Influence of compressive strength and curing time of fibre reinforced concrete on its residual flexural tensile strength

• Autorzy: Witkowski Paweł , Kuczma Mieczysław , Demby Michał , Rudnicki Tomasz

Identyfikatory

DOI

10.12913/22998624/201133

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Compressive strength is the basic parameter determining the quality of concrete. The addition of fibers to concrete allows us to create a composite with unique properties. The resulting fiber concrete can be tested in many ways, and one of the most interesting and still developing parameter is the residual flexural tensile strength. The current market situation in the construction industry in Central and Western Europe related to the problem of obtaining qualified manual workers and the prices of building materials encourage the design and thorough testing of increasingly complex products, including modern concrete. The relationship between compressive strength and residual strength is an unexplored area that is worth developing in scientific studies. The article presents the relationship between the compressive strength of designed fibre reinforced concrete and its residual flexural tensile strength. The test program included the analysis of concrete in compressive strength classes: C16/20, C25/30, C30/37 and C70/85 made of cement CEM II/B-V 42.5 R - HSR/NA and CEM I 42.5 N - MSR/NA. In each of the designed concrete classes, two types of hook-shaped steel fibres with variable slenderness (l/d ratio) of 50 and 67 were used. Fibre dosage was also diversified and set at 20, 30, 40 and 45 kg/m3 of the concrete mixture. Residual strength tests were performed in accordance with PN-EN 14651 using the ARAMIS device for digital image correlation. The experimental findings showing the relationship between the compressive strength of concrete and its residual flexural tensile strength are included. The experimental data obtained show that increasing the compressive strength class of concrete does not result in an evident increase in the residual flexural tensile strength. The research also analyzed the influence of curing time of concrete on its residual strength, including tests after 28, 180 and 360 days after concreting. The obtained results confirm the significant influence of steel fibres in transferring bending loads. The influence of sample maturation time on the compressive strength of the designed fibre concrete was also confirmed.

Słowa kluczowe

EN

fibre concrete; residual strength; tensile strength; steel fibre; digital image correlation; DIC

• Wydawca: Lublin University of Technology ; Polish Society of Ecological Engineering (PTIE), Branch of PTIE in Lublin
• Czasopismo: Advances in Science and Technology. Research Journal
• Rocznik: 2025
• Tom: Vol. 19, no. 4
• Strony: 329--341
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Witkowski Paweł

• Institute of Building Engineering, Faculty of Civil and Transport Engineering, Poznan University of Technology, Pl. M. Skłodowskiej-Curie 5, 60-965 Poznań, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2833-4243

autor

Kuczma Mieczysław

• Institute of Building Engineering, Faculty of Civil and Transport Engineering, Poznan University of Technology, Pl. M. Skłodowskiej-Curie 5, 60-965 Poznań, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-7427-3675

autor

Demby Michał

• Institute of Building Engineering, Faculty of Civil and Transport Engineering, Poznan University of Technology, Pl. M. Skłodowskiej-Curie 5, 60-965 Poznań, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-7505-1422

autor

Rudnicki Tomasz

• Institute Civil Engineering and Geodesy Faculty, Military University of Technology in Warsaw, ul. Gen. Sylwestra Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-4522-2750

Bibliografia

• 1. Neville A.M. Właściwości betonu. V edycja. Stowarzyszenie Producentów Cementu, Kraków 2012.
• 2. Kurdowski W. Chemia cementu i betonu. Stowarzyszenie Producentów Cementu, Kraków 2010, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2010.
• 3. Łukowski P. Modyfikacja materiałowa betonu. Stowarzyszenie Producentów Cementu, Kraków 2016.
• 4. PN-EN 206+A2_2021-08 Beton – wymagania, właściwości użytkowe, produkcja i zgodność.
• 5. Bajorek G., Golda A., Gruszczyński M., Kaszuba S., Kiernia-Hnat M., Kohutek Z., Piotrowska-Łój J. Beton – wymagania, właściwości, produkcja i zgodność. Stowarzyszenie Producentów Betonu Towarowego, Kraków 2014.
• 6. Witkowski P. Badanie wpływu użytego rodzaju cementu na wybrane cechy fizyko-mechaniczne napowietrzanych betonów SCC, Praca magisterska, Politechnika Poznańska, 2017.
• 7. PN-EN 197-1:2012 Cement - Część 1: Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące cementów powszechnego użytku.
• 8. PN-B-06265_2022-08 Beton – Wymagania, właściwości użytkowe, produkcja i zgodność - Krajowe uzupełnienie PN-EN 206+A2:2021-08.
• 9. Glinicki M. Beton ze zbrojeniem strukturalnym, XXV Ogólnopolskie Warsztaty Pracy Projektanta Konstrukcji, Szczyrk 2010; 1: 279–308.
• 10. Gondokusumo G.S., Venkateshwaran A., Li S., Liew J.Y.R. Residual flexural tensile strength of normal-weight and lightweight steel fibre-reinforced concrete at elevated temperatures. Construction and Building Materials 2023; 367: 130221.
• 11. Dok G., Caglar N., Ilki A., Yilmaz C. Effect of longitudinal reinforcement ratio on residual flexural capacity of high-strength reinforced concrete beams exposed to impact loading. Structures 2024; 67: 106914.
• 12. Mobasher B., Bakhshi M., Barsby C. Backcalculation of residual tensile strength of regular and high-performance fibre reinforced concrete from flexural tests. Construction and Building Materials 2014; 70: 243–253.
• 13. Ding C., Gao D., Guo A. Analytical methods for stress-crack width relationship and residual flexural strengths of 3D/4D/5D steel fibre reinforced concrete. Construction and Building Materials 2022; 346: 128438.
• 14. Zych T. Współczesny Fibrobeton – możliwość kształtowania elementów konstrukcyjnych i form architektonicznych. Czasopismo Techniczne, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej 2010; 18(8–A).
• 15. Łagosz A. Technologia wykonywania posadzek fibrobetonowych. IX Sympozjum naukowo-Techniczne Reologia w technologii betonu, Gliwice 2007; 37–51.
• 16. Danish Technological Institute. Guideline for execution of steel fibre reinforced SCC, September 2013.
• 17. Ponikiewski T. Badania losowości dystrybucji włókien w mieszankach na spoiwach cementowych. IX Sympozjum naukowo-Techniczne Reologia w technologii betonu, Gliwice 2007; 77–86.
• 18. Glinicki M. Evaluation and design of fibre reinforced concrete using the equivalent flexural strength. Instytut Badawczy Dróg i Mostów 2002; 1(3): 5–36.
• 19. Ponikiewski T., Gołaszewski J. The effect of casting by local moulds filling on the steel fibres distribution of self-compacting concrete beams and their strength. Cement Wapno Beton 2013; 80(2): 91–99.
• 20. PN-EN 1992-1-1:2008 Eurokod 2 Projektowanie konstrukcji z betonu - Część 1–1: Reguły ogólne i reguły dla budynków.
• 21. SS 812310:2014 Fibre Concrete – Design of Fibre Concrete Structures.
• 22. ACI PRC-544.4-18 Guide to Design with Fibre-Reinforced Concrete.
• 23. Nguyen N.T., Bui T.T., Bui Q.B. Fibre reinforced concrete for slabs without steel rebar reinforcement: Assessing the feasibility for 3D-printed individual houses. Case Studies in Construction Materials 2022; 16: e00950.
• 24. Pająk M., Ponikiewski T. Effect of the shape of steel fibres on the mechanical properties of reinforced self-compacting concrete. Cement Wapno Beton 2013; 80(6): 335–342.
• 25. Grzymski F., Musiał M. Fibrobeton metodyka badań właściwości wytrzymałościowych. Builder For The Future, Czerwiec 2017, 90–93.
• 26. Jóźwiak H., Bundyra-Oracz G., Siemaszko-Lotkowska D. Włókna do betonu – metody badań, kryteria zgodności oraz interpretacja wyników. Dni Betonu 2008.
• 27. Erdem R.T. Experimental and numerical study of fibre reinforced concrete beams in four-point bending. Cement Wapno Beton 2021; 26(5): 431–443.
• 28. Zych T., Najduchowska M., Rewera B. Wpływ rodzaju włókien na właściwości wytrzymałościowe oraz trwałościowe betonu posadzkowego. Dni Betonu 2021; 419–439.
• 29. PN-EN 12390-2:2019-07 Badania betonu. Część 2: Wykonywanie i pielęgnacja próbek do badań wytrzymałościowych.
• 30. PN-EN 12390-3:2019-07 Badania betonu. Część 3: Wytrzymałość na ściskanie próbek do badań.
• 31. PN-EN 14651+A1:2007 Metoda badania betonu zbrojonego włóknem stalowym. Pomiary wytrzymałości na rozciąganie przy zginaniu (granica proporcjonalności LOP).
• 32. Jasim M.H., Nasr M.S., Beiram A.A.H., Heil S.M. Mechanical, Durability and Electrical Properties of Steel Fibers Reinforced Concrete. Adv. Sci. Technol. Res. J. 2024; 18(7): 163–175.
• 33. M. A. O. Mydin. The Potential of Sisal Fiber as an Additive in Lightweight Foamed Concrete for Thermal Properties Enhancement. Adv. Sci. Technol. Res. J. 2022; 16(3): 89–97.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).