The effect of basalt and polypropylene fibers on the flexural behavior of reinforced concrete (RC) beams is investigated in this paper. The compressive and tensile behaviors of the basalt concrete and polypropylene concrete cylinders are also investigated. Eight beams and 28 cylinders were made with different percentages of basalt and polypropylene fibers. The dosages of fiber were selected as 0.6%, 1.3%, and 2.5% of the total cement weight. Each type of fiber was mixed solely with the concrete mix. Basalt and polypropylene fibers are modern and cheap materials that can be used to improve the structural behavior of RC members. This research is designed to find the optimum percentage of basalt and polypropylene fibers for enhancing the flexural behavior of RC beams. Test results showed that the addition of basalt and polypropylene fibers in any dosage (0.6%, 1.3%, and 2.5%) can increase the flexural strength and displacement ductility index of the beams where the maximum enhancement was measured with 1.3% fibers. The maximum increments in the flexural strength and the displacement ductility index were 30.39% and 260% for the basalt fiber case, while the maximum improvement for the polypropylene fibers case was 55.5% and 230% compared to the control specimen. Finite element (FE) models were then developed in ABAQUS to predict the numerical behaviour of the tested beams. The FE models were able to predict the experimental behaviour with reasonable accuracy. This research confirms the efficiency of basalt and polypropylene fibers in enhancing the flexural behavior of RC beams, and it also suggests the optimum dosage of fibers.
Yu H. Yang;Sheng J. Jin;Chang C. Shi;Wen P. Ma;Jia K. Zhao
Advances in concrete construction
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v.16
no.6
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pp.277-290
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2023
In order to study the mechanical properties of basalt fiber reinforced ultra-fine fly ash concrete (BFUFARC), the effects of ultra-fine fly ash (UFA) content, basalt fiber content, basalt fiber length and water reducing agent content on the compressive strength, splitting tensile strength and flexural strength of the composite material were studied through experimental and theoretical analysis. Also, a scanning electron microscope (SEM) was employed to analyze the mesoscopic structure in the fracture surface of composite material specimens at magnifications of 500 and 3500. Besides, the energy release rate (Gc) and surface free energy (γs) of crack tip cracking on BFUFARC in different basalt fiber content were studied from the perspective of fracture mechanics. Further, the cracking resistance, reinforcement, and toughening mechanisms of basalt fibers on concrete substrate were revealed by surface free energy of BFUFARC. The experimental results indicated that basalt fiber content is the main influence factor on the splitting tensile strength of BFUFARC. In case that fiber content increased from 0 to 0.3%, the concrete surface free energy at the tip of single-sided crack showed a trend of increased at first and then decreased. The surface free energy reached at maximum, about 3.59 × 10-5 MN/m. During the process of increasing fiber content from 0 to 0.1%, GC-2γS showed a gradually decreasing trend. As a result, an appropriate amount of basalt fiber can play a preventing cracking role by increasing the concrete surface free energy, further effectively improve the concrete splitting tensile performance.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.2
no.4
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pp.345-353
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2014
This study was evaluated influence of fluidity properties according to basalt fiber and high volume fly ash in the mortar level, as part of a basic study for development of fiber reinforced concrete using basalt fiber and high volume fly ash. In the first step, it was evaluated that fluidity properties of mortar according to replacement ratio 6 level of fly ash(10, 20, 30, 40, 50 and 60mass%) and fluidity properties of mortar according to content 5 levels of SP(1.3, 1.5, 1.7, 1.9 and 2.1%) and content 5 levels of VA(0.2, 0.4, 0.6, 0.8 and 1.0%) for dispersion of the basalt fiber, in the second step, it was evaluated that fluidity properties of mortar using High-volume fly ash (50mass%) on 3 levels of basalt fiber length (6, 20 and 30mm). Results of assessment, if after a fiber mixed, it showed that viscosity agent is more effective to improve the fluidity and fiber dispersion than superplasticizer, high volume fly ash (50%) applying the mixing, due to three properties of fly ash, showed that the improved fiber dispersibility and flow improvement.
Concrete structures become more common in railway systems with an advancement of high speed train technologies. As the service life of concrete structures increases, structural strengthening for concrete structures may be necessary. There are several typical strengthening techniques using steel plate and fiber reinforced polymer (FRP) materials, which have their own inherent shortcomings. In order to enhance greater durability and resistance to fire and other environmental attacks, basalt fiber material attracts engineer's attention due to its characteristics. This study investigates bonding performance of basalt fiber sheet as a structural strengthening material. Experimental variables include bond width, length and number of layer. From the bonding tests, there were three different types of bonding failure modes: debonding, rupture and rip-off. Among the variables, bond width indicated more significant effect on bonding characteristics. In addition the bond length did not contribute to bond strength in proportion to the bond length. Hence this study evaluated effective bond length and effective bond strength. The effective bond strength was compared to those suggested by other researches which used different types of FRP strengthening materials such as carbon FRP.
Kim, Min-Gyun;Kam, Sang-Kyu;Jeon, Yong-Han;Kim, Nam-Jin
Journal of the Korea Safety Management & Science
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v.21
no.4
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pp.45-49
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2019
The basalt fiber is expected to become a trend for industrial fibers as they have better properties of heat-resistant, non-combustion, absorbent, soundproof, moistureproof, lightweight, corrosion resistant, and high strength properties. Also, the fiber is found to be non-toxic and harmless to the human body. Therefore, in this study, we analyzed the chemical and mineral compositions of powdered sludge of basalt produced at seven sites on Jeju Island for the development of fire resistance insulating material for a building. The results showed that the basalt stone sludge is made from only sodium calcium aluminum silicate and ferridioside components unlike the basalt rock.
Mazloom, Moosa;Karimpanah, Hemin;Karamloo, Mohammad
Advances in concrete construction
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v.9
no.4
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pp.375-386
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2020
In the present study, the effect of basalt, glass, and hybrid glass-basalt fibers on mechanical properties and fracture behavior of self-compacting concrete (SCC) mixes have been assessed at room and elevated temperatures. To do so, twelve mix compositions have been prepared such that the proper workability, flowability, and passing ability have been achieved. Besides, to make comparison possible, water to binder ratio and the amount of solid contents were kept constant. Four fiber dosages of 0.5, 1, 1.5, and 2% (by concrete volume) were considered for monotype fiber reinforced mixes, while the total amount of fiber were kept 1% for hybrid fiber reinforced mixes. Three different portions of glass and basalt fiber were considered for hybridization of fibers to show the best cocktail for hybrid basalt-glass fiber. Test results indicated that the fracture energy of mix is highly dependent on both fiber dosage and temperature. Moreover, the hybrid fiber reinforced mixes showed the highest fracture energies in comparison with monotype fiber reinforced specimens with 1% fiber volume fraction. In general, hybridization has played a leading role in the improvement of mechanical properties and fracture behavior of mixes, while compared to monotype fiber reinforced specimens, hybridization has led to lower amounts of compressive strength.
In this study, the strength properties of NHL based mortar with blending basalt fiber were investigated. In the first step, it was evaluated that physical properties of NHL based mortar according to mixing method of four types of basalt fiber and then mixing method of one type was selected. As a result of assessment, it showed that the physical properties with mixing method of dry blending were better than that of wet blending and mixing method that basalt fiber pre-mixed with NHL for 5 min in a blender was selected and water and aggregate were finally added. Secondly, the investigation of blending fiber length on the compressive and flexural strength for basalt fiber reinforced NHL based mortars was carried out. The compressive strength was decreased with adding fiber, and the flexural strength was increased more than plain mortar. In the case of adding 6 mm fiber, the compressive and flexural strength were improved more than that of others.
Gulsan, Mehmet Eren;Al Jawahery, Mohammed S.;Alshawaf, Adnan H.;Hussein, Twana A.;Abdulhaleem, Khamees N.;Cevik, Abdulkadir
Advances in concrete construction
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v.6
no.5
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pp.423-463
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2018
This paper investigates the behavior of normal and self-compacted steel fiber reinforced concrete (SCC-SFRC) corbels rehabilitated by Basalt Fiber Mesh (BFM) and Basalt Fiber Fabric (BFF) for the first time in literature. The research objective is to study the effectiveness of BFM and BFF in the rehabilitation of damaged reinforced concrete corbels with and without epoxy injection. The experimental program includes two types of concrete: normal concrete, and self-compacted concrete. For normal concrete, 12 corbels were rehabilitated by BFM without injection epoxy in cracks, with two values of compressive strength, three ratios of steel fiber (SF), and two values of shear span. For self-compacted concrete, 48 corbels were rehabilitated with different parameters where 12 corbels were rehabilitated by BFM with and without epoxy injection, 18 heated corbels with three different high-temperature level were rehabilitated by repairing cracks only by epoxy injection, and 18 heated corbels with three different high-temperature level were rehabilitated by repairing cracks by epoxy and wrapping by BFF. All 48 corbels have two values of compressive strength, three values volumetric ratios of SF, and two values of the shear span. Test results indicate that RC corbels rehabilitated by BFM only without injection did not show any increase in the ultimate load capacity. Moreover, For RC corbels that were repaired by epoxy without basalt wrapping, the ultimate load capacities showed an increase depending on the mode of failure of corbels before the rehabilitation. However, the rehabilitation with only crack repairing by epoxy injection is more effective on medium strength corbels as compared to high strength ones. Finally, it can be concluded that use of BFF is an effective and powerful technique for the strengthening of damaged RC corbels.
This study aimed to inspect the axial compression mechanical performance of basalt-fiber-reinforced recycled - concrete (BFRRC)-filled square steel tubular stub column. The replacement ratio of recycled coarse aggregate (RCA) and the basalt fiber (BF) dosage were used as variation parameters, and the axial compression performance tests of 15 BFRRC-filled square steel tubular stub column specimens were conducted. The failure mode and the load-displacement/strain curve of the specimen were measured. The working process of the BFRRC-filled square steel tubular stub column was divided into three stages, namely, elastic-elastoplasticity, sudden drawdown, and plasticity. The influence of the design parameters on the peak bearing capacity, energy dissipation performance, and other axial compression performance indexes was discussed. A mathematical model of segmental stiffness degradation was proposed on the basis of the degradation law of combined secant-stiffness under axial compression. The full-process curve equation of axial compressive stress-strain was proposed by introducing the influencing factors, including the RCA replacement ratio and the BF dosage, and the calculated curve agreed well with the test-measured curve.
In order to study the axial compression performance of basalt-fiber reinforced recycled concrete (BFRRC) filled circular steel tubular short columns, the axial compression performance tests of seven short column specimens were conducted to observe the mechanical whole-process and failure mode of the specimens, the load-displacement curves and the load-strain curves of the specimens were obtained, the influence of design parameters on the axial compression performance of BFRRC filled circular steel tubular short columns was analyzed, and a practical mathematical model of stiffness degradation and a feasible stress-strain curve equation for the whole process were suggested. The results show that under the axial compression, the steel tube buckled and the core BFRRC was crushed. The load-axial deformation curves of all specimens show a longer deformation flow amplitude. Compared with the recycled coarse aggregate (RCA) replacement ratio and the basalt fiber dosage, the BFRRC strength has a great influence on the peak bearing capacity of the specimen. The RCA replacement ratio and the BFRRC strength are detrimental to ductility, whereas the basalt fiber dosage is beneficial to ductility.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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