Kasymov, T., Barpiev, B., Aidaraliev, Zh., Begaliev, U., & Omurbekov, I.
(2024).
Physical and mechanical properties of light and heavyweight concretes reinforced with basalt fibre.
Architectural Studies,
10(1),
151-162.
https://doi.org/10.56318/as/1.2024.151
Стаття
Фізико-механічні властивості легких і важких бетонів, армованих базальтовою фіброю
Анотація
Це дослідження було спрямоване на вивчення впливу базальтових фібр у бетонних сумішах для поліпшення їхніх фізико-механічних властивостей. Під час роботи використовували портландцемент марки ПЦ400 Д0, гранітний щебінь, перлітове гравійне наповнення і піщану крупку для створення бетонних сумішей різної щільності. Результати проведеної роботи підтвердили, що оптимальне дозування базальтових волокон відіграє ключову роль у досягненні найкращих механічних властивостей бетону. При правильному дозуванні до 3 %, волокна покращують структуру бетону, підвищуючи його міцність і тріщиностійкість. Однак при перевищенні цього рівня до 5 %, агломерація волокон і нестача цементної пасти для зв’язування заповнювачів призводять до зниження міцності бетону на вигин. Дослідження також виявило, що міцність на розрив і міцність на стиск бетону змінюються залежно від вмісту базальтових фібр. Міцність на розрив (вигин) показала тенденцію до збільшення при додаванні до 3 % волокон, з максимальним збільшенням на 11,3 % порівняно з вихідним зразком. Однак при подальшому збільшенні вмісту базальтових фібр, міцність почала знижуватися, підкреслюючи важливість дотримання оптимального дозування. Усадка бетону також змінювалася залежно від вмісту волокон: при збільшенні вмісту базальтових фібр усадка зменшувалася, що пов’язано з формуванням внутрішньої армувальної структури, яка перешкоджає переміщенню частинок бетону. У разі легких бетонів було виявлено аналогічні тенденції: міцність на стиск і міцність на вигин збільшувалися до певного рівня вмісту базальтових фібр, але потім знижувалися в разі перевищення оптимального дозування. Отримані результати підкреслюють важливість ретельного контролю дозування базальтових фібр під час проєктування бетонних конструкцій, оскільки недостатній або надлишковий вміст базальтових фібр може негативно вплинути на механічні властивості бетону. Оптимальне використання базальтових фібр може значно поліпшити міцність, тріщиностійкість та інші характеристики бетону, роблячи його більш стійким і довговічним у різних умовах експлуатації
Ключові слова
структура будівельних матеріалів; фібробетон; міцність на вигин; стиск; розривний розтяг; міцність на розрив; розривне розтягнення
Отримано 03.03.2024, Доопрацьовано 20.05.2024, Прийнято 20.06.2024
Взято з Том 10, № 1, 2024
ЦИТУВАТИ
https://doi.org/10.56318/as/1.2024.151
Сторінки 151-162
Використані джерела
[1] Al-Kharabsheh, B.N., Arbili, M.M., Majdi, A., Alogla, S.M., Hakamy, A., Ahmad, J., & Deifalla, A.F. (2023). Basalt fiber reinforced concrete: A compressive review on durability aspects. Materials, 16(1), article number 429. doi: 10.3390/ma16010429.
[2] Al-Rousan, E.T., Khalid, H.R., & Rahman, M.K. (2023). Fresh, mechanical, and durability properties of basalt fiber-reinforced concrete (BFRC): A review. Developments in the Built Environment, 14, article number 100155. doi: 10.1016/j.dibe.2023.100155.
[3] Anas, M., Khan, M., Bilal, H., Jadoon, Sh., & Khan, M.N. (2022). Fiber reinforced concrete: A review. Engineering Proceedings, 22(1), article number 3. doi: 10.3390/engproc2022022003.
[4] Biradar, S.V., Dileep, M.S., & Gowri, T.V. (2020). Studies of concrete mechanical properties with basalt fibers. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1006, article number 012031. doi: 10.1088/1757-899X/1006/1/012031.
[5] Dilbas, H., & Çakır, Ö. (2020). Influence of basalt fiber on physical and mechanical properties of treated recycled aggregate concrete. Construction and Building Materials, 254, article number 119216. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2020.119216.
[6] Dvorkin, L., Bordiuzhenko, O., Tekle, B.H., & Ribakov, Yu. (2021). A method for the design of concrete with combined steel and basalt fiber. Applied Sciences, 11(19), article number 8850. doi: 10.3390/app11198850.
[7] Elshazli, M.T., Ramirez, K., Ibrahim, A., & Badran, M. (2022). Mechanical, durability and corrosion properties of basalt fiber concrete. Fibers, 10(2), article number 10. doi: 10.3390/fib10020010.
[8] John, V.J., & Dharmar, B. (2021). Influence of basalt fibers on the mechanical behavior of concrete – a review. Structural Concrete, 22(1), 491-502. doi: 10.1002/suco.201900086.
[9] Khan, M., Cao, M., Xie, Ch., & Ali, M. (2022). Hybrid fiber concrete with different basalt fiber length and content. Structural Concrete, 23(1), 346-364. doi: 10.1002/suco.202000472.
[10] Li, H., Lin, J., Lei, X., & Wei, T. (2022a). Compressive strength prediction of basalt fiber reinforced concrete via random forest algorithm. Materials Today Communications, 30, article number 103117. doi: 10.1016/j.mtcomm.2021.103117.
[11] Li, Y., Zhang, J., He, Yi., Huang, G., Li, J., Niu, Zh., & Gao, B. (2022). A review on durability of basalt fiber reinforced concrete. Composites Science and Technology, 225, article number 109519. doi: 10.1016/j.compscitech.2022.109519.
[12] Li, Zh., Shen, A., Zeng, G., Chen, Zh., & Guo, Yi. (2022). Research progress on properties of basalt fiber-reinforced cement concrete. Materials Today Communications, 33, article number 104824. doi: 10.1016/j.mtcomm.2022.104824.
[13] Liu, F., Xu, K., Ding, W., Qiao, Ya., & Wang, L. (2021). Microstructural characteristics and their impact on mechanical properties of steel-PVA fiber reinforced concrete. Cement and Concrete Composites, 123, article number 104196. doi: 10.1016/j.cemconcomp.2021.104196.
[14] Liu, Q., Song, P., Li, L., Wang, Yu., Wang, X., & Fang, J. (2022). The effect of basalt fiber addition on cement concrete: A review focused on basalt fiber shotcrete. Frontiers in Materials, 9, article number 1048228. doi: 10.3389/fmats.2022.1048228.
[15] Liu, R., Li, H., Jiang, Q., & Meng, X. (2020). Experimental investigation on flexural properties of directional steel fiber reinforced rubberized concrete. Structures, 27, 1660-1669. doi: 10.1016/j.istruc.2020.08.007.
[16] Mohamed, O.A., Al Hawat, W., & Keshawarz, M. (2021). Durability and mechanical properties of concrete reinforced with basalt fiber-reinforced polymer (BFRP) bars: Towards sustainable infrastructure. Polymers, 13(9), article number 1402. doi: 10.3390/polym13091402.
[17] Pastsuk, V., Kiisk, M., Lõhmus, R., Merisalu, M., Kovaljov, S., Biland, A., & Gulik, V. (2020). Selection of basalt fiber with resistance to concrete alkaline environment. SN Applied Sciences, 2, article number 1842. doi: 10.1007/s42452-020-03677-z.
[18] Sagyndykov, A., Nurlybayev, B., Meirmanov, A., & Jappar, E. (2023). Foam fiber made of basalt fiber. Mechanics and Technologies, 3, 136-142. doi: 10.55956/GOKU4360.
[19] Tahwia, A.M., Helal, K.A., & Youssf, O. (2023). Chopped basalt fiber-reinforced high-performance concrete: An experimental and analytical study. Journal of Composites Science, 7(6), article number 250. doi: 10.3390/jcs7060250.
[20] Tamayo, P., Aghajanian, A., Rico, J., Setién, J., Polanco, J.A., & Thomas, C. (2022). Characterization of the adherence strength and the aggregate-paste bond of prestressed concrete with siderurgical aggregates. Journal of Building Engineering, 54, article number 104595. doi: 10.1016/j.jobe.2022.104595.
[21] Tashpolotov, Y., & Mamatov, E. (2022). Chemical composition of basalt rocks of the Kyzyl-Kiy deposit of the Kyrgyz Republic. Bulletin of Osh State University. Mathematics. Physics. Technical Sciences, 1, 81-91. doi: 10.52754/16948645_2022_1_8.
[22] Yang, L., Xie, H., Fang, S., Huang, C., Yang, A., & Chao, Y.J. (2021). Experimental study on mechanical properties and damage mechanism of basalt fiber reinforced concrete under uniaxial compression. Structures, 31, 330-340. doi: 10.1016/j.istruc.2021.01.071.
[23] Yu, H., Meng, T., Zhao, Yu., Liao, J., & Ying, K. (2022). Effects of basalt fiber powder on mechanical properties and microstructure of concrete. Case Studies in Construction Materials, 17, article number e01286. doi: 10.1016/j.cscm.2022.e01286.
[24] Zajac, M., Skocek, J., Durdzinski, P., Bullerjahn, F., Skibsted, J., & Haha, M.B. (2020). Effect of carbonated cement paste on composite cement hydration and performance. Cement and Concrete Research, 134, article number 106090. doi: 10.1016/j.cemconres.2020.106090.
[25] Zhang, Ch., Wang, Ya., Zhang, X., Ding, Ya., & Xu, P. (2021). Mechanical properties and microstructure of basalt fiber-reinforced recycled concrete. Journal of Cleaner Production, 278, article number 123252. doi: 10.1016/j.jclepro.2020.123252.
[26] Zhang, P., Wang, C., Gao, Zh., & Wang, F. (2023). A review on fracture properties of steel fiber reinforced concrete. Journal of Building Engineering, 67, article number 105975. doi: 10.1016/j.jobe.2023.105975.
[27] Zhao, Yu., Taheri, A., Karakus, M., Chen, Zh., & Deng, A. (2020). Effects of water content, water type and temperature on the rheological behaviour of slag-cement and fly ash-cement paste backfill. International Journal of Mining Science and Technology, 30(3), 271-278. doi: 10.1016/j.ijmst.2020.03.003.
[28] Zheng, Yu., Zhang, Y., Zhuo, J., Zhang, Ya., & Wan, C. (2022). A review of the mechanical properties and durability of basalt fiber-reinforced concrete. Construction and Building Materials, 359, article number 129360. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2022.129360.
[29] Zhou, H., Jia, B., Huang, H., & Mou, Ya. (2020). Experimental study on basic mechanical properties of basalt fiber reinforced concrete. Materials, 13(6), article number 1362. doi: 10.3390/ma13061362.