Mechanical properties of polymer fibre reinforced concrete in the light of various standards

• Autorzy: Blazy Julia , Drobiec Łukasz , Wolka Paweł

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2024.149866

Warianty tytułu

PL

Właściwości mechaniczne betonu zbrojonego włóknami polimerowymi w świetle różnych norm

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the results of a detailed experimental campaign including a compressive strength test, three- and four-point bending test (3PBT and 4PBT, respectively) of polymer fiber reinforced concrete with the addition of metakaolin. The comprehensive analysis included three Types of concrete mixture differing in amount and used polymer fibers. It was concluded that polymer fibers did not influence the maximum compressive and flexural tensile strength of concrete. On the other hand, they had a beneficial effect on the ductility, residual and equivalent flexural tensile strengths, and fracture energy of samples. The mixtures of Type 1 and 2 were characterized by softening behaviour but the mixture of Type 3 by soft-hardening behaviour. In the 3PBT, the residual flexural tensile strengths obtained according to EN 14651 did not correspond clearly with equivalent flexural tensile strengths calculated in compliance with RILEM TC 162-TDF. It is noteworthy that the effectiveness and correctness of equations presented in other work of the authors referring to dependencies between deflection, crack and tip mouth opening displacements for the 3PBT were confirmed on samples with different composition and fibers. Based on the 4PBT, the equivalent flexural tensile strengths according to JCI-SF4 standard were calculated and the correlations with the results from 3PBT were defined.

PL

Obecnie coraz większy nacisk kładzie się na zrównoważony rozwój produkcji i konsumpcji betonu. Wynika to z faktu, że produkcja cementu odpowiada za około 5% światowej emisji CO2. W celu znalezienia korzystniejszego rozwiązania dla prefabrykowanych korytek ściekowych uwzględniającego zalecenia redukcji CO2 oraz polepszenia właściwości mechanicznych i trwałościowych, zmodyfikowano skład mieszanki betonowej. Zastosowano metakaolin (MK) jako częściowy zamiennik cementu w celu zmniejszenia ilości klinkieru oraz dodano do mieszanki betonowej włókna polimerowe (PF). W artykule przedstawiono wyniki szczegółowej kampanii eksperymentalnej obejmującej testy wytrzymałości na ściskanie, trzy- i czteropunktowe zginanie (odpowiednio testy 3PBT i 4PBT) betonu zbrojonego włóknami polimerowymi (PFRC) z dodatkiem MK. Badania obejmowały trzy typy mieszanek betonowych różniące się ilością oraz typem zastosowanych PF. Każda mieszanka betonowa zawierała zarówno mikro- jak i makrowłókna polimerowe (odpowiednio mikroPF i makroPF), zatem można je było nazwać hybrydowymi PFRC. Typ 1 i 2 zawierał 2,0 kg/m3 makroPF i 1,0 kg/m3 mikroPF, różnica polegała na rodzaju włókna makro. Natomiast do Typu 3 dodano 2,5 i 0,5 kg/m3 makro- i mikroPF, odpowiednio, rodzaj włókien był taki sam jak w Typie 2. Wykonano sześć kostek o wymiarach 150 × 150 × 150 mm do testów wytrzymałości na ściskanie zgodnych z normą EN 206; sześć belek o wymiarach 150 × 150 × 700 mm do testów 3PBT zgodnych z normą EN 14651, które później nacięto w środku rozpiętości oraz trzy belki o wymiarach 150 × 150 × 700 mm do testów 4PBT zgodnych z normą EN 12390-5. W wyniku badań stwierdzono, że dodatek PF do mieszanki betonowej nie wpłynął na wytrzymałość na ściskanie betonu. Średnia wytrzymałość na ściskanie fc wyniosła 44,44 MPa, a klasę betonu dla wszystkich badanych typów betonu określono jako C30/37.

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 70, nr 2
• Strony: 323--342
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Blazy Julia

• Silesian University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Gliwice, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-9525-8650

autor

Drobiec Łukasz

• Silesian University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Gliwice, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-9825-6343

autor

Wolka Paweł

• Astra Technologia Betonu sp. z o.o., Straszyn, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-7921-720X

Bibliografia

• [1] J. Blazy, R. Blazy, and Ł. Drobiec, “Glass fiber reinforced concrete as a durable and enhanced material for structural and architectural elements in smart city – a review”, Materials, vol. 15, no. 8, art. no. 2754, 2022, doi: 10.3390/ma15082754.
• [2] A. Sobotka, K. Linczowski, and A. Radziejowska, “Determinants of substitution in the environmental aspect of sustainable construction”, Archives of Civil Engineering, vol. 69, no. 1, pp. 163-179, 2023, doi: 10.24425/ace.2023.144166.
• [3] S.K. Seyedebrahimi, A. Mirjalili, and A. Sadeghian, “Identification and prioritization of factors influencing the increase in construction costs of building investments using factor analysis”, Archives of Civil Engineering, vol. 67, no. 3, pp. 705-722, 2021, doi: 10.24425/ace.2021.138079.
• [4] Instytut Techniki Budowlanej ITB, “Environmental Product Declaration Type III ITB – Cements CEM I, CEM II, CEM III, CEM IV, CEM V produced in Poland”. 2020. [Online]. Available: https://www.polskicement.pl/wp-content/uploads/2021/12/Deklaracja-srodowiskowa-ENG.pdf.
• [5] Polish Cement Association, “Spajamy Europejski Zielony Ład – Osiągnięcie neutralności emisyjnej w łancuchu wartości cementu i betonu do roku 2050”. 2020. [Online]. Available: https://www.polskicement.pl/wp-content/uploads/2020/05/SPC-CEMBUREAU-2050-ROADMAP_PL.pdf.
• [6] Polish Cement Association, Concrete a low emission building material. Kraków: Polish Cement Association, 2021.
• [7] A.A. Abouhussien and A.A.A. Hassan, “Optimizing the durability and service life of self-consolidating concrete containing metakaolin using statistical analysis”, Construction and Building Materials, vol. 76, pp. 297-306, 2015, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2014.12.010.
• [8] M.A. Chandak and P.Y. Pawade, “Influence of metakaolin in concrete mixture: a review”, The International Journal of Engineering and Science, pp. 37-41, 2018.
• [9] G.L. Thankam and N.T. Renganathan, “Ideal supplementary cementing material – Metakaolin: a review”, International Review of Applied Sciences and Engineering, vol. 11, no. 1, pp. 58-65, 2020, doi: 10.1556/1848.2020.00008.
• [10] E. Güneyisi, M. Gesoglu, Z. Algin, and K. Mermerdaş, “Optimization of concrete mixture with hybrid blends of metakaolin and fly ash using response surface method”, Composites Part B: Engineering, vol. 60, pp. 707-715, 2014, doi: 10.1016/j.compositesb.2014.01.017.
• [11] A.M. Matos, L. Maia, S. Nunes, and P. Milheiro-Oliveira, “Design of self-compacting high-performance concrete: Study of mortar phase”, Construction and Building Materials, vol. 167, pp. 617-630, 2018, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2018.02.053.
• [12] B. B. Sabir, S.Wild, and J. Bai, “Metakaolin and calcined clays as pozzolans for concrete: a review”, Cement & Concrete Composites, vol. 23, no. 6, pp. 441-454, 2001, doi: 10.1016/S0958-9465(00)00092-5.
• [13] H.S. Wong and H.A. Razak, “Efficiency of calcined kaolin and silica fume as cement replacement material for strength performance”, Cement and Concrete Research, vol. 35, no. 4, pp. 696-702, 2005, doi: 10.1016/j.cemconres.2004.05.051.
• [14] S. Issac and A. Paul, “A literature review on the effect of metakaolin and fly ash on strength characteristics of concrete”, International Journal Of Advance Research And Innovative Ideas In Education, vol. 4, no. 2, pp. 6-11, 2018, doi: 16.0415/IJARIIE-7446.
• [15] V. Shah and S. Bishnoi, “Use of marble dust as clinker replacement in cements”, in Advances in structural engineering, V. Matsagar, Ed. Springer India, 2015, pp. 1717-1724, doi: 10.1007/978-81-322-2187-6_130.
• [16] Ł. Drobiec and J. Blazy, “Współczesne niemataliczne zbrojenie rozproszone stosowane w konstrukcjach betonowych”, Izolacje, vol. 61, no. 5, pp. 70-84, 2020.
• [17] J. Blazy, Ł. Drobiec, and P. Wolka, “Flexural tensile strength of concrete with synthetic fibers”, Materials, vol. 14, no. 16, art. no. 4428, 2021, doi: 10.3390/ma14164428.
• [18] J. Blazy and R. Blazy, “Polypropylene fiber reinforced concrete and its application in creating architectural forms of public spaces”, Case Studies in Construction Materials, vol. 14, art. no. e00549, 2021, doi: 10.1016/j.cscm.2021.e00549.
• [19] EN 12390-1:2021 Testing hardened concrete – Part 1: Shape, dimensions and other requirements for specimens and moulds.
• [20] EN 12390-2:2019 Testing hardened concrete – Part 2: Making and curing specimens for strength tests.
• [21] EN 206:2013+A2:2021 Concrete – Specification, performance, production and conformity.
• [22] EN 14651+A1:2007 Test method for metallic fibre concrete – Measuring the flexural tensile strength (limit of proportionality (LOP), residual).
• [23] EN 12390-5:2009 Testing hardened concrete – Part 5: Flexural strength of test specimens.
• [24] “RILEM TC 162-TDF: Test and design methods for steel fibre reinforced concrete, final recommendations”, Materials and Structures, vol. 35, no. 9, pp. 579-582, 2002.
• [25] JSCE-SF4 Methods of tests for flexural strength and flexural toughness of fiber reinforced concrete. 1984.
• [26] The Concrete Society, Technical Report 34. Concrete industrial ground floors. A guide to design and construction, 3rd ed. The Concrete Society, 2003.