Wpływ substytucji włókien bazaltowych przez włókna węglowe na właściwości mechaniczne prętów B/CFRP (HFRP)

• Autorzy: Protchenko K. , Dobosz J. , Urbański M. , Garbacz A.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2016.17

Warianty tytułu

EN

Influence of substitution of basalt fibres by carbon fibres on the mechanical properties of B/CFRP (HFRP)

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W niniejszym artykule przedstawiono analityczne i numeryczne obliczenia mechanicznych właściwości obecnie opracowywanych prętów hybrydowych HFRP (Hybrid Fibre Reinforced Polymer) powstałych poprzez zastąpienie (substytucję) części włókien bazaltowych BFRP (Basalt Fibre Reinforced Polymer) włóknami węglowymi CFRP (Carbon Fibre Reinforced Polymer). W tym aspekcie termin ,,substytucja” rozumiany będzie jako modyfikacja prętów BFRP polegająca na zastąpieniu pewnej części włókien bazaltowych przez włókna węglowe. Celem analizy jest określenie optymalnego modelu prętów hybrydowych HFRP, które stanowiłyby realną alternatywę dla prętów stalowych stosowanych do zbrojenia konstrukcji betonowych. Zamiana włókien bazaltowych, włóknami węglowymi prowadzi do uzyskania lepszych właściwości mechanicznych prętów. Względy ekonomiczne skłaniają do ograniczenia procentowego udziału włókien węglowych w prętach HFRP do rozsądnej wielkości, oraz zastosowaniu włókien węglowych o stosunkowo niedużej wytrzymałości (Low Strength Carbon Fibres) jak na włókna CFRP. W pracy przedstawiony został opis struktury pręta hybrydowego, oszacowanie właściwości mechanicznych wzdłuż i w poprzek włókien, a także wpływ układu włókien w przekroju poprzecznym pręta na jego zachowanie mechaniczne. Analizę przeprowadzono dla różnych proporcji udziału włókien węglowych do włókien bazaltowych (1:9; 1:4; 1:3; 1:2; 1:1) w prętach HFRP. Rozpatrzono dwa przypadki rozmieszczenia włókien w przekroju poprzecznym pręta (Bar Architecture). Pierwszy z włóknami węglowymi zlokalizowanymi w rdzeniu, natomiast drugi z włóknami węglowymi usytuowanymi w powierzchniowej warstwie pręta.

EN

This paper introduces both an analytical and numerical study that investigates the mechanical performance of recently developing HFRP bars, which were created by substitution of the part of basalt fibres BFRP by the part of carbon fibres CFRP. In this aspect the term “substitution” might be understood as modification of BFRP bars, where part of basalt fibres will be replaced by carbon fibres. Substitution is aimed at achieving of better properties in obtained material. The objective of this study is to identify optimal model of HFRP bars, which provides an alternative to steel bars for enhancing concrete structures. Replacing of basalt fibres by carbon fibres provides better properties in mechanical performance of the bars. From economical point of view, for HFRP bars in combination with basalt fibres it is proposed to use carbon fibres with low strength (LS carbon fibres) and relatively small amount of volume fraction of carbon fibres to whole amount of fibres. This work represents description of the hybrid bar structure, estimation of properties of the bar in fibre and transverse directions and influence of fibre arrangement on mechanical properties of the bar. Analysis was performed for bars with different ratio between fibres of carbon and fibres of basalt (1:9; 1:4; 1:3; 1:2; 1:1). Investigations were done for two different bar architecture arrangements, where carbon fibres are estimated in the first case in the region near the edge and in another case in core region.

Słowa kluczowe

PL

pręt zbrojeniowy; BFRP; CFRP; kompozyt hybrydowy; HFRP; architektura pręta; właściwości mechaniczne

EN

rebar; BFRP; CFRP; hybrid composite; HFRP; bar architecture; mechanical properties

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2016
• Tom: z. 63, nr 1/I
• Strony: 149--156
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Protchenko K.

• Politechnika Warszawska

autor

Dobosz J.

• Politechnika Warszawska

autor

Urbański M.

• Politechnika Warszawska

autor

Garbacz A.

• Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1] Abdel Gfahaar M., Mazen A.A., El-Mahallawy N.A.: Application of the rule of mixtures and Halpin-Tsai equations to woven fabric reinforced epoxy composites, Journal of Engineering Sciences, vol. 34, 2006, pp. 227-236.
• [2] Bakis C. E., Nanni A., Terosky J. A., Koehler S. W.: Self-Monitoring, Pseudo-Ductile, Hybrid FRP Reinforcement Rods for Concrete Applications, Composites Science and Technology, 2001, pp.815-823.
• [3] Chikhradze N.M., Japaridze L.A., Abashidze G.S.: Properties of Basalt Plastics and of Composites Reinforced by Hybrid Fibers in Operating Conditions, Composites and Their Applications, 2012, pp. 221-246, http://www.intechopen.com.
• [4] Dorigato A., Pegoretti A.: Flexural and impact behaviour of carbon/basalt fibers hybrid laminates, Journal of Composite Materials, vol. 48, 2014, pp. 1121-1130.
• [5] Garbacz A., Urbański M., Łapko A.: BFRP bars as an alternative reinforcement of concrete structures - Compatibility and adhesion issues, Advanced Material Research, Vol 1129, 2015, pp.233-241.
• [6] Kormanikova E., Kotrasova K.: Elastic mechanical properties of fiber reinforced composite materials, Chem. Listy 105, LMV 2010 Regular Papers, 2011, pp. 758-762.
• [7] Mufti A., Erki M.A., Jaeger L.: Advanced composites materials with application to bridges, Canadian Society of Civil Engineers, 1991, Montreal, Canada.
• [8] Parnas R., Shaw M., Liu Q.: Basalt Fiber Reinforced Polymer Composites, Technical Report, Storrs, the USA, 2007.
• [9] Piekarski R.: Porównanie wybranych teorii sztywności kompozytów FRP, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Kompozyty, r. 6, nr 1, s. 26-31.
• [10] Urbański M., Łapko A.: Przyczynek do oceny stanu zarysowania belek z betonu zbrojonego prętami BFRP, Budownictwo i Architektura 13(3), 2014, s. 201-208.
• [11] Wang X., Wu G., and Wu Z.: Tensile property of prestressing basalt FRP and hybrid FRP tendons under salt solution, Proc., 6th Int. Conf. on FRP Composites in Civil Engineering, 2012, pp. 1-8.
• [12] Wu Z., Wang X., Wu G.: Basalt FRP composite as a reinforcement in infrastructure (keynote paper), the seventeenth annual international conference on composites/nano engineering (ICCE-17), 2009, Hawaii, USA.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.