Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Shear strength testing of basalt-, hybrid-, and nano-hybrid fibre-reinforced polymer bars

Protchenko Kostiantyn, Zayoud Fares, Urbański Marek

Archives of Civil Engineering

|

2021

|

Vol. 67, nr 2

323--336

EN

Over the past decades, using of sustainable materials in construction is a challenging issue, thus Fibre Reinforced Polymers (FRP) took the attention of civil and structural engineers for its lightweight and high-strength properties. The paper describes the results of the shear strength testing of three different types of bars: (i) basalt-FRP (BFRP), (ii) hybrid FRP with carbon and basalt fibres (HFRP) and (iii) nano-hybrid FRP (nHFRP), with modification of the epoxy matrix of the bar. The hybridization of carbon and basalt fibres lead to more costefficient alternative than Carbon FRP (CFRP) bars and more sustainable alternative than Basalt FRP (BFRP) bars. The BFRP, HFRP and nHFRP bars with different diameters ranging from Ø4 to Ø18 mm were subjected to shear strength testing in order to investigate mechanical properties and the destruction mechanism of the bars. Obtained results display a slight downward trend as the bar diameter increase, which is the most noticeable for HFRP bars. In most of the cases, BFRP bars were characterized by greater shear deformation and less shear strength compared to HFRP and nHFRP bars. Performed testing may contribute to comprehensive understanding of the mechanical behavior of those types of FRP bars.

PL

W ostatnich dziesięcioleciach coraz większą rolę odgrywa zastosowanie zrównoważonych materiałów w budownictwie. Dlatego pręty kompozytowe Fibre-Reinforced Polymers (FRP) zwróciły uwagę inżynierów budownictwa ze względu na szereg zalet takich jak: zwiększoną trwałość, pełny recykling, odporność na korozję, mały ciężar i wysoką wytrzymałość. W artykule opisano wyniki badań wytrzymałości na ścinanie trzech typów prętów kompozytowych: (i) złożonych z włókien bazaltowych (BFRP) i matrycy epoksydowej, (ii) hybrydowych - wykonanych z włókien bazaltowych z dodatkiem włókien węglowych oraz matrycy epoksydowej (HFRP) a także (iii) nano-hybrydowych (nHFRP), złożonych z włókien bazaltowych i węglowych z udziałem zmodyfikowanej matrycy epoksydowej z dodatkiem nanokrzemionki. Pręty HFRP i nHFRP są znacznie tańsze niż pręty wykonane wyłącznie z włókien węglowych Carbon FRP (CFRP) a jednocześnie znacznie bardziej sztywne w porównaniu do prętów wykonanych wyłącznie z włókien bazaltowych FRP (BFRP). Pręty BFRP, HFRP i nHFRP o średnicach w 6, 8 , 10 ,12, 14, 18 mm poddano badaniom wytrzymałości na ścinanie w celu określenia właściwości mechanicznych oraz mechanizmu zniszczenia. Uzyskane wyniki wykazują niewielką tendencję spadkową wytrzymałości na ścinanie wraz ze wzrostem średnicy pręta, co jest najbardziej zauważalne w przypadku prętów HFRP. W większości przypadków pręty BFRP charakteryzowały się większym odkształceniem na ścinanie i mniejszą wytrzymałością na ścinanie w porównaniu z prętami z HFRP i nHFRP. Przeprowadzone testy mogą przyczynić się do pełnego zrozumienia mechanicznego zachowania się tych typów prętów FRP.

2

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.

3

Full-scale fire resistance testing of concrete beams reinforced with various FRP reinforcement

Protchenko K., Urbański M.

Archives of Civil Engineering

|

2020

|

Vol. 66, nr 4

119--136

EN

The widespread use of Fibre-Reinforced Polymers (FRP) reinforced concrete (RC) structural members is hindered by their low fire resistant characteristics, limiting their use to cases, where fire resistance is not a priority. Presented and discussed are experimental results pertaining to the flexural members subjected to heating and simultaneous loading. Solely non-metallic FRP bars: (i) Basalt FRP (BFRP), (ii) Hybrid FRP (HFRP) with carbon and basalt fibres and (ii) nano-Hybrid FRP (nHFRP) with modified epoxy resin, were used as internal reinforcement for beams. The destruction of the beams was caused in different ways, beams reinforced with BFRP bars were destroyed by reinforcement failure while those reinforced with hybrid FRP bars were destroyed by concrete crushing. The BFRP reinforced beams obtained a maximum temperature, measured directly on the bars, of 917°C, compared to beams reinforced with hybrid FRP bars, where the temperature on the bars reached 400-550°C at failure. Moreover, the highest registered ductility was obtained for BFRP reinforced beams as well, where the maximum deflections reached approximately 16 cm.

PL

Degradacja nośności zbrojenia konstrukcji w postaci prętów FRP (ang. Fibre-Reinforced Polymers) może być spowodowane kilkoma czynnikami, do których należą: rodzaje włókien, osnowy (matrycy), ich objętościowy udział, sposób wytwarzania, jakość składników prętów. Jednakże głównym czynnikiem jest przede wszystkim wpływ temperatury w zbrojeniu FRP, występujący w trakcie oddziaływania warunków pożarowych. Zjawisko redukcji nośności konstrukcji i przyczepności zbrojenia do betonu pojawia się, gdy temperatura prętów FRP zbliża się do temperatury zeszklenia Tg osnowy (matrycy), której wartość zależy od rodzaju żywicy. Jednym z rozwiązań w tym zakresie jest zastosowanie większej otuliny lub zastosowanie dodatkowego systemu ochrony przeciwpożarowej. Jednak obecnie dostępne dane na temat zachowania elementów betonowych zbrojonych FRP w warunkach pożarowych, są ograniczone, szczególnie w odniesieniu do nośności belek po poddaniu ich oddziaływaniu wysokich temperatur. Dlatego odporność ogniowa elementów betonowych zbrojonych FRP jest jednym z podstawowych czynników, które utrudniają powszechne stosowanie tych materiałów jako alternatywy dla zbrojenia stalowego. W artykule opisano zachowanie się belek betonowych, zbrojonych prętami FRP wyprodukowanych na bazie włókien bazaltowych i węglowych, poddawanych testom odporności ogniowej. Badania belek narażonych na wysokie temperatury, przeprowadzono według scenariusz pożaru umownego zgodnie z krzywą standardową ISO-834 [13], [29]. Ponieważ głównym celem było zbadanie wpływu rodzaju zbrojenia FRP na odporność ogniową belek, zastosowano różne rodzaje prętów w strefie rozciągania (dolna część belek): (i) zbrojenie na bazie włókien bazaltowych BFRP (ang. Basalt FRP), (ii) hybrydowe zbrojenie HFRP (ang. Hybrid FRP) z włóknami węglowymi i bazaltowymi oraz (ii) nanohybrydowymi prętami nHFRP (ang. nano-Hybrid FRP) ze zmodyfikowaną żywicą epoksydową. Ponadto, badane elementy charakteryzowały się zmiennym stopniem zbrojenia, w celu określenia wpływu średnicy i liczby prętów na nośność belek podczas i po oddziaływaniu wysokich temperatur.

4

O badaniach hybrydowego zbrojenia FRP do konstrukcji infrastrukturalnych z betonu

Garbacz A., Szmigiera E., Urbański M., Protchenko K., Kubas M.

Inżynieria i Budownictwo

|

2017

|

R. 73, nr 8

428--432

PL

Przedstawiono wyniki badań związanych z oceną hybrydowych prętów kompozytowych jako niemetalicznego zbrojenia wybranych elementów betonowych stosowanych w obiektach infrastrukturalnych. Stwierdzono, że zwiększenie sztywności prętów kompozytowych z włókien bazaltowych BFRP (Basalt Fiber Reinforced Polymer) można uzyskać przez zastąpienie części włókien bazaltowych włóknami węglowymi. Omówiono efekty podjętej produkcji tego rodzaju prętów.

EN

The results of research related to the evaluation of hybrid composite bars as non-metallic reinforcement of selected concrete members used in infrastructural facilities are presented. It has been found that increasing the stiffness of basalt fiber composite bars (BFRP) can be achieved by replacing some basalt fibers with carbon fibers. The results of the production of such bars are discussed.

5

Deflection ductility of slabs made of hybrid mesh-and-fibre-reinforced cement-based composite

Sakthivel P. B.

Archives of Civil Engineering

|

2017

|

Vol. 63, nr 3

115--137

EN

Steel Mesh-Reinforced Cementitious Composites (SMRCC) (traditionally known as ferrocement) have been in existence for few decades, but have some limitations set on element thickness and number of reinforcing mesh layers and the resulting deflection ductility. Therefore, the author has made an attempt to explore whether deflection ductility will improve in mesh-reinforced cementitious composites (25 mm thick) if discontinuous fibres are added to slab elements. For this purpose, thin slab elements of dimensions 700 mm (length) × 200 mm (width) × 25 mm (thickness) were cast and subjected to four point bending tests. Based on the flexural tests conducted on SMRCC (Control Slab Elements, cast with Steel Mesh Volume of reinforcement, MVr=0.78, 0.94, and 1.23%) and Hybrid Mesh-and-Fibre-Reinforced Cement Based Composite (HMFRCBC) (Test Slab Elements, combining MVr=0.78, 0.94 and 1.23% and Polyolefin Fibre Volume fraction, PO-FVf=0.5-2.5% of volume of specimens, with 0.5% interval), load-deflection and the deflection ductility index were analyzed. From the flexural load-deflection curves it has been observed that HMFRCBC slabs demonstrate higher flexural load-carrying capacity and deflection ductility when compared to SMRCC slabs. This study shows that higher the polyolefin fibre volume fraction (PO-FVf) from 0.5 to 2.5% (with a 0.5% interval) in HMFRCBC slabs, the higher the flexural deflection ductility. The Deflection Ductility Index (DDI) of HMFRCBC (with 5 layers of mesh and PO-FVf=2.5%) is 4.5 times that of SMRCC. This study recommends that HMFRCBC can be used as an innovative construction material due to its higher flexural ductility characteristics.

PL

Cementowe materiały kompozytowe zbrojone siatką stalową (tradycyjnie znane jako siatkobeton) stanowią innowacyjny materiał składający się z hydraulicznej zaprawy cementowej oraz ciasno rozmieszczonych warstw ciągłej siatki stalowej o małej średnicy oczek do stworzenia sztywnej konstrukcji, a ze względu na swoją doskonałą wytrzymałość na zginanie są wykorzystywane jako prefabrykaty dachowe. Pomimo, że na przestrzeni ostatnich kilkudziesięciu lat na świecie wybudowano kilka konstrukcji siatkobetonowych (prefabrykowane i wylewane na miejscu pierwszorzędne oraz drugorzędne konstrukcje dachowe i elementy belkowe, panele ścienne, ściany zatrzymujące ziemię, prefabrykowane schody, ławki, sklepienia, kopuły, cienkie pergole oraz systemy ochrony przeciwsłonecznej, ściany graniczące z morzem, nadziemne zbiorniki wodne, podziemne zbiorniki ściekowe, baseny i łodzie – wymieniając jedynie kilka), istnieją pewne ograniczenia dotyczące grubości elementu, a także liczby warstw siatki zbrojeniowej oraz wynikowego odchylenia plastyczności. Plastyczność jest niezwykłym zjawiskiem umożliwiającym odkształcenie elementu przy lub w okolicach granicznego obciążenia niszczącego bez znacznej utraty jego wytrzymałości. O zachowaniu plastycznym świadczy jego zdolność do utrzymania wyższych poziomów obciążenia po pierwszym pękaniu na skutek dużych odkształceń. Poprzednie badania wskazują, że nieciągłe włókna mogą być dodane do matrycy cementowej cementowych materiałów kompozytowych zbrojonych siatką stalową w formie hybrydowej w celu poprawy jej wytrzymałości na zginanie oraz odchylenia plastyczności.