BazTech - Yadda

1

Research on the mechanical and electromagnetic properties of white Portland cement paste containing basalt fiber

Li Yue, Liu Yunze, Cheng Yaping, Jin Caiyun

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2023

|

Vol. 23, no. 1

art. no. e63, 2023

EN

The search for construction materials that contribute to 5G signal transmission is important for the development of modern communication technologies. In this paper, the mechanical properties of white Portland cement (WPC) paste mixed with basalt fiber (BF) were analyzed and its electromagnetic properties were fully investigated. First, the fluidity and strength of WPC pastes with different BF contents were tested. Subsequently, the electromagnetic parameters of WPC paste samples were tested in the frequency band of 3.94 GHz-5.99 GHz, and their electromagnetic transmission properties were calculated. Finally, the mechanism of BF affecting the strength and electromagnetic transmission performance of WPC pastes was profiled using scanning electron microscopy (SEM) and mercury intrusion porosimetry (MIP). The results show that BF can reduce the fluidity of WPC pastes. With the increase of BF doping, the strength of WPC paste rises and then decreases, and reaches the maximum strength when the volume content of BF is 0.6%. With the increase of BF content, the electromagnetic wave reflection rate of WPC paste decreases, but the absorption and transmission rate increases. The bridging effect of BF, etc. improves the strength of the paste. In WPC pastes, with the increase of BF doping, the increase of electromagnetic wave absorption rate is smaller than the decrease of reflection rate, which leads to the improvement of electromagnetic transmission performance.

2

Experimental and simulation study on stiffness of basalt fiber-reinforced plastic door interior trimming panel

Yao Yuanheng, Wang Shaoluo, Xu Liwang, Jiang Hao, Gu Yongqiang, Li Guangyao, Cui Junjia

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2023

|

Vol. 23, no. 1

art. no. e53, 2023

EN

Basalt fiber-reinforced polypropylene composites have been widely used in industrial production for lightweight designs owing to their low price, good mechanical properties and environmental friendliness. In this study, the automotive door interior trimming panel composed of basalt fiber (BF) reinforced polypropylene (PP) was prepared by injection molding. The effects of BF on the stiffness of PP automotive door interior trimming panels were studied by experiment and simulation. The indentation test was carried out by digital image correlation (DIC) technology. The finite element simulation (FES) was conducted and the result was compared with that of experiment to verify the accuracy of the FES. Then, the stiffness test and the FES of the automotive door interior trimming panels were implemented to study the effect of basalt fiber on the stiffness of polypropylene. Furthermore, the thickness of the automotive door interior trimming panel was optimized by stiffness simulation. The results showed that the indentation test had a great agreement with the FES results. The addition of BF could effectively improve the stiffness of polypropylene plastic automotive interior panel. The BF-reinforced polypropylene plastic automotive door interior trimming panel with a thickness of 1.0 mm had the same stiffness with polypropylene plastic automotive door interior trimming panel with a thickness of 2.4 mm.

3

Effect of the addition of basalt fiber on life-cycle anti-cracking behavior of concrete

Li Yue, Shen Aiqin, Guo Yinchuan

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2023

|

Vol. 23, no. 2

art. no. e92, 2023

EN

To evaluate the cracking resistance of basalt fiber reinforced concrete (BFRC) in different periods, including the curing period and the service period, restrained slab, restrained ring and three-point bending tests were conducted. In this investigation, various fiber lengths (i.e., 6 mm, 12 mm, and 18 mm) and fiber contents (ranging from 0.07% to 0.09%) were used to prepare BFRC. The plastic shrinkage behavior of BFRC was characterized by monitoring evaporation, bleeding, capillary pressure and plastic shrinkage strain, and the mechanism of the effect of the fibers in reducing plastic cracking was subsequently revealed. The restrained shrinkage strain in the steel ring was measured, and the cracking potential index (ΘCR) was assessed for all BFRC specimens. Furthermore, the fracture behavior, including the strain distribution and cracking process, was monitored by the digital image correlation (DIC) technique. The results showed that long basalt fibers (12 mm and 18 mm) effectively delayed the occurrence of the plastic settlement and reduced capillary pressure, resulting in a decreased crack width of concrete. The basalt fibers also led to a pronounced decrease in the ΘCR of the concrete, particularly at an early curing age (3 d). Moreover, the DIC test revealed that the crack occurrence was accompanied by a fuctuation in the strain field during the fracture process. Basalt fibers considerably slowed the formation and evolution of the strain stripes of the concrete under load, and consequently, the fracture energy and cracking resistance capacity of concrete can be improved by the addition of basalt fibers.

4

Kompozyty na osnowie polilaktydu wzmacniane włóknem bazaltowym z dodatkiem antybakteryjnych nanocząstek do zastosowań biomedycznych

Rusin-Żurek Karina, Kuciel Stanisław

Inżynieria Materiałowa

|

2022

|

Vol. 43, nr 3

26--31

PL

W pracy oceniono wpływ dodatku włókien bazaltowych oraz antybakteryjnych nanocząstek metali, nanotlenku miedzi (CuO) i nanotlenku cynku (ZnO) na właściwości wytrzymałościowe, a także wpływ degradacji hydrolitycznej na spadek właściwości wytrzymałościowych kompozytów wytworzonych metodą wtryskiwania na osnowie polilaktydu. W celu przeprowadzenia badań wytworzono 9 kompozycji z zawartością 5 i 15% mas. włókien bazaltowych oraz 2-proc. dodatkiem nanocząstek metali. Dodatkowo każdy z kompozytów posiadał 2% dodatku kompatybilizatora - promotora mieszalności. W celu oceny właściwości wytrzymałościowych kompozyty zostały poddane próbom rozciągania, zginania oraz udarności. Przeprowadzono także degradację hydrolityczną w roztworze soli fizjologicznej w temp. 40°C. Wykonano również mikrofotografie SEM na przełomach po rozciąganiu w celu oceny efektów wzmocnienia oraz stopnia homogenizacji. Wyniki badań wykazały, że dodatek włókien bazaltowych zwiększył wytrzymałość na rozciąganie i zginanie, a także zwiększył sztywność kompozycji. W warunkach degradacji hydrolitycznej po 7 tygodniach nastąpił znaczący 30-50-proc. spadek wytrzymałości i sztywności materiałów. Dodatek antybakteryjnych nanocząstek tlenków metali zmniejszył właściwości wytrzymałościowe. Na zdjęciach z mikroskopii elektronowej po rozciąganiu kompozytów z dodatkiem nanocząstek tlenku cynku zaobserwowano przełomy kruche z obszarami silnie rozwiniętymi. Na zdjęciach SEM kompozytów z dodatkiem nanotlenku miedzi wyraźniej obserwowane były powierzchnie ugrupowań krystalicznych z włóknami bazaltowymi w osnowie. Wytworzone kompozyty z włóknem bazaltowym i antybakteryjnymi nanocząstkami metali mogą poprawić właściwości użytkowe wtryskiwanych elementów do zastosowań biomedycznych.

EN

The study assessed the effect of the addition of basalt fibers and antibacterial metal nanoparticles, copper nanoxide (CuO) and zinc nanoxide (ZnO), on the strength properties and influence of hydrolytic degradation on the decrease strength properties of composites produced by injection molding based on a polylactide (PLA). In order to carry out the research, 9 compositions were prepared with the 5 and 15% by mass basalt fibers (BF) content and 2% addition of metal nanoparticles. Additionally, each of the composites had a 2% addition of a compatibilizer - a miscibility promoter. In order to assess the strength properties, the composites were subjected to a tensile, bending and impact tests. Hydrolytic degradation was performered in physiological saline solution at 40°C. SEM micrographs of samples breakthroughs were taken to assess the effects of enhancement and the homogenization. The test results showed that the addition of BF increased the tensile and bending strength, and also increased the stiffness of the composition. After 7 weeks of hydrolytic degradation there was a significant 30-50% decrease in the strength and stiffness of the materials. The addition of antimicrobial metal oxide nanoparticles decreases the strength properties. In the SEM photos after tensile tests the composites with the addition of ZnO nanoparticles, it could be observed cleavage fractures with areas of strong developed. The SEM photos of composites with the addition of CuO show more clearly the surfaces crystalline groups with BF in the matrix. The produced composites with BF and antibacterial metal nanoparticles can improve the functional properties of the injected elements for biomedical applications.

5

Badania doświadczalne wpływu włókien hybrydowych na zachowanie się belek żelbetowych przy zginaniu

Shanthi Vengadeshwari R., Jagannatha Reddy H.N., Prabhakara R.

Cement Wapno Beton

|

2022

|

R. 27, nr 1

59--70

PL

Dodatek włókien jest obiecującym rozwiązaniem, poprawiającym zachowanie belek żelbetowych przy zginaniu. Wpływa na poprawę właściwości tych belek w zakresie obciążenia szczytowego, plastyczności i absorpcji energii. Nieefektywne włókna mono w betonie działają bardzo efektywnie, gdy są połączone poprzez hybrydyzację i przyczyniają się do zwiększenia wytrzymałości. Hybrydyzacja włókien zapewnia poprawę właściwości mieszanki betonowej i stwardniałego betonu. Dla zapewnienia optymalnych właściwości użytkowych ważniejszy jest synergiczny efekt włókien. Wprowadzenie dwóch rodzajów włókien do matrycy betonowej skutecznie mostkuje rysy. W celu zbadania wpływu hybrydyzacji włókien na zginanie, przygotowano belki żelbetowe, przeprowadzono doświadczenia i porównano wyniki z belkami kontrolnymi. W niniejszej pracy zamierzano ocenić i porównać wpływ włókien stalowych i bazaltowych, w postaci mono i hybrydowej, na przebieg zginania, a mianowicie pierwsze obciążenie przy pęknięciu, zachowanie się pod wpływem obciążenia, plastyczność, szerokość pęknięcia i wytrzymałość na zginanie belek żelbetowych. Do oceny właściwości mechanicznych betonu zbrojonego włóknami klasy M40, wybrano udziały objętościowe włókien wynoszące 0,25%, 0,5% i 0,75%. Połączenie włókien bazaltowych z włóknami stalowymi, w znacznym stopniu poprawia właściwości poprzez synergię działania. Na podstawie ogólnej oceny właściwości mechanicznych ustalono, że połączenie włókien bazaltowych i stalowych w ilości odpowiednio 0,25% i 0,75%, dało najlepsze wyniki. Optymalne udziały objętościowe tych włókien zastosowano do wykonania belek. Tam, gdzie było to możliwe, wyniki prób zginania były weryfikowane z normami indyjskimi.

EN

Addition of fiber is a promising solution, to enhance the flexural behaviour of reinforced cement concrete [RCC] beams. It improves the peak load, ductility and energy absorption characteristics of RCC. Ineffective mono fibers in the concrete perform very effective, when combined through the hybridization and contribute towards the strength. Fiber hybridization offers appreciable improvement in fresh and hardened properties of concrete. To achieve optimum performance, synergetic effect of fibers is more important. Incorporation of two fibers in concrete matrix, bridges the cracks effectively. Hence to investigate the effect fiber hybridization in the flexural performance, RCC beams were cast, experimented and the results were compared with the control beams. In the present study, it is intended to evaluate and compare the impact of steel and basalt fibers in mono form and hybrid form, on the flexural parameters such as first crack load, load response behaviour, ductility, crack width and flexural strength of RCC beams. To evaluate the mechanical properties of M40 grade fiber reinforced concrete, volume fractions chosen were 0.25%, 0.5% and 0.75%.Comparatively addition of basalt fibers with steel fibers, improves synergetic response to a considerable extent. From overall assessment of the mechanical properties, it was established that the combination of basalt and steel fibers at 0.25% and 0.75% respectively, produced optimum results. Optimum volume fraction of fibers identified is used in the casting of RCC beams. Wherever possible, flexural parameters were cross checked, with Indian Standards.

6

Study on uniaxial impact compression characteristics of basalt fiber cement soil

Cao Hai, Zhang Xiangyang

Archives of Civil Engineering

|

2022

|

Vol. 68, nr 1

667--678

EN

In order to study the dynamic mechanical properties of cement soil, uniaxial impact compression tests with different strain rates of cement soil with no fiber and with 0.2% basalt fiber were carried out by using a 50 mm steel split Hopkinson pressure bar device. The test results show that the impact compressive strength, dynamic increase factor and peak strain increase with the increase of strain rate under the same basalt fiber content, showing obvious strain rate effect. The dynamic stress-strain curve of basalt fiber cement soil underwent elastic deformation stage, plastic deformation stage and failure stage. With the increase of strain rate, the degree of fracture of cement soil samples gradually increases, which shows that the number of fragments increases, the size decreases and tends to be uniform. After adding basalt fiber in cement soil, the crack can be delayed, the degree of fracture is smaller than that without fiber and the plasticity of the samples is enhanced. It shows that basalt fiber can improve the impact compressive strength of cement soil.

7

Experimental investigation on mode II fracture performance of old-new concrete

Liu Shuang, Shi Zhenwu, Jiang Tao, Wang Huili

Archives of Civil Engineering

|

2022

|

Vol. 68, nr 3

469--480

EN

The old-new concrete interface is the weakest part in the composite structure, and there are a large number of microcracks on the interface. In order to study the mode II fracture performance of the bonding surface of old-new concrete, the effect of planting rebar and basalt fiber is investigated. Nine Z-shaped old-new concrete composite specimens with initial cracks are made. Nine shear fracture load-displacement curves are obtained, and the failure process and interface fracture are discussed. On this basis, the mode II fracture toughness and fracture energy are obtained. The regression equations for fracture toughness and fracture energy are deduced with analysis of variance (ANOVA). The results show that fracture toughness and fracture energy increase with the increase of planting rebar number and basalt fiber content. With the increase of the planting rebar number, mode II fracture toughness and fracture energy increase more significantly. Planting rebar is the major factor for mode II fracture performance.

8

Właściwości mechaniczne cementu fosforanowo-magnezowego z dodatkiem włókien bazaltowych

Pehlivan Ahmet Onur

Cement Wapno Beton

|

2021

|

R. 26, nr 3

233--241

PL

W pracy badano wpływ włókien bazaltowych na właściwości mechaniczne cementu fosforanowo-magnezowego [CFM]. Mierzono wytrzymałość na ściskanie, wytrzymałość na rozciąganie przy rozłupywaniu, wytrzymałość na zginanie i moduł sprężystości. Stwierdzono, że właściwości mechaniczne ulegają znacznej poprawie wraz z dodatkiem pyłu krzemionkowego, a szczególnie wytrzymałość na rozciąganie przy rozłupywaniu i zginanie, zwiększa się wraz ze wzrostem zawartości włókien bazaltowych. W przypadku mieszanek bez dodatku pyłu krzemionkowego duża zawartość włókien wpływała niekorzystnie na właściwości mechaniczne. Stwierdzono, że dodatek pyłu krzemionkowego wyraźnie zwiększa wiązanie włókien bazaltowych z matrycą CFM. W związku z tym, łączne zastosowanie pyłu krzemionkowego i włókien bazaltowych, okazało się skuteczne. Stwierdzono, że w mieszankach bez pyłu krzemionkowego stosunek molowy magnezji do diwodorofosforanu amonu wynoszący 8, daje lepsze wyniki w porównaniu ze stosunkiem masowym 6. Różnica ta nie była zbyt widoczna po dodaniu do obu mieszanek pyłu krzemionkowego.

EN

In this experimental study, the effect of basalt fibers on the mechanical properties of magnesium phosphate cement [MPC] was investigated. Compressive strength, splitting tensile strength, flexural strength and modulus of elasticity, were introduced. It was observed that mechanical properties were significantly enhanced with the addition of silica fume, especially splitting tensile and flexural strength were enhanced with the increase of basalt fibers. However, for mixtures without silica fume addition, high content of fibers adversely affected the mechanical properties. Silica fume addition was found to be significant in increasing the bonding mechanism between basalt fibers and the MPC matrix. Thus, combined usage of silica fume and basalt fibers was found to be effective. A molar ratio of magnesia to ammonium dihydrogen phosphate of 8 was observed to have better results with respect to a molar ratio of 6, however, this distinction was not very apparent, when silica fume was added to both mixtures.

9

Phenol-formaldehyde resin composites filled with modified phlogopite reinforced with hybrid glass and basalt fiber meshes used as grinding wheels

Oleksy Mariusz, Oliwa Rafał, Bulanda Katarzyna, Szałajko Robert, Budzik Grzegorz, Skrzypczak Izabela

Polimery

|

2020

|

T. 65, nr 11-12

833--837

EN

The research on obtaining composites based on phenol-formaldehyde resin (PFR) with modified phlogopite quaternary ammonium salt (QAS) reinforced with hybrid glass and basalt fiber was carried out. The influence of the reinforcement structure (glass mesh weave) and the type of fiber on the performance properties of the obtained composites were assessed, especially in terms of their use a grinding wheels reinforced with modified hybrid glass and basalt fiber meshes. Based on the obtained research results, it was found that composites reinforced with a glass fiber layer mesh with a matrix of phenol-formaldehyde resin filled with modified phlogopite are characterized by higher mechanical strength, abrasion resistance and dynamic strength of the disk compared to unmodified composites.

PL

Przeprowadzono badania nad otrzymaniem kompozytów na osnowie żywicy fenolowo-formaldehydowej (PFR) z flogopitem zmodyfikowanym czwartorzędową solą amoniową (QAS) wzmacnianych hybrydowymi siatkami z włókna szklanego i bazaltowego. Oceniono wpływ struktury wzmocnienia (splotu siatki szklanej) oraz rodzaju włókna na właściwości użytkowe otrzymanych kompozytów, zwłaszcza w kontekście ich zastosowania w charakterze ściernic. Na podstawie uzyskanych wyników badań stwierdzono, że kompozyty wzmocnione siatką warstwową z włókna szklanego z osnową żywicy fenolowo-formaldehydowej napełnionej zmodyfikowanym flogopitem charakteryzują się większą wytrzymałością mechaniczną, odpornością na ścieranie oraz wytrzymałością dynamiczną tarczy niż kompozyty niemodyfikowane.

10

Milled basalt fibers as reinforcement for polyurea composite spray coatings with improved thermomechanical stability and mechanical performance

Barczewski Mateusz, Biedrzycka Kinga, Mysiukiewicz Olga, Matykiewicz Danuta, Andrzejewski Jacek, Kloziński Arkadiusz, Szostak Marek

Polimery

|

2020

|

T. 65, nr 3

184--195

EN

The novel polyurea-based (PUA) composites modified with milled basalt fibers (BMF), formed with spray coating technology were produced. The addition of 5–30 wt % of BMF into commercial two-component PUA was used as a low-cost modification which allowed to significantly improve the mechanical performance, as well as thermomechanical and thermal stability of the final products. It was found that the incorporation of 30 wt % of BMF resulted in over 30% stiffness improvement and extension using temperature of the coating above 80 °C. Moreover, an increase by 25 °C in thermal stability evaluated by thermogravimetric analysis (TGA) was achieved, without significant changes in the rheological behavior of the compositions, resulting in the presence of structural defects. Finally, an evaluation of crosslink density was conducted in order to ascertain that the applied modification of the thermoset reactive fast-curing system allows to obtain fully cured products which may be used as a spray coating for hydrotechnical objects protection.

PL

Metodą powlekania natryskowego wytworzono nowe kompozyty na bazie polimocznika (PUA) modyfikowanego mielonymi włóknami bazaltowymi (BMF). Komercyjny dwuskładnikowy PUA modyfikowano niskokosztowo za pomocą dodatku 5–30% mas. BMF, co pozwoliło na wyraźną poprawę właściwości mechanicznych, a także stabilności termomechanicznej i termicznej PUA. Stwierdzono, że wprowadzenie do polimocznika 30% mas. BMF zwiększyło o ponad 30% jego sztywność i umożliwiło rozszerzenie zakresu temperatury stosowania powłoki powyżej 80 °C. Metodą analizy termograwimetrycznej (TGA) stwierdzono wzrost stabilności termicznej o 25 °C, bez istotnych zmian w reologicznym zachowaniu kompozycji, mogących prowadzić do tworzenia się wad strukturalnych w gotowych wyrobach. Na podstawie oceny gęstości usieciowania potwierdzono, że przeprowadzona modyfikacja termoutwardzalnego reaktywnego systemu szybkiego utwardzania pozwala na uzyskanie w pełni utwardzonych produktów, które można zastosować jako powłokę natryskową do ochrony obiektów hydrotechnicznych.

11

Kompozyty polipropylenowe o strukturze porowatej i litej wzmocnione włóknami ciętymi

Janik Jolanta

Polimery

|

2020

|

T. 65, nr 3

208--215

PL

Wytwarzano spienione kompozyty termoplastyczne wzmocnione włóknem pochodzenia naturalnego. Uzyskano lite i porowate układy na osnowie polipropylenowej (PP) wzmocnionej ciętym włóknem bazaltowym (WB). Jako środka spieniającego użyto mikrosfery (Expancel MB930). W celu polepszenia adhezji między włóknem a osnową PP do układu dodano polipropylen szczepiony bezwodnikiem maleinowym PP-g-MA (Polybond 3200). Wytwarzanie kompozytów obejmowało wymieszanie składników w procesie wytłaczania, a następnie uformowanie kształtek kompozytów PP/WB w procesie wtryskiwania. Dodatkowo, na etapie wtryskiwania, wybrane układy spieniano z zastosowaniem 1,5% mas. mikrosfer. Oceniono wpływ udziału włókna (5, 10, 15% mas.) i jego preparacji, a także wpływ kompatybilizatora na właściwości litych kompozytów PP; porównano ich właściwości z cechami analogicznych układów o strukturze porowatej. Scharakteryzowano właściwości fizyko-mechaniczne (gęstość, wytrzymałość na statyczne rozciąganie i zginanie) materiałów PP/WB, poddano je także analizie termicznej DSC i termograwimetrycznej TGA. Stwierdzono, że spienione układy PP z udziałem włókien wykazują lepsze właściwości mechaniczne niż czysty PP, a dodatek kompatybilizatora do mieszaniny poprawia charakterystykę wytrzymałościową otrzymanych kompozytów PP/WB.

EN

The presented research concerns the production of foamed thermoplastic composites reinforced with natural fiber in the direction of obtaining lightweight construction materials. The purpose of the work was to obtain solid and porous polypropylene (PP) systems reinforced with cut basalt fiber (WB). As a foaming agent, Expancel MB930 microspheres from AkzoNobel were used, while to improve the adhesion between the fiber and the PP matrix, an additive in the form of polypropylene grafted with maleic anhydride PP-g-MA (Polybond 3200) was used. The production of composites involved mixing the ingredients by extrusion and then molding PP/WB composite in the injection process. In addition, at the injection stage, selected systems were expanded with 1.5% by weight of microspheres. The work evaluated the impact of fiber content (5, 10, 15% by weight) and its preparation as well as the impact of a compatibilizer on the properties of solid PP composites and a comparison of these properties with analogous systems with a porous structure. PP/WB materials were characterized in terms of physical and mechanical properties (density determination, static tensile and bending test); DSC and TGA thermogravimetric analysis. Foamed PP systems with fibers have better mechanical properties compared to pure PP; the addition of a compatibilizer to PP/WB composites increases the strength parameters compared to systems without its participation.

12

Wpływ podwyższonej temperatury na zachowanie elementów zginanych zbrojonych prętami FRP

Protchenko Kostiantyn

Materiały Budowlane

|

2020

|

nr 5

31--33

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych belek pełnowymiarowych zbrojonych różnego rodzaju zbrojeniem FRP: (i) zbrojenie na bazie włókien bazaltowych BFRP(Basalt FRP); (ii) hybrydowe zbrojenie HFRP(Hybrid FRP) z włóknami węglowymi i bazaltowymi oraz (iii) nano-hybrydowe pręty nHFRP (nano-Hybrid FRP) ze zmodyfikowaną żywicą epoksydową. Sprawdzenie odporności ogniowej przeprowadzono wg scenariusza pożaru umownego zgodnie z krzywą standardową ISO-834 – elementy były poddane obciążeniu (zginaniu 4-punktowemu) i jednocześnie podgrzaniu z trzech stron (z boków oraz od strony dolnej). Wyniki wskazały, że wysoka temperatura ma istotny wpływ na nośność elementów (zmniejszenie nośności średnio o ok. 40%) oraz na sposób ich zniszczenia. Belka zbrojona prętami BFRP wykazała najlepsze wyniki – zniszczenie próbki nastąpiło po 97 min, maksymalne ugięcie wyniosło 16 cm, a temperatura mierzona na spodzie belki ok. 940°C i ok. 600°C na prętach. Odporność ogniowa elementów zbrojonych prętami FRP różniła się w zależności od rodzaju zastosowanego zbrojenia.

XX

This paper describes the results of experimental studies for full-size beams reinforced with various types of FRP reinforcement: (i) Basalt – FRP (BFRP), (ii) Hybrid – FRP (HFRP) with carbon and basalt fibers, and (iii) nano-Hybrid-FRP (nHFRP) with modified epoxy resin. The fire resistance was checked in accordance with the contractual fire scenario based on the ISO-834 standard curve – the elements were subjected to loading (4-point bending) and at the same time heating of three edges (from the sides and from the bottom). The results showed that the temperature has a significant impact on the load-bearing capacity of the elements (the strength capacity was reduced by approximately 40%) and on the method of their destruction. The beam reinforced with BFRP bars showed the best results, destruction of the sample occurred after 97 minutes, maximum deflection - 16 cm, and the temperature measured on the bottom of the beam reached 940°C and about 600°C on the bars. The fire resistance of FRP reinforced elements was varying and depends on the type of reinforcement used.

13

Methodology for quantitative assessment of basalt fibers obtained in continuous process

Kukla Dominik, Koper Jeremiasz

Composites Theory and Practice

|

2020

|

R. 20, nr 2

78--84

EN

In 2019, the first basalt fiber production line was created in Poland. The fiber is produced in a continuous process, according to the technology developed by Polski Bazalt S.A. In order to assess the microstructure of the manufactured product, a number of tests were carried out, according to previously developed procedures. The presented results relate to the study of the basalt fiber microstructure using light microscopy, electron microscopy and atomic forces. The research was aimed at characterizing the fibers, but also developing research procedures that allow assessment of the basic fiber parameters under post-production conditions. The research was conducted in the field of quantitative and qualitative assessment of the basalt fiber microstructure, its diameter, and the size distribution of this value. In addition, attempts were made to assess the thickness of the sizing (as an impregnation layer) on the fibers obtained employing different parameters of the drawing process and various types of impregnation. Based on the obtained results, measurement and research procedures were implemented in the quality control system of the Polski Bazalt company. Tests carried out as part of these procedures confirm the repeatability in terms of the quality and diameter of the produced fiber.

14

Indirect tensile test as a simple method for rut resistance evaluation of asphalt concrete

Zieliński P.

Archives of Civil Engineering

|

2019

|

Vol. 65, nr 3

31--43

EN

The paper presents the dependence of ITS results at the elevated temperature (40°C) on rutting parameters, i.e. proportional rut depth (PRDAIR) and wheel tracking speed (WTSAIR), obtained at the temperature of 60°C. The asphalt mixture samples were prepared in the gyratory compactor, but ITS tests were conducted with typical Marshall press, at a loading rate of 50 mm/min. Correlation analyses show a strong relationships between ITS results and rutting parameters, whereby the correlation coefficients obtained are higher for the PRDAIR parameter (r = -0.88) than WTSAIR (r = -0.81). Using the obtained regression functions, the prediction limits as well as confidence limits were calculated, which allowed to develop criteria for assessing resistance to rutting on the basis of ITS test, and taking into account the technical requirements in Poland.

PL

Odporność mieszanek mineralno-asfaltowych (MMA) na powstawanie deformacji trwałych jest jednym z podstawowych wymagań, które należy zapewnić podczas projektowania składu mieszanki. Najczęściej stosuje się do tego celu badania koleinowania na laboratoryjnie zagęszczanych próbkach MMA, co wymaga stosunkowo dużych próbek oraz użycia specjalistycznej aparatury, zarówno do zagęszczenia takich próbek jak i samego ich badania. W związku z powyższym, w wielu krajach prowadzone są badania celem wytypowania prostego testu, który można wykonać z wykorzystaniem powszechnie dostępnych w laboratoriach drogowych urządzeń (np. prasa Marshalla), na standardowo przygotowywanych próbkach MMA. Zgodnie z wynikami prac prowadzonych przez Christensena i Bonaquista, Zaniewskiego i Srinivasana jak również Khousla i Harikrishnanna takim badaniem może być wytrzymałość na rozciąganie pośrednie (ITS), przy odpowiednim dostosowaniu temperatury badania jak również szybkości przesuwu tłoka w prasie. Dla celów praktycznych rekomendowane jest użycie standardowej prasy Marshalla o prędkości przesuwu tłoka 50 mm/minutę, przy temperaturze badania równej 40°C. W niniejszej publikacji przedstawiono badania zależności pomiędzy wynikami ITS, przeprowadzonego wg wyżej wymienionych warunków, oraz parametrami koleinowania w małym koleinomierzu w 60°C, tj. proporcjonalną głębokością koleiny (PRDAIR) i szybkością przyrostu koleiny (WTSAIR). Do badania wytrzymałości na rozciąganie pośrednie przeznaczono próbki o średnicy 100 mm zagęszczone w prasie żyratorowej, natomiast do badania koleinowania przygotowano płyty o wymiarach 305 x 305 mm i wysokości 40 mm lub 60 mm, zależnie od uziarnienia badanej MMA. Przebadano łącznie 21 mieszanek betonu asfaltowego przeznaczonego do warstw podbudowy, wiążącej i ścieralnej o uziarnieniach 0/22 mm, 0/16 mm i 0/8 mm. W mieszankach tych stosowano różne asfalty tj.: drogowe niemodyfikowane (35/50 i 50/70), modyfikowane polimerami (PMB 25/55-60, PMB 45/80-55), modyfikowane gumą (wg rozwiązań patentowych). Dodatkowo w niektórych mieszankach stosowano dodatek granulatu asfaltowego (RAP) lub granulatu papy (RAS). Uzyskane wartości średnie dla poszczególnych MMA, dotyczące: ITS, parametrów koleinowania (PRD i WTS), parametrów składu MMA takich jak zawartość lepiszcza, wolne przestrzenie w MMA, wolne przestrzenie w mieszance mineralnej (VMA) oraz wypełnienie wolnych przestrzeni w mieszance mineralnej przez asfalt (VFB), zostały poddane analizom korelacji liniowej.

15

Experimental investigation of shear behavior of two-span fiber reinforced concrete beams

Krassowska J., Kosior-Kazberuk M.

Archives of Civil Engineering

|

2019

|

Vol. 65, nr 2

35--55

EN

Experimental tests were carried out to assess the failure model of steel and basalt fiber reinforced concrete two-span beams. Experimental research was focused on observing the changes in behavior of tested elements in dependence on the ratio of shear reinforcement and type of fiber. The beams had varied stirrup spacing. The steel fiber content was 78.5 kg/m3 (1.0% by vol.) and basalt fiber content was 5.0 kg/m3 (0.19% by vol.). Concrete beams without fibers were also examined. Two-span beams with a cross-section of 120×300 mm and a length of 4150 mm were loaded in a five-point bending test. Shear or flexural capacity of tested members was recorded. The effectiveness of both sorts of fibers as shear reinforcement was assessed and the differences were discussed. It was shown that fibers control the cracking process and the values of deflections and strains. Fibers clearly enhance the shear capacity of reinforced concrete beams.

PL

Zagadnienia teoretyczne pracy żelbetowych elementów konstrukcyjnych poddanych ścinaniu, jak również problemy projektowania tych elementów, wciąż wymagają wyjaśnienia, pomimo dużej liczby prac eksperymentalnych dotyczących tych problemów. Zastosowanie tradycyjnych strzemion jako zbrojenia na ścinanie jest skuteczne, ale wiąże się z wysokimi kosztami stali zbrojeniowej, a także kosztami ich montażu w konstrukcji. Alternatywnym rozwiązaniem może być zastosowanie w strefie ścinania belki betonu ze zbrojeniem rozproszonym w formie włókien. Celem badań eksperymentalnych była identyfikacja sposobu niszczenia żelbetowych belek dwuprzęsłowych wykonanych z betonu z włóknami stalowymi lub bazaltowymi. Badania skupiały się na obserwacji zmian zachowania elementów konstrukcyjnych w zależności od ilości zbrojenia na ścinanie (w postaci strzemion) i rodzaju włókien. Zastosowano belki o zróżnicowanym rozstawie strzemion oraz belki bez zbrojenia na ścinanie. Zawartość włókien stalowych w betonie wynosiła 78.5 kg/m3 (1.0% obj.), a zawartość włókien bazaltowych - 5.0 kg/m3 (0,19% obj.). Badano również belki referencyjne z betonu bez włókien. Belki dwuprzęsłowe o przekroju 120 x 300 mm i długości 4150 mm (efektywna długość przęseł 2000 mm) zostały obciążone w warunkach pięciopunktowego zginania. Rejestrowano nośność na ścinanie lub zginanie belek oraz ich odkształcenia. Oceniono i przedyskutowano efektywność obu rodzajów włókien jako alternatywnego zbrojenia na ścinanie. Wykazano, że obecność włókien determinuje proces zarysowania belek oraz znacząco wpływa na wartości ugięć i odkształceń. Pomimo, że włókna bazaltowe charakteryzują się mniejszą sztywnością niż włókna stalowe, ze względu na ich geometrię i wartość modułu Younga mniejszą w porównaniu do włókien stalowych, ich wpływ na nośność na zginanie i ścinanie badanych belek należy uznać za znaczący. Oba rodzaje włókien zmieniają właściwości betonu, co znacząco wpływa na zachowanie się belek w warunkach ścinania. Obecność włókien w betonie powoduje, przede wszystkim, opóźnienie momentu zniszczenia wskutek ścinania, a także zmianę mechanizm zniszczenia ze ścinania na zginanie, z jednoczesnym podwyższeniem nośności i odporności na zarysowanie. Istotny wpływ włókien stalowych zaobserwowano już w przypadku serii belek z pełnym zbrojeniem na ścinanie w postaci strzemion. Natomiast, wpływ włókien bazaltowych ujawnił się dopiero w trakcie analizy belek ze zbrojeniem na ścinanie zredukowanym do połowy. Potwierdzają to zarówno wyniki pomiarów ugięć, jak i analiza odkształcenia betonu w strefie rozciąganej. Wprowadzenie włókien stalowych, jak i bazaltowych przyczyniło się do zwiększenia wartości siły niszczącej w porównaniu do belek bez zbrojenia rozproszonego. Obecność włókien bazaltowych powodowała redukcję odkształceń i ograniczenie ugięć belek w mniejszym stopniu niż wprowadzenie włókien stalowych. Jednakże, wyniki przeprowadzonych badań wskazują na potrzebę poszukiwania sposobów uwzględnienia obecności włókien bazaltowych w procedurach projektowania betonowych elementów zginanych.

16

Shear behavior of two-span fiber reinforced concrete beams

Krassowska Julita, Kosior-Kazberuk Marta, Berkowski Piotr

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2019

|

Vol. 19, no. 4

1442--1457

EN

The presented study was conducted to assess the shear capacity and the mechanical behavior of fiber reinforced concrete two-span beams in a five-point bending test. Experi-mental research was focused on observing changes in the behavior of tested elements depending on the amount of shear reinforcement (stirrups) and the fiber type used. The beams had varied stirrup spacing and two sorts of fibers were used as dispersed reinforce-ment. The steel fiber content was 78.5 kg/m3 and the basalt fiber content was 5.0 kg/m3. Concrete beams without addition of fibers were also examined as reference ones. The effectiveness of both sorts of fibers as shear reinforcement was assessed on the basis of strain development and crack pattern analysis. The digital image correlation technique was used to monitor the development of cracks around the central support of beams. It was shown that fibers control the cracking process and deformations in reinforced concrete beams and they can be effectively used as additional or the only shear reinforcement. The results of shear capacity obtained in the experiment were also compared with the shear capacity calculated according to current design approaches. This analysis has shown that fibers enhance the ultimate shear strength of reinforced concrete beams.

17

Odporność na wysoką temperaturę betonów otrzymanych z dwóch różnych cementów

Koňáková D., Čáchová M., Doleželová M., Scheinherrová L., Vejmelková E., Černý R.

Cement Wapno Beton

|

2016

|

R. 21/83, nr 5

295--309

PL

Konstrukcje betonowe mogą być czasem narażone na ekstremalne warunki, w okresie ich eksploatacji. Ogień, a właściwie działanie wysokich temperatur są typowym przykładem, w których materiały budowlane mogą ulec zniszczeniu. W artykule przedstawiono badania odporności betonów z dwóch różnych cementów poddanych działaniu trzech temperatur: 105°C, 400°C i 1000°C. Oznaczono zmiany następujących właściwości: wytrzymałość, transport wody i pary wodnej, ciepło właściwe oraz przewodność ciepła. Uzyskane wyniki pokazują, że zwykły beton z cementu portlandzkiego nie jest odporny na wysoką temperaturę i jego stosowanie powinno być ograniczone do 400°C. Natomiast beton z cementu glinowego ma lepszą odporność i zachowuje 25% wytrzymałości po poddaniu działania temperatury wynoszącej 1000°C. Zastosowanie włókien bazaltowych, odpornych na wysokie temperatury nie spowodowało poprawy odporności obu betonów.

EN

Concrete structures can sometimes be exposed to the extreme conditions during their lifetime. A fire or, more generally, exposure to high temperatures presents a typical example when a damage to building materials is likely to occur, which can lead eventually to a collapse of the whole structure. In this paper, high-temperature resistance of concretes from different type of cements is analyzed using a characteristic set of measured material parameters. Basic physical properties, mechanical strengths, water- and water vapor transport parameters, and thermal properties are assessed after the exposure to three different temperatures, namely 105°C, 400°C and 1000°C. Experimental results show that ordinary concrete of Portland cement do not resist well to high temperature and their applicability is limited to 400°C. However, concretes from calcium aluminate cement have a better thermal stability and retain about 25% of their strength, even after being exposed to 1000°C. The application of randomly distributed thermally stable basalt fibres is not found to have any substantial effect on the properties of the analyzed concretes.

18

Pręty kompozytowe do zbrojenia betonu

Rejment M., Trapko T.

Materiały Budowlane

|

2014

|

nr 3

46--47

19

Comparative assessment of mechanical properties of glass and basalt fibers reinforced polyester resin with St3S steel

Rudawski A., Błażewicz S.

Composites Theory and Practice

|

2014

|

R. 14, nr 2

86--90

EN

The aim of the study was to develop a laminate composite that can be an analog for St3S steel in the case of corrosion problems and excessive product weight. E-glass fibers in the form of mats and fabrics with different reinforcement direction, unsaturated polyester resins, and basalt woven fabrics with a grammature of 180 g/m2 were used in the study. Polyester laminate composites of 300x200 mm were manufactured using the vacuum assisted resin transfer molding method. The mechanical properties of the laminate composites in the form of plates were compared with the mechanical properties of the St3S steel serving as a reference material. Selected glass fiber-reinforced polyester composites with the best mechanical properties were additionally modified with basalt fabric. The flexural strength, elasticity modulus and work up to fracture were determined in the three-point bending mode. The values of the mechanical parameters of the composite samples were compared with the mechanical properties of St3S steel. The highest elasticity modulus of the laminate samples was found for the composite reinforced with a unidirectional glass fabric, while the maximum flexural strength was attained by the composite samples reinforced with three and four directional fibrous reinforcement. Their differences amount to several percent. The composite samples representing the best strength properties were further modified using a fabric made from basalt fibers. The use of hybrid fiber reinforcements (glass fiber, basalt fiber) allows for an over 20% increase in the flexural strength of the composite samples. Comparable strength characteristics to the steel samples were achieved. The flexural strength of the hybrid composite samples was 415 MPa, and 429 MPa for the St3S sample. The hybrid laminate composite with basalt woven fabric has a distinctly higher work up to fracture value in comparison with the unmodified laminate composite related to the same cross section unit.

PL

Celem badań było opracowanie laminatu, który może stanowić analog dla stali St3S w przypadku pojawiających się problemów z korozją i zbyt dużym ciężarem użytkowym. W pracy wykorzystano włókna szklane w postaci mat i tkanin o różnym kierunku wzmocnienia, żywice poliestrowe nienasycone oraz płótno bazaltowe o gramaturze 180 g/m2. Metodą próżniowego przesycenia wytworzono laminatowe kompozyty poliestrowo-szklane o wymiarach 300x200 mm. Właściwości mechaniczne próbek kompozytowych wykonanych z laminatów w formie płytek porównywane były z właściwościami próbek wykonanych ze stali St3S, jako próbek referencyjnych. Laminat poliestrowo-szklany o najlepszych parametrach mechanicznych zmodyfikowano płótnem z włókna bazaltowego. Badanymi parametrami były wytrzymałość na zginanie, moduł sprężystości oraz praca zniszczenia. Wyznaczone wartości parametrów mechanicznych laminatów porównano z właściwościami mechanicznymi dla stali St3S. Dla kompozytów laminatowych ze zbrojeniem z włókna szklanego najwyższy moduł sprężystości posiada próbka wykonana z tkaniny szklanej jednokierunkowej, natomiast najwyższą wytrzymałość na zginanie posiadają laminaty zbrojone włóknem szklanym w postaci tkaniny o trójkierunkowym oraz czterokierunkowym wzmocnieniu. Ich różnice wynoszą kilka procent. Próbki kompozytowe o najkorzystniejszych parametrach wytrzymałościowych poddano modyfikacji z zastosowaniem tkaniny z włókna bazaltowego. Zastosowanie hybrydowego włóknistego wzmocnienia (włókna szklane, włókno bazaltowe) pozwoliło na ponad 20% zwiększenie wytrzymałości na zginanie próbek kompozytowych. Uzyskano porównywalne parametry wytrzymałościowe laminatowego kompozytu hybrydowego do stali. Wytrzymałość na zginanie otrzymanych próbek wynosiła 415 MPa, a dla stali St3S 429 MPa.

20

Problemy badania betonowych elementów zginanych zbrojonych prętami bazaltowymi

Łapko A., Urbański M.

Materiały Budowlane

|

2013

|

nr 3

40--41