Abstract It is essential to retrofit deep beams with shear inadequacies because these beams, although they have the same shear and flexural reinforcements as ordinary beams, are more susceptible to shear failure. Hence, it is of great significance to overcome the shear weaknesses in deep beams. This research paper aims to experimentally examine the effectiveness of near-surface mounted (NSM) carbon fiber reinforced polymer (CFRP) for retrofitting reinforced concrete (RC) deep beams subjected to shear forces. The study involved three different types of specimens. The first specimen was constructed with concrete throughout its span and included shear stirrups. The second specimen was divided into two halves, with one half lacking shear reinforcements and the other half having them. The third specimen had steel web reinforcement in one half of the span, while the other half was strengthened using NSM CFRP U-wrap strips and externally bonded horizontal CFRP strips. The proposed strengthening method significantly increased the shear strength of the deep beams, surpassing that provided by steel web reinforcement alone. Furthermore, the NSM CFRP strengthened specimen exhibited a change in failure mode from shear to flexural failure. In comparison to the control beam without stirrups, the beams strengthened with NSM CFRP U-wrap strips demonstrated an impressive 82% improvement in shear strength, while the beam with shear reinforcement showed a 23 % enhancement in load capacity. The proposed strengthened scheme is capable of enhancing the structural performance and load-carrying capacity effectively. A finite element model was generated utilizing ABAQUS software to simulate the behavior of the tested deep beams and verified against the experimental outcomes. The numerical models successfully predicted the behavior of the RC deep beams strengthened with NSM CFRP when compared to the experimental data.

Despite commercial sodium silicate (CSS) is widely used as an alkaline activator for alkali-activated materials (AAMs), its manufacture consumes a significant amount of energy and results in the emission of a considerable amount of CO2. These drawbacks have led to the search for more environmentally friendly alternatives. Therefore, this study aims to produce synthetic sodium silicate (SNS) from lead glass sludge (LGS) for the first time, to be used as an alkali-activator for blast-furnace slag (BFS). SNS was prepared through the thermochemical treatment of LGS in the presence of NaOH at different temperatures (200, 400, and 600 °C, namely SNS200, SNS400, and SNS600, respectively) for 1 h. Regardless of the treatment temperature, different contents of SNSs were mixed with BFS to achieve Na2O concentrations of 2, 4, 6, and 8 wt%. BFS activated with 4% CSS was used for comparison purposes. The results demonstrated that the thermochemical process of LGS not only induced the formation of sodium silicate but also transformed the soluble Pb-heavy metal into an insoluble form. The BFS-SNS dry blends can readily interact with water to yield hardened materials with physical and mechanical properties dependent on the SNS processing conditions and SNS content. The specimens activated with 4 wt% SNS400 exhibited higher compressive strength, lower drying shrinkage, and shorter setting time compared to those activated by 4% CSS.

The objective of this study is to investigate the effect of waste rockwool (RW) addition on the thermo-physical, mechanical, and fire resistance properties of limestone calcined clay cement (LC3)-based mortars. LC3 binder has been produced by replacing 60 wt% of OPC with limestone (LS) powder and metakaolin (MK) at a percentage of LS to MK of 1:2 (wt%). Waste RW was added at various ratios of 1, 3 and 5 % (by weight of binder) into two types of LC3-based mortars made with natural sand (NS) and ferrochrome waste slag (FCS) aggregates with a binder-to-aggregate vol% of 1:3. Upon the addition of 5 wt% of waste RW, significant enhancements of about 19 % and 21 % were obtained for the compressive strength of NS and FCS mortars, respectively, and attributed to the improved physical packing. After exposure to standard fire for 1 h with a maximum applied temperature of 945 °C, residual strengths of about 57.5 % and 63.8 % have been maintained by the sand and FCS-blended LC3 mortars, respectively. Generally, the incorporation of RW led to a slight increase in the thermal conductivity of both types of mortars; however, the FCS-blended LC3 mortar possessed relatively higher increment rates as compared with the sand mortar, which is helpful in improving the thermal performance in hot climate regions. Remarkable improvements in the microstructure characteristics in terms of compactness, uniformity, and interfacial transition zone (ITZ) tightness were attained by RW addition. Lifecycle assessment (LCA) results demonstrated that about 38–45 % lower carbon emission is associated with the designed LC3-based mortars than the conventional OPC mortar.

This paper investigates the shear strengthening of simply supported deep beams using welded wire mesh and glass fiber mesh filled with strain-hardening cementitious composites (SHCC) concrete. Nine reinforced concrete (RC) deep beams were tested in this study to investigate different shear-strengthening techniques including the type of mesh (glass fiber mesh and welded steel wire mesh), number of layers (single and double), and the effects of additional anchor using high-strength bolts on the shear performance of RC deep beams. The results showed the SHCC-mesh jackets increased the ultimate load of the deep beams by up to 82 %, cracking load by up to 73 %, elastic stiffness by up to 457 %, and energy absorption by up to 380 % compared to the unstrengthen control beam. Furthermore, the welded wire mesh provided greater enhancements of strength, stiffness, and energy absorption than the glass fiber mesh. In addition, anchoring the jackets further improved the strengthening efficiency. Advanced nonlinear three-dimensional finite element models were also simulated to capture the structural responses of the RC deep beams strengthened using welded wire mesh and glass fiber mesh. It was found that the numerical models accurately predicted the behavior of the beams upon validation against the experimental results.

Abstract Fire damage poses a significant risk to reinforced concrete structures throughout their lifespan. Fire exposure influences the stress-strain properties and durability of concrete, despite its non-flammability. Therefore, the strengthening approach is an economic option for lengthening their lifespan. This paper aims to conduct an experimental investigation into retrofitting heat-damaged fiber-reinforced concrete cylinders using welded wire mesh (WWM) configurations. Four concrete mixes were investigated. In total, 48 concrete cylinders were tested under axial compression until failure. The primary variables considered in the testing program consisted of (i) the influence of various fiber types (steel fiber (SF), polypropylene (PP), and hybrid fibers (SF+PP)); (ii) exposure temperature (26°C and 600°C); and (iii) WWM strengthening. Exposure to a temperature of 600°C led to a significant reduction in the compressive strength, ranging from 23.7% to 53.3%, while the inclusion of fibers has a substantial effect on the compressive strength of concrete, regardless of fiber type, with an increased ratio reaching up to 34.7%. The finding also clearly shows that the strengthening of heat-damaged specimens with WWM jacketing resulted in a 38.8%, 4.9%, and 9.4% increase in compressive strength for SF, PP, and SF+PPF specimens, respectively, compared to unheated control specimens. The suggested approaches to strengthening, which involve the use of WWM jacketing with two layers, successfully restored and surpassed the initial concrete compressive strength of the specimens that were damaged due to exposure to high temperatures.

Test specimens with smaller sizes seem to be preferable because using standard specimen sizes for ultra-high-performance concrete (UHPC) can lead to issues owing to the current testing equipment's capacity limitations. Therefore, the size effect investigation of the UHPC specimens is necessary. In this paper, the UHPC mix was used to explore the size effect on the compression and flexural response of the cylinder and beam specimens, respectively. The UHPC mix was cast into various-sized cylinders and beams with diameters ranging from 50 to 150 mm and heights/widths from 50 to 150 mm, respectively. A nonlinear 3D finite element (FE) model has been created in ABAQUS software for all UHPC specimens. Additionally, validation was done using the experimental findings of this study. The findings clearly revealed that the compressive and flexural strength decreases with increasing the size of the specimen. The larger specimens revealed a slight reduction in compressive strength between 1.4% and 9.5%, while a considerable reduction was recorded in flexural strength, where the larger specimens showed reduction ratios between 19.1% and 35.6%. Furthermore, the experimental and FE findings were in satisfactory agreement and exhibited virtually identical overall trends.

In this study, the effectiveness was investigated of shear strengthening techniques in reinforced concrete (RC) deep beams incorporating stainless steel plates (SSPs). Four RC deep beams were tested under incremental static loading until failure to examine the proposed strengthening techniques. The key parameters considered in this study included the arrangement of the externally bonded SSPs. The experimental findings demonstrated that strengthening using SSPs led to substantial improvements in their performance compared to the unstrengthened control beam. The use of SSPs increased the ultimate shear capacity by 129 to 175% over the control specimen. Finite element models (FEMs) were developed to simulate the responses of the tested beams strengthened using SSPs. Parametric studies were then conducted using the validated FEM to investigate to identify the effects of the area of SSPs on the shear capacity of the beams. The parametric studies concluded that increasing the plate thickness resulted in the enhanced shear capacity of the deep beam specimens up to a critical point upon which the increases in the thickness have insignificant effects on the shear strength. The accuracy of the design equations given by European and American codes in predicting the shear strength of the deep beams is examined.

This study aimed to develop eco-friendly limestone calcined clay cement (LC3)-based lightweight bricks by reusing waste rockwool (RW) with the improvement of technical performances such as thermo-physical and mechanical, including fire-resistance performances. LC3 binder was blended with expanded clay (EC) aggregates at a ratio of binder-to-aggregate of 1:1.5 (vol%). EC was substituted by waste RW at different percentages, ranging from 5 to 15 vol%. Several technical properties such as density, compressive strength, total porosity, water absorption, thermal conductivity, and thermal diffusivity were investigated after 7 days of curing. The fire-resistance performance of the developed bricks was determined by assessing the residual compressive strength after exposure to standard fire for up to an hour. With dry bulk densities ranging from 1200 to 1360 kg/m3 and compressive strengths (>8.60 MPa), the developed brick met the acceptance criteria for non-load-bearing applications. Even at the highest dosage of RW, the results demonstrated a thermal conductivity as low as 0.36 W/mK, indicating that the developed brick is suitable for hot weather zones, as it reduces the heat flow into buildings. The partial replacement of EC by RW is very beneficial in enhancing the fire-resistance performance, and a residual strength of about 89.7% has been maintained by the bricks incorporating 5% waste RW after 1 h of fire exposure (employing a maximum applied temperature of 927 °C). Lifecycle assessment results indicated that up to 13% lower carbon emissions are associated with LC3-based lightweight bricks designed to reuse a higher amount of waste RW.