5 9 5 R i v e r g r a v e l 2 - l 6 m m 1 2 4 0 1 2 3 6 1 2 1 8 1 2 3 7 1 2 1 9 1 2 5 0 C o m p o n e n t s W a t e r 1 6 0 1 9 4 1 9 3 1 8 9 1 8 5 1 7 8 S u p e r p l a s t i c i z e r 7 7 . 1 7 7 . 1 7 7 . 1 F i b e r s P P 1 0 . 6 0 . 6 F i b e r s P P 2 0 . 9 1 F i b e r s H 3 0 / 5 0 3 0 . 0 3 0 . 5 F i b e r s H 6 0 / 8 0 0 . 5 0 w / c 0 . 4 7 0 . 5 5 0 . 5 5 0 . 5 3 0 . 5 3 3 M — 1 M - 2 M - 3 M — 4 M - 5 t y p e o f c o n c r e t e F i g u r e H . 7 . R e s u l t s o f A b r a s i o n T e s t H . 4 . E X P E R I M E N T S U S I N G T E S T M E T H O D I H H . 4 . 1 . I n d i a n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ( R e f . 3 0 ) T a b l e H . 7 . M i x t u r e P r o p o r t i o n s f o r M 2 0 a n d M 4 0 C o n c r e t e I n g r e d i e n t \ M i x t u r e = > M 2 0 M 4 0 C e m e n t ( B i r l a R a j s h r e e ) 3 3 0 k g / m 3 3 9 0 k g / n ? S a n d ( Z o n e 1 1 ) 8 0 7 k g / r n 3 7 9 4 k g / r n 3 C o a r s e a g g r e g a t e ( 1 2 m m ) 3 9 8 k g / m 3 3 9 2 k g / m 3 C o a r s e a g g r e g a t e ( 2 0 m m ) 7 2 2 k g / m 3 7 1 0 k g / m 3 W a t e r 1 7 2 k g / m 3 1 6 2 k g / r n 3 S u p e r p l a s t i c i z e r ( C e r a p l a s t 0 . 7 5 % b y w e i g h t o f c e m e n t 1 . 0 % b y w e i g h t o f c e m e n t 3 0 0 ) N o t e : F i b r e s w e r e u s e d a t a d o s a g e o f 0 . 2 5 % b y w e i g h t o f c e m e n t f o r p r e p a r i n g t h e fi b r e - r e i n f o r c e d c o n c r e t e m i x t u r e s 2 8 7 R E F E R E N C E S 2 8 8 R E F E R E N C E S 1 . A C I C o m m i t t e e 5 4 4 , “ D e s i g n c o n s i d e r a t i o n s f o r s t e e l fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e ” A C I 5 4 4 . 4 R - 8 8 , A C I m a n u a l o f c o n c r e t e p r a c t i c e , P a r t 5 , 1 9 9 8 2 . A i r p o r t s A u t h o r i t y o f I n d i a , “ T e s t R e s u l t s ” , J a n u a r y 2 0 0 1 3 . A m e r i c a n C o n c r e t e P i p e A s s o c i a t i o n “ C o n c r e t e P i p e T e c h n o l o g y H a n d b o o k ” , A m e r i - c a n C o n c r e t e P i p e A s s o c i a t i o n , T e x a s , 1 9 9 3 4 . A S T M , A n n u a l B o o k O f A S T M S t a n d a r d s , P h i l a d e l p h i a , S t a n d a r d V o l . 0 4 . 0 2 . , 2 0 0 0 5 . B a l a g u r u P . ; a n d K h a j u r a A n i l , “ P r o p e r t i e s o f P o l y m e r i c F i b e r - R e i n f o r c e d C o n c r e t e ” T r a n s p o r t a t i o n R e s e a r c h R e c o r d , N o . 1 5 3 2 , S e p . 1 9 9 6 6 . B a l a g u r u P . N . , S h a h S . P . “ F i b e r - R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ” , M c G r o w - H i l l , N e w Y o r k 1 9 9 2 , p p . 1 2 8 - 1 4 7 , 2 4 9 - 2 7 7 , 1 7 9 - 2 4 8 7 . B a n t h i a , N . , Y a n C . , M i n d e s s , S . , ” R e s t r a i n e d S h r i n k a g e C r a c k i n g i n F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e : A N o v e l T e s t T e c h n i q u e ” , C e m e n t a n d c o n c r e t e R e s e a r c h , 1 9 9 6 V o l . 2 6 , N o . 1 , p p . 9 - 1 4 . 8 . B a y a s i , Z . , C e l i k , T . “ A p p l i c a t i o n o f S i l i c a f u m e i n s y n t h e t i c F i b e r - r e i n f o r c e d C o n - c r e t e ” , T r a n s p o r t a t i o n R e s e a r c h R e c o r d , l 3 8 2 p p . 8 9 - 9 8 9 . B i n d a g a n a v i l e , V . ; a n d B a n t h i a , N . , “ P o l y m e r a n d S t e e l F i b e r - R e i n f o r c e d C e m e n t i - t i o u s C o m p o s i t e s u n d e r I m p a c t L o a d i n g — P a r t 2 : F l e x u r a l T o u g h n e s s ” , A C I M a t e r i a l s J o u r n a l , V o l . 9 8 , N o . 1 J a n u a r y — F e b r u a r y 2 0 0 1 1 0 . B r a n d t , A . M . , G l i n i c k i , M . A . & P o t r z e b o w s k i , J . , ” A p p l i c a t i o n o f F R C i n C o n s t r u c - t i o n o f t h e U n d e r g r o u n d R a i l w a y T r a c k ” , C e m e n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s , v o l . 1 8 , 1 9 9 6 p p . 3 0 5 — 3 1 2 . 2 8 9 1 1 . E z e l d i n , A . S . , L o w e , S . R . , B a l a g u r u , P . N . , “ F l e x u r a l B e h a v i o r o f S y n t h e t i c F i b e r R e i n f o r c e d R a p i d S e t M a t e r i a l s ” , C o n s t r u c t i o n M a t e r i a l s S e r v i c e a b i l i t y / D u r a b i l i t y p p . 1 2 0 3 - 1 2 1 1 1 2 . G r o t h , P a t r i k “ C r a c k i n g i n c o n c r e t e - C r a c k p r e v e n t i o n w i t h a i r - c o o l i n g a n d c r a c k d i s - t r i b u t i o n w i t h s t e e l fi b e r r e i n f o r c e m e n t ” , L u l e a U n i v e r s i t y o f t e c h n o l o g y , N o v 1 9 9 6 . ( h t t p : / / e p u b l . l u t h . s e / a v s 1 u t a d e / 0 2 8 0 - 8 2 4 2 / 9 6 - 3 7 / h t m l / p a p e r _ D . h t m l . 1 3 . H a n n a n t , D . J . , “ F i b r e C e m e n t s a n d F i b r e C o n c r e t e s ” , J o h n W i l e y a n d S o n s , 1 9 7 8 . 1 4 . H a r d i k R . S h a h , A k h t e r B . H o s s a i n , a n d J a s o n W e i s s , ” U s i n g T h e R e s t r a i n e d R i n g T e s t i n C o n j u n c t i o n w i t h P a s s i v e a c o u s t i c E m i s s i o n t o Q u a n t i f y t h e R o l e o f S t e e l F i b e r r e i n f o r c e m e n t i n S h r i n k a g e C r a c k i n g M i t i g a t i o n ” , P r o c e e d i n g s o f c o n f e r e n c e o n F i b e r C o m p o s i t e s , H i g h - P e r f o r m a n c e C o n c r e t e s a n d s m a r t M a t e r i a l s , I C F R C J a n u a r y 2 0 0 4 , C h e n n a i , I n d i a 1 5 . H e g e r F r a n k J . , M c G r a t h , T i m o t h y J . “ D e s i g n M e t h o d f o r R e i n f o r c e d C o n c r e t e P i p e a n d B o x S e c t i o n s ” S i m p s o n G u m p e r t z & H e g e r I n c . , D e c e m b e r 1 9 8 2 1 6 . H o f f , G . C . , “ D u r a b i l i t y o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e i n a s e v e r e M a r i n e E n v i r o n - m e n t ” , A C 1 S p e c i a l p u b l i c a t i o n S P - 1 0 0 , V o l . 1 0 0 I s s u e 4 . A p r i l 1 9 8 7 . 1 7 . J o h n s t o n , C . D . “ F i b e r - r e i n f o r c e d c e m e n t s a n d c o n c r e t e s ” , G o r d o n a n d B r e a c h S c i - e n c e P u b l i s h e r s , 2 0 0 1 1 8 . K h a j u r i a , A . , B o h r a , K . , B a l a g u r u , P . “ L o n g T e r m D u r a b i l i t y o f S y n t h e t i c F i b e r s i n C o n c r e t e ” , A C 1 , S p e c i a l P u b l i c a t i o n , S P 1 2 6 - 4 6 , p p . 8 5 1 - 8 6 8 1 9 . L i , V i c t o r C . “ L a r g e V o l u m e , H i g h - P e r f o r m a n c e A p p l i c a t i o n s o f F i b e r s i n C i v i l E n - g i n e e r i n g ” , J o u r n a l o f A p p l i e d P o l y m e r S c i e n c e , V o l . 8 3 , 6 6 0 — 6 8 6 ( 2 0 0 2 ) 2 0 . L i , V i c t o r C . , R o b e r t W a r d , a n d A l i M . H a m z a , “ S t e e l a n d S y n t h e t i c F i b e r s a s S h e a r R e i n f o r c e m e n t s ” , A C I M a t e r i a l s J o u r n a l , V . 8 9 , N o . 5 , S e p t e m b e r - O c t o b e r 1 9 9 2 2 1 . M a g a l h a e s , A . G . , M a r q u e s , A . T . , O l i v e i r a , F . M . F . , S o u k a t c h o f f , P . , d e C a s t r o , P . T . , ” M e c h a n i c a l B e h a v i o u r o f C e m e n t i t i o u s M a t r i x C o m p o s i t e s ” , C e m e n t a n d C o n c r e t e c o m p o s i t e s , 1 9 9 6 p p . 9 - 2 2 ' 2 9 0 2 2 . M a n o l i s , G . D . , G a r e i s , P . J . , T s o n o s , A . D . & N e a l , J . A . , ” D y n a m i c P r ‘ O p e r t i e s o f P o l y p r o p y l e n e F i b e r - R e i n f o r c e d C o n c r e t e S l a b s ” , C e m e n t a n d C o n c r e t e c o m p o s i t e s , 1 9 9 7 p p . 3 4 1 - 3 4 9 2 3 . M i g u e l A n g e l , S a n j u h n & A m p a r o M o r a g u e s , “ P o l y p r o p y l e n e F i b e r - R e i n f o r c e d M o r - t a r M i x e s : O p t i m i z a t i o n t o C o n t r o l P l a s t i c S h r i n k a g e . ” 2 4 . M u r t h y , S a v i t h r i S . , “ I m p a c t S t r e n g t h o f S y n t h e t i c F i b r e R e i n f o r c e d S e l f C o m p a c t i n g C o n c r e t e ” , D i s s e r t a t i o n , B a n g a l o r e U n i v e r s i t y , M a y — 2 0 0 4 2 5 . N a g a b h u s h a n a m , M . , R a m a k r i s h n a n , V . , V o n d r a n G . , “ F a t i g u e S t r e n g t h o f F i b r i l l a t e d P o l y p r o p y l e n e F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e s ” , T r a n s p o r t a t i o n R e s e a r c h R e c o r d 1 2 2 6 p p . 3 6 - 4 7 2 6 . N a j m , H . a n d B a l a g u r u P . , “ E f f e c t o f L a r g e - D i a m e t e r P o l y m e r i c F i b e r s o n S h r i n k a g e C r a c k i n g o f C e m e n t C o m p o s i t e s ” , A C I M a t e r i a l s J o u r n a l , J u l y - A u g u s t 2 0 0 2 2 7 . N a n n i , A . , “ A b r a s i o n R e s i s t a n c e o f R o l l e r C o m p a c t e d C o n c r e t e ” , A C I M a t e r i a l s J o u r n a l , N o v e m b e r - D e c e m b e r 1 9 8 9 p p . 5 5 9 - 5 6 5 . 2 8 . R a r n a k r i s h n a n , V . , G e o r g e Y , H o s s a l i , G . , ” F l e x u r a I F a t i g u e S t r e n g t h , E n d u r a n c e L i m i t , a n d I m p a c t S t r e n g t h o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e s ” , T r a n s p o r t a t i o n R e s e a r c h R e - c o r d 1 2 2 6 p p . 1 7 - 2 4 2 9 . R S M e a n s , “ 2 0 0 5 H e a v y C o n s t r u c t i o n C o s t D a t a , ” 1 9 t h A n n u a l E d i t i o n , R e e d C o n - s t r u c t i o n D a t a , I n c . , M a s s a c h u s e t t s , 2 0 0 4 , p p . 3 6 , 1 0 0 . 3 0 . S a n t h a n a m , M . “ R e c r o n 3 S , T e s t R e p o r t o f U T . C h e n n a i ” , I n d i a n i n s t i t u t e o f T e c h - n o l o g y , 2 0 0 3 3 1 . S e n t h i k u m a r , S . S . , N a s t e a n , S . C . , ” E f f e c t o f S y n t h e t i c F i b e r R e i n f o r c r m m t o n E a r l y - A g e C r a c k i n g B e h a v i o r o f C e m e n t C o m p o s i t e s ” I C I J o u r n a l , A p r i l - J u n e 2 0 0 4 . 2 9 1 3 2 . S h i , Z e n g - Q u a n g a n d C h u n g , D . D . L . “ I m p r o v i n g t h e A b r a s i o n R e s i s t a n c e o f M o r t a r b y A d d i n g L a t e x a n d C a r b o n F i b e r s ” , C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h , V o l . 2 7 N o . 8 1 9 9 7 p p . 1 1 4 9 - 1 1 5 3 . 3 3 . S i n t e f r e p o r t , ” P 1 a s t i c S h i n k a g e a n d C r a c k i n g T e n d e n c y o f M o r t a r a n d c o n c r e t e C o n - t a i n i n g F i b e r m e s h ” , 1 9 8 5 . 3 4 . S o r o u s h i a n P a r v i z ; K h a n , A t a u l l a h ; H s u , J e r - W e n , “ M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f C o n - c r e t e M a t e r i a l s R e i n f o r c e d w i t h P o l y p r o p y l e n e o r P o l y e t h y l e n e F i b e r s ” A C I M a t e r i a l s J o u r n a l , V o l . 8 9 , N o . 6 N o v e m b e r — D e c e m b e r 1 9 9 2 3 5 . S u n d e r , S u m a S . ; R a m e s h , K . P . ; P i t t s , C h a r l e s J r . ; a n d R a m a k r i s h n a n , V . , “ P e r f o r m - a n c e C h a r a c t e r i s t i c s o f S y n e r g y F i b e r - R e i n f o r c e d C o n c r e t e s — S t r e n g t h a n d T o u g h n e s s P r o p e r t i e s ” T r a n s p o r t a t i o n R e s e a r c h R e c o r d , N o . 1 7 7 5 , 2 0 0 1 3 6 . T o l e d o , F i l h o , S a n j u a n , M A . “ E f f e c t o f l o w m o d u l u s s i s a l a n d p o l y p r o p y l e n e fi b r e o n t h e f r e e a n d r e s t r a i n e d s h r i n k a g e o f m o r t a r s a t e a r l y a g e ” , C e m e n t a n d c o n c r e t e R e - s e a r c h , 1 9 9 9 p p . 1 5 9 7 - 1 6 0 4 . 3 7 . W a r d , R o b e r t J . ; L i , V i c t o r C . , “ D e p e n d e n c e o f F l e x u r a l B e h a v i o r o f F i b e r R e i n - f o r c e d M o r t a r o n M a t e r i a l F r a c t u r e R e s i s t a n c e a n d B e a m S i z e ” A C I M a t e r i a l s J o u r n a l , V o l . 8 6 N 0 . 6 N o v e m b e r — D e c e m b e r 1 9 9 0 3 8 . Y a o , W . ; L i , J . ; W u , K . , “ M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f H y b r i d F i b e r r e i n f o r c e d C o n c r e t e a t l o w fi b e r v o l u m e f r a c t i o n ” , C e m e n t a n d C o n c r e t e r e s e a r c h , 3 3 , 2 0 0 3 , p p . 2 7 - 3 0 I N T E R N E T R E F E R E N C E S 3 9 . w w w . C o n c r e t e p r o d u c t s . c o m 4 0 . w w w . F i b e r m e S h . c o m 4 1 . w w w . F r e e d o n i a . c o m 4 2 . w w w . K u r a r a y . c o . j p 4 3 . w w w . N y c o n . c o m 2 9 2 I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 9 1 ) l