Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Compression behaviour of BFRP bars

100%

Urbański M. , Protchenko K.

Archives of Civil Engineering

|

2022

|

tom Vol. 68, nr 3

257--271

EN

The durability of building structures reinforced by steel is one of the main concerns in civil engineering. Currently, research in the field is focused on the possibility of replacing steel with relatively corrosion-resistant reinforcement, such as BFRP (Basalt Fiber Reinforced Polymers) bars. The behaviour of BFRP bars during compression has not yet been determined. The experimental results pertaining to BFRP bars subjected to compression were presented and discussed in the paper. The research program involved the preparation of 45 BFRP samples with varying unbraced length and nominal diameter of 8 mm that were subjected to compression. For samples with the unbraced length of up to 85 mm, the destruction was caused by crushing. The bars with the unbraced length greater than 120 mm were destroyed as a result of global buckling of the bar and subsequent fiber kinking. Based on the relationship between the buckling load strength - unbraced length, the optimal unbraced length of BFRP bar was determined, for which buckling load strength reaches its maximum value. The buckling load strength decreased, as the unbraced length increased. The values of modulus of elasticity under compression for variable unbraced lengths were slightly different for the samples, and were similar to the modulus of elasticity obtained at the tensile testing. The relationship between the buckling load strength and the unbraced length of BFRP bars was determined. This may contribute to the optimization of the transverse reinforcement spacing in compressed elements and to the development of standard provisions in the area of elements reinforced with FRP bars being subjected to compression.

PL

Obecnie niezwykle dynamicznie rozwija się zastosowanie materiałów kompozytowych o wysokich parametrach użytkowych takich jak pręty BFRP (Basalt Fiber Reinforced Polymers) jako zamiennika tradycyjnego zbrojenia stalowego w budownictwie. W artykule przedstawiono ocenę wytrzymałości na obciążenie wyboczeniowe prętów BFRP, co umożliwia ich wykorzystanie, jako zbrojenia w betonowych elementach ściskanych (słupy) oraz w strefie ściskanej elementów zginanych (np. belki i płyty). W porównaniu ze zbrojeniem stalowym, pręty BFRP mają kilka istotnych zalet. Są to między innymi mały ciężar, wysoka wytrzymałość na rozciąganie, odporność na korozję, przezroczystość na pola magnetyczne. Natomiast w porównaniu do najbardziej rozpowszechnionych prętów GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymers) wykazują zdecydowanie większą odporność na alkalia i kwasy. Włókna bazaltowe nie reagują toksycznie z powietrzem, wodą ani innymi chemikaliami, które mogą być niebezpieczne dla ludzi lub mogą zanieczyścić środowisko. Ponadto włókna bazaltowe nie są rakotwórcze. W trakcie recyklingu włókna przekształcają się w czarny proszek, który można łatwo usunąć z komory spalania i można go wykorzystać jako wypełniacz do różnych zastosowań. Przeprowadzono jakościową i półilościową analizę składu pierwiastkowego przy użyciu spektrometru dyspersji energii wtórnego promieniowania X (EDS) które dostarczyły istotne informacje dotyczące składu prętów BFRP. We włóknach bazaltowych stwierdzono, obecność dominujących związków SiO2 i Al2O3, które występują także we włóknach szklanych. Ponadto odnotowano obecność związków żelaza Fe2O3 i FeO mających wpływ na fizyko-mechaniczne właściwości włókien bazaltowych, takich jak gęstość (2,73 g/cm3 dla włókien bazaltowych, w porównaniu do 2,54 g/cm3 dla włókien szklanych typu E), kolor (od brązowego do matowo zielonego, w zależności od zawartości FeO), a także mniejsze przewodnictwo cieplne i lepsza stabilność temperaturowa w porównaniu z włóknami szklanymi. Ustalono w badaniu metodą BSE konfigurację oraz niewielki rozrzut w średnicach włókien bazaltowych wchodzących w skład pręta BFRP. Zachowanie prętów BFRP podczas ściskania dotychczas nie zostało określone. W programie badawczym zbadano 45 próbek BFRP o nominalnej średnicy 8 mm ze względu na ściskanie o zróżnicowanej długości niezakotwionej. Dla próbek o długości niezakotwionej do 85 mm zniszczenie następowało przez zgniatanie. Pręty o długości niezakotwionej większej od 120 mm ulegały zniszczeniu w wyniku globalnego wyboczenia pręta a następnie pękania włókien. Na podstawie zależności wytrzymałość na obciążenie wyboczeniowe - niezakotwiona długość pręta ustalono optymalną długość niezakotwioną pręta BFRP, dla której wytrzymałość na obciążenie wyboczeniowe osiąga największą wartość. Wraz ze wzrostem długości niezakotwionej wytrzymałość na obciążenie wyboczeniowe ulegała zmniejszeniu. Moduł sprężystości przy ściskaniu dla zmiennych długości niezakotwionych próbek nieznacznie się różnił, a jego wartość zbliżona była do modułu sprężystości przy rozciąganiu. Określono zależność między wytrzymałością na obciążenie wyboczeniowe a długością niezakotwioną prętów BFRP, co przyczyni się do optymalizacji rozstawu zbrojenia poprzecznego w elementach ściskanych oraz do opracowania przepisów normowych w obszarze elementów ze zbrojeniem ściskanym.

2

Fortification of damaged asphalt pavements with cement concrete slabs reinforced with next-gen bars – part I: Laboratory study

80%

Radziszewski P. , Jackiewicz-Rek W. , Sarnowski M. , Urbański M.

Archives of Civil Engineering

|

2018

|

tom Vol. 64, nr 3

67--80

EN

Over the course of operation, asphalt road pavements are subjected to damage from car traffic loads and environmental factors. One of the possible methods of strengthening damaged asphalt pavements may be the application of an additional rigid layer in the form of a cement concrete slab with continuous reinforcement. This paper presents a material-technological and structural solution for composite pavement where a cement concrete slab with continuous HFRP bar reinforcement is used for strengthening. Based on laboratory tests, the serviceability of composite bar reinforcement of rigid pavement slabs was shown. A design for strengthening asphalt pavement with a concrete slab with steel bar and corresponding HFRP bar reinforcement was developed. The composition of a pavement cement concrete mix was designed, and experimental sections were formed. Based on laboratory tests of samples collected from the surfaces of experimental sections and the diagnostic tests carried out in “in situ” conditions, the authors will try, in the nearest future (Part II: In situ observations and tests), to confirm the effectiveness of strengthening asphalt pavements with cement concrete slabs with HFRP components.

3

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

80%

Protchenko K. , Zayoud F. , Urbański M.

Archives of Civil Engineering

|

2021

|

tom 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.

4

Rezydualna nośność elementów zginanych ze zbrojeniem HFRP po ekspozycji na działanie podwyższonej temperatury

80%

Protchenko K. , Urbański M. , Szmigiera E.

Inżynieria i Budownictwo

|

2021

|

tom R. 77, nr 1-2

51--54

PL

Przedstawiono wyniki badań elementów zginanych zbrojonych prętami na bazie kompozytów FRP narażonych na działanie podwyższonej temperatury. Pełnowymiarowe betonowe belki były narażone na ogień, a następnie ich rezydualna nośność została określona w 4-punktowym badaniu na zginanie.

EN

The article describes the results of experimental tests on bending elements reinforced with composite FRP bars subjected to elevated temperatures. Full-size concrete beams were tested in fire conditions and then their residual load-bearing capacity was tested in a 4-point bending test.

5

Mechanical performance of FRP-RC flexural members subjected to fire conditions

80%

Protchenko K. , Elżbieta S. , Urbański M. , Garbacz A.

|

2020

|

tom Vol. 19, no 4

17--30

EN

One of the main concerns that limit the widespread use of Fibre-Reinforced Polymers (FRP) bars as internal reinforcement for reinforced concrete (RC) structures is their relatively unexplored response to elevated temperatures. The behaviour of FRP reinforcement at elevated temperature as well as their post-fire behaviour can be different from conventional reinforcement and depends on the properties of the constituents of the bars. Therefore, the fire resistance of FRP-RC structures is an important issue that needs careful investigation before FRP reinforcement can be implemented in RC structures. The experimental results for full-scale FRP-RC beams subjected to specific fire action were presented and discussed in this paper. The specimens were exposed to heat in the mid-section from below (tension zone) and from the sides. As one of the main aims was to examine the influence of different reinforcement configurations, the testing was made for concrete beams reinforced with three different types of FRP 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 rebars. The present work describes the behaviour of FRP-RC beams exposed to fire conditions and simultaneous loading (50 % of their ultimate strength capacity at normal temperature) and unloaded beams were tested after the cooling phase in order to evaluate their residual resistance. Present work shows that the type of FRP bars used has a direct influence on the outcomes and the way of destruction. The maximum ductility, the longest heating time of approximately 100 minutes, was obtained for beams reinforced with BFRP bars and attained deflections were corresponded to the value of 162 mm.

6

Charakterystyka przyczepności prętów GFRP i BFRP do betonu z dodatkiem zeolitu i metakaolinitu

70%

Urbański M. , Woyciechowski P. , Szmigiera E. , Adamczewski G. , Sosnowska E.

Przegląd Budowlany

|

2023

|

tom R. 94, nr 11-12

121--127

PL

Porównano zależności przyczepność-poślizg oraz mechanizmy zniszczenia dla betonu z dodatkami zeolitu i metakaolinitu w obecności prętów GFRP, BFRP i stalowych. Przyczepność prętów GFRP do betonu z dodatkiem metakaolinitu była o 50% większa niż do betonu zwykłego, natomiast przyczepność do betonu z zeolitem podobna. W przypadku prętów BFRP stwierdzono wzrost przyczepności o 7% dla betonu z metakaolinitem. Pręty BFRP miały większą przyczepność w stosunku do zbrojenia stalowego. Zmiana przyczepności prętów GFRP i BFRP była stopniowa, a poślizg był kilkukrotnie większy niż prętów stalowych.

EN

Bond stress-slip relationship and failure mechanisms for concrete with additions of zeolite and metakaolin in the presence of GFRP, BFRP and steel bars were compared. The bond strength of GFRP bars to concrete with the addition of metakaolin was 50% higher than to ordinary concrete, while the bond strength to concrete with zeolite was similar. In the case of BFRP bars, an increase in bond strength by 7% was found for concrete with metakaolin. BFRP bars had greater bond strength to steel reinforcement. The change in the bond stress of the GFRP and BFRP bars was gradual and the slip was several times greater than that of the steel bars.