Test of the strength of concrete with the addition of waste fibers

• Autorzy: Sanok Artur , Lehmann Marek , Domski Jacek

Identyfikatory

DOI

10.15199/33.2025.10.26

Warianty tytułu

PL

Badanie wytrzymałości betonu z dodatkiem włókien odpadowych

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The aim of this article is to determine selected properties of concrete fiber composite containing fibers derived from recycled tires (so-called steel cord). The tests were conducted on five mixtures with varying volumetric additions of fibers (0.50, 0.75, 1.00, 1.25, 1.50%) as well as a control mixture without fibers. Experiments were carried out to verify compressive strength, splitting tensile strength, residual flexural strength, and to determine the proportional limit and secant modulus of elasticity. An increase in the mechanical and deformation properties of the analyzed composites was noted along with an increase in the volumetric proportion of fibers. The compressive strength increased by 1.32% to 13.63%, the secant modulus of elasticity increased by 1.79% to 3.67%, the splitting tensile strength grew by 5.11% to 28.98%, and the proportional limit increased by 3.89% to 20.59%. The results indicate an improvement in the strength properties and a change in the deformation characteristics of the composite with steel cord additive compared to the reference concrete.

PL

W artykule przedstawiono wybrane właściwości fibrokompozytu betonowego z włóknami pochodzącymi z recyklingu opon (tzw. kordu stalowego). Badania dotyczyły pięciu mieszanek z dodatkiem włókien o różnej gęstości (0,50, 0,75, 1,00, 1,25, 1,50%) oraz mieszanki kontrolnej bez włókien. Wykonano badania mające na celu weryfikację wytrzymałości na ściskanie, wytrzymałości na rozciąganie przy rozłupywaniu, wytrzymałości resztkowej przy zginaniu i określenie granicy proporcjonalności oraz siecznego moduł sprężystości. Odnotowano poprawę cech wytrzymałościowo-odkształceniowych analizowanych kompozytów wraz ze zwiększeniem udziału objętościowego włókien. Wytrzymałość na ściskanie zwiększyła się o 1,32 – 13,63%, sieczny moduł sprężystości o 1,79 – 3,67%, wytrzymałość na rozciąganie przy rozłupywaniu o 5,11 – 28,98%, a granica proporcjonalności o 3,89 – 20,59%. Wyniki wskazują na poprawę cech wytrzymałościowych oraz zmianę właściwości odkształceniowych kompozytu z dodatkiem kordu stalowego w porównaniu z betonem wzorcowym.

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Materiały Budowlane
• Rocznik: 2025
• Tom: nr 10
• Strony: 224--231
• Opis fizyczny: Bibliogr. 40 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Sanok Artur

• Politechnika Koszalińska, Wydział Inżynierii Lądowej, Środowiska i Geodezji

• https://orcid.org/0000-0001-5651-7007

autor

Lehmann Marek

• Politechnika Koszalińska, Wydział Inżynierii Lądowej, Środowiska i Geodezji

• https://orcid.org/0000-0002-1314-3014

autor

Domski Jacek

• Politechnika Koszalińska, Wydział Inżynierii Lądowej, Środowiska i Geodezji

• https://orcid.org/0000-0002-5112-1035

Bibliografia

• [1] Liew K.M., Akbar A. The recent progress of recycled steel fiber reinforced concrete.Constr Build Mater. 2020.DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.117232.
• [2] Abdolpour H., Niewiadomski P., Sadowski Ł. Recycling of steel fibres and spent equilibrium catalyst in ultra-high performance concrete: Literature review, research gaps, and future development. Constr Build Mater. 2021. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.125147.
• [3] Awolusi T.F., Oke O.L., Atoyebi O.D., Akinkurolere O.O., Sojobi A.O. Waste tires steel fiber in concrete: a review. Innovative Infrastructure Solutions. 2021. DOI: 10.1007/s41062-020-00393-w.
• [4] Zia A., Pu Z., Holly I., Umar T., Tariq M.A.U.R., Sufian M. A Comprehensive Review of Incorporating Steel Fibers of Waste Tires in Cement Composites and Its Applications, Materials. 2022. DOI: 10.3390/ma15217420.
• [5] Zhang P., Wang C., Wu C., Guo Y., Li Y., Guo J. A review on the properties of concrete reinforced with recycled steel fiber from waste tires. Reviews on advanced materials science. 2022. DOI: 10.1515/rams-2022-0029.
• [6] Moasas A.M., Amin M.N., Khan K., Ahmad W., Al-Hashem M.N.A., Deifalla A.F., Ahmad A. A worldwide development in the accumulation of waste tires and its utilization in concrete as a sustainable construction material: A review, Case Studies in Construction Materials. 2022. DOI: 10.1016/j.cscm.2022.e01677.
• [7] Neocleous K., Tlemat H., Pilakoutas K. Design Issues for Concrete Reinforced with Steel Fibers, Including Fibers Recovered from Used Tires, Journal of Materials in Civil Engineering. 2006. DOI: 10.1061/(ASCE)0899-1561(2006)18:5(677).
• [8] Samarakoon S.M.S.M.K., Ruben P., Wie Pedersen J., Evangelista L. Mechanical performance of concrete made of steel fibers from tire waste. Case Studies in Construction Materials. 2019. DOI: 10.1016/j.cscm.2019.e00259.
• [9] Leone M., Centonze G., Colonna D., Micelli F., Aiello M.A. Fiber-reinforced concrete with low content of recycled steel fiber: Shear behaviour, Constr Build Mater. 2018. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.11.101.
• [10] Fauzan F., Experimental study on the effect of steel fiber waste tyre on high strength concrete, International Journal of GEOMATE. 2019. DOI: 10.21660/2019.58.4772.
• [11] Revuelta D., Carballosa P., García Calvo J.L., Pedrosa F. Residual Strength and Drying Behavior of Concrete Reinforced with Recycled Steel Fiber from Tires, Materials. 2021. DOI: 10.3390/ma14206111.
• [12] Tlemat H., Pilakoutas K., Neocleous K. Stress-strain characteristic of SFRC using recycled fibres, Materials and Structures/Materiaux et Constructions. 2006. DOI: 10.1617/s11527-005-9009-4.
• [13] Aiello M.A., Leuzzi F., Centonze G., Maffezzoli A. Use of steel fibres recovered from waste tyres as reinforcement in concrete: Pull-out behaviour, compressive and flexural strength. Waste Management. 2009. DOI: 10.1016/j.wasman.2008.12.002.
• [14] Centonze G., Leone M., Aiello M.A. Steel fibers from waste tires as reinforcement in concrete: A mechanical characterization. Constr Build Mater. 2012. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2012.04.088.
• [15] Martinelli E., Caggiano A., Xargay H. An experimental study on the post-cracking behaviour of Hybrid Industrial/Recycled Steel Fibre-Reinforced Concrete, Constr Build Mater. 2015. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2015.07.007.
• [16] Pająk M., Application of Fibers from End-of-Life Tires as a Self-Compacting Concrete Reinforcement – An Experimental Study, Architecture, Civil Engineering, Environment. 2018. DOI: 10.21307/acee-2018-011.
• [17] Hu H., Papastergiou P., Angelakopoulos H., Guadagnini M., Pilakoutas K. Mechanical properties of SFRC using blended manufactured and recycled tyre steel fibres, Constr Build Mater. 2018. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.12.116.
• [18] Hu H., Papastergiou P., Angelakopoulos H., Guadagnini M., Pilakoutas K. Mechanical properties of SFRC using blended Recycled Tyre Steel Cords (RTSC) and Recycled Tyre Steel Fibres (RTSF). Constr Build Mater. 2018. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.07.206.
• [19] Pająk M. Badania betonu zbrojonego włóknami ze zużytych opon samochodowych. Inżynieria i Budownictwo. 2018; vol. 5: 267 - 270.
• [20] Pająk M. Concrete reinforced with various amounts of steel fibers reclaimed from end-of-life tires, MATEC Web of Conferences. 2019. DOI: 10.1051/matecconf/201926206008.
• [21] Pająk M., Krystek M., Zakrzewski M., Domski J. Laboratory Investigation and Numerical Modelling of Concrete Reinforced with Recycled Steel Fibers, Materials. 2021. DOI: 10.3390/ma14081828.
• [22] Pająk M., Wandzik G. Laboratory Tests of Concrete Beams Reinforced with Recycled Steel Fibres and Steel Bars, Materials. 2021. DOI: 10.3390/ma14226752.
• [23] Pawelska-Mazur M., Kaszynska M. Mechanical Performance and Environmental Assessment of Sustainable Concrete Reinforced with Recycled End-of-Life Tyre Fibres, Materials. 2021. DOI: 10.3390/ma14020256.
• [24] Fantilli A.P., Orfeo B., Pérez Caldentey A. The deflection of reinforced concrete beams containing recycled steel fibers. Structural Concrete. 2021. DOI: 10.1002/suco.202000729.
• [25] Zeybek Ö., Özkılıç Y.O., Çelik A.İ., Deifalla A.F., Ahmad M., Sabri Sabri M.M. Performance evaluation of fiber-reinforced concrete produced with steel fibers extracted from waste tire. Front Mater. 2022. DOI: 10.3389/fmats.2022.1057128.
• [26] EN 1008:2002, Mixing water for concrete. Specification for sampling, testing and assessing the suitability of water, including water recovered from processes in the concrete industry, as mixing water for concrete.
• [27] PN-EN 1766:2001 Wyroby i systemy do ochrony i napraw konstrukcji betonowych. Metody badań – Betony wzorcowe do badań.
• [28] PN-EN 12390-1:2021 Badania betonu – Część 1: Kształt, wymiary i inne wymagania dotyczące próbek i form.
• [29] PN-EN 14651+A1:2007 Metoda badania betonu zbrojonego włóknem stalowym – Pomiary wytrzymałości na rozciąganie przy zginaniu (granica proporcjonalności LOP).
• [30] PN-EN 12390-2:2019 Badania betonu – Część 2: Wykonywanie i pielęgnacja próbek do badań wytrzymałościowych.
• [31] PN-EN 12350-3:2019 Badania mieszanki betonowej – Część 3: Badanie konsystencji metodą Vebe.
• [32] PN-EN 12390-7:2019 Badania betonu – Część 7: Gęstość betonu.
• [33] PN-EN 12390-3:2019 Badania betonu – Część 3: Wytrzymałość na ściskanie próbek do badań.
• [34] PN-EN 12390-13:2021 Badania betonu – Część 13: Wyznaczanie siecznego modułu sprężystości przy ściskaniu.
• [35] PN-EN 12390-6:2011 Badania betonu – Część 6: Wytrzymałość na rozciąganie przy rozłupywaniu próbek do badań.
• [36] FIB Model Code 2010: Comité euro-international du béton – Fédération internationale de la précontrainte.
• [37] Kelpša Š., Augonis M., Daukšys M., Augonis A. Analysis of Crack Width Calculation of Steel Fibre and Ordinary Reinforced Concrete Flexural Members. Journal of Sustainable Architecture and Civil Engineering. 2014. DOI: 10.5755/j01.sace.6.1.6336.
• [38] Gouveia N.D., Fernandes N.A.G., Faria D.M.V., Ramos A.M.P., Lúcio V.J.G. SFRC flat slabs punching behaviour – Experimental research. Compos B Eng. 2014. DOI: 10.1016/j.compositesb.2014.04.005.
• [39] Parmentier B., Vandewalle L, Leuven K.U. Evaluation of the scatter of the post peak behaviour of fibre reinforced concrete in bending: A step toward reliability, Proceedings of 7th International RILEM Symposium on Fibre Reinforced Concrete: Design and Applications. 2008; pp. 133-143.
• [40] PN-EN 1992-1-1:2008 Eurokod 2 – Projektowanie konstrukcji z betonu – Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków.