Properties of metahalloysite-based geopolymer composites reinforced with steel fibres

• Autorzy: Owsiak Zdzisława , Szczykutowicz Katarzyna

Identyfikatory

DOI

10.15199/33.2025.07.13

Warianty tytułu

PL

Właściwości kompozytów geopolimerowych z metahaloizytu wzmocnionych włóknami stalowymi

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

This article presents the results of tests on water absorption, compressive strength, and flexural tensile strength of metahalloysite-based geopolymer composites with an activator composed of sodium silicate and 8M NaOH, used in varying weight ratios ranging from 1 to 3. Steel fibres up to 0.75 per cent by volume were added to the geopolymers. The geopolymers were cured for 28 days in water or in air at temperature of 20°C±2°C. The paper also includes microstructure images of the geopolymer mortar reinforced with steel fibres. The results showed that the mortars cured in water exhibited lower 28-day flexural tensile strength and compressive strength compared to the samples stored in air. The addition of steel fibres in amounts up to 0.75% by volume led to an increase in flexural tensile strength of up to approximately two times relative to the fibre-free reference.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badania nasiąkliwości wagowej, wytrzymałości na ściskanie oraz rozciąganie przy zginaniu kompozytów geopolimerowych z metahaloizytu z aktywatorem o zmiennym stosunku wagowym sodowego szkła wodnego do 8M NaOH wynoszącym od 1 do 3. Do geopolimerów dodano włókna stalowe w ilości do 0,75% obj. Geopolimery dojrzewały przez 28 dni w wodzie lub powietrzu w temperaturze 20°C±2°C. W artykule zamieszczono także obrazy mikrostruktury zaprawy geopolimerowej z włóknem stalowym. Wyniki wykazały, że zaprawa dojrzewająca w wodzie charakteryzuje się mniejszą 28-dniową wytrzymałością na rozciąganie przy zginaniu oraz wytrzymałością na ściskanie w porównaniu z próbkami przechowywanymi w powietrzu. Dodatek włókien stalowych w ilości do 0,75% objętościowo powoduje ok. dwukrotne zwiększenie wytrzymałości na rozciąganie przy zginaniu w odniesieniu do wytrzymałości bez dodatku włókien.

Słowa kluczowe

EN

metahalloysite; geopolymer composite; fibre reinforced composite; steel fibre; sodium activator; strength testing

PL

metahaloizyt; kompozyt geopolimerowy; kompozyt zbrojony włóknami; włókno stalowe; aktywator sodowy; badanie wytrzymałościowe

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Materiały Budowlane
• Rocznik: 2025
• Tom: nr 7
• Strony: 94--101
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Owsiak Zdzisława

• Kielce University of Technology

• https://orcid.org/0000-0002-9278-912X

autor

Szczykutowicz Katarzyna

• Kielce University of Technology

• https://orcid.org/0009-0000-7324-0935

Bibliografia

• [1] Ranjbar N., Zhang M. Fiber-reinforced geopolymer composites: A review, Cement and Concrete Composites. 2020; https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2019.103498.
• [2] Shaikh F.U.A. Pullout Behavior of Hook End Steel Fibers in Geopolymers. J. Mater. Civ. Eng. 2019; https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0002722.
• [3] Mikuła J., Łach M., Geopolimery zbrojone rozproszonymi włóknami stalowymi w: Mikuła, J. (red), Rozwiązania proekologiczne w zakresie produkcji. Wydawnictwo Politechnika Krakowska. Kraków; 2014.
• [4] Albitar M., et all. Bond Slip Models for Uncorroded and Corroded Steel Reinforcement in Class-F Fly Ash Geopolymer Concrete. American Society of Civil Engineers; 2016.
• [5] Ranjbar N., Talebian S., Mehrali M., Kuenzel C., Metselaar H.S.C., Jumaat M.Z. Mechanisms of interfacial bond in steel and polypropylene fiber reinforced geopolymer composites. Composites Science and Technology. 2016; http://dx.doi.org/10.1016/j.compscitech.2015.11.009.
• [6] Bernal S., De Gutierrez R., Delvasto S., Rodriguez E. Performance of an alkali-activated slag concrete reinforced with steel fibers. Constr BuildMater. 2010; 24: 208-214.
• [7] Li X., Rao F., Song S., Corona-Arroyod M.A., Ortiz-Larab N., Aguilar-Reyesb E.A. Effects of aggregates on the mechanical properties and microstructure of geothermal metakaolin-based geopolymers. Results in Physics. 2018; https://doi.org/10.1016/j.rinp.2018.09.018.
• [8] Sakiewicz P., Nowosielski R., Pilarczyk W., Gołombek K., Lutyński M. Selected properties of the halloysite as a component of Geosynthetic Clay Liners (GCL). Journal of Achivements in Materials and Manufacturing Engineering. 2011; 48 (2): 177 - 191.
• [9] PN-EN 196-1:2016-07 Metody badania cementu – Część 1: Oznaczanie wytrzymałości
• [10] PN-EN 1015-3. Metody badań zapraw do muru. Określenie konsystencji świeżej zaprawy (za pomocą stolika rozpływu). 2000.
• [11] PN-85 B-04500. Zaprawy budowlane. Badanie cech fizycznych i wytrzymałościowych. 1985.
• [12] Gao X., Yu Q.L., Yu R., Brouwers H. J. H. Evaluation of hybrid steel fiber reinforcement in high performance geopolymer composites. Materials and Structures. 2017; https://doi.org/10.1617/s11527-017-1030-x.
• [13] Abdullah M.M.A.B., Tahir M.F.M., Tajudin M.A.F.M.A., Ekaputri J.J., Bayuaji R., Khatim N.A.M. Study on The Geopolymer Concrete Properties Reinforced with Hooked Steel Fiber. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2017; https://doi.org/10.1088/1757-899X/267/1/012014.
• [14] Kaya M. Effect of Steel Fiber Additive on High Temperature Resistance in Geopolymer Mortars. Iranian Journal of Science and Technology. Transactions of Civil Engineering. 2022; https://doi.org/10.1007/s40996-021-00798-2.
• [15] Bhutta A., Farooq M., Banthia N., Performance characteristics of micro fiber-reinforced geopolymer mortars for repair. Construction and Building Materials. 2019; https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.04.210.
• [16] Shah S., Chen B., Oderji S., Haque M., Ahmad M. Comparative study on the effect of fiber type and content on the performanceof one-part alkali-activated mortar. Constr. Build. Mater. 2020; 243, 118221.
• [17] Owsiak Z., Szczykutowicz K. Physical and mechanical properties of meta-halloysite-based geopolymer mortars. Cement Wapno Beton. 2023; https://doi.org/10.32047/CWB.2023.28.5.5.
• [18] Petri M. Alkalicznie aktywowane kompozytowe spoiwa mineralne. Granica kontaktowa pomiędzy stalą a stwardniałym zaczynem. Kompozyty. 2010; 10(3): 276 - 281.