Mazloom, Moosa;Karimpanah, Hemin;Karamloo, Mohammad
Advances in concrete construction
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제9권4호
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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.
Fibers have been used to improve tile flexural performance of reinforced concrete. Therefore many different kinds of fibers have been developed and tested to reinforcing concrete. Basalt fiber is one of the recently developed materials for this purpose. Basalt fiber produced from this basalt raw material has high initial strength and durability. But, the main advantages of the basalt fiber are resistance to high operating temperatures and lower modulus and chemical resistance compared to fiberglass. Also basalt fiber may be consumed as a potential replacement for expensive carbon fibers.
The focus of this study is on the structural behaviour of reinforced concrete beams in which basalt fiber and SBR latex were added and the cement was partially replaced with 10% of hypo sludge. Eight different mixes of reinforced beam specimens were tested under static loading behaviour. The experiments showed, the structural behaviour with features such as load-deflection relationships, crack pattern, crack propagation, number of crack, crack spacing and moment curvature. A stress-strain relationship to represent the overall behavior of reinforced concrete in tension, which includes the combined effects of cracking and mode of failure along the reinforcement, is proposed. The structural behaviour results of reinforced concrete beams with various types of mix were tested at the age of 28 days. The investigation revealed that the flexural behaviors of hypo sludge reinforced concrete beams with addition of basalt fiber and SBR latex was higher than that of control concrete reinforced beam. The specimen (LHSBFC) with 10% hypo sludge, 0.25% Basalt fiber and 10% SBR latex showed an increase of 5.08% load carrying capacity, 7.6% stiffness, 3.97% ductility, 31.29% energy dissipation when compared to the control concrete beam. The analytical investigation using FEM shows that it was in good agreement with the experimental investigation.
The use of basalt fibers in various types of fiber-reinforced mortars has been increasing. One of the factors that expands the use of basalt fibers is that it is a natural fiber and therefore the production costs are lower than fibers such as PVA fiber. Basalt fibers have some drawbacks such as reducing the workability of mortars in which basalt fibers are added due to their structure, and negatively affecting the mechanical properties when used above a certain proportional amount depending on the type of mixture. For this purpose, in this study, as a different application, the surface of basalt fibers with different lengths (6 and 12 mm) was treated with Triton X-100 surfactant, and these disadvantages were tried to be reduced. In the study, a two-step method was followed. In the first one, the effectiveness of adding untreated and treated basalt fiber at 1, 1.25, 1.5, 1.75 and 2% by weight to the mortar mixtures was determined by conducting flow spread and flow rate as fresh mortar characteristics. In the second one, microstructural characterization and mechanical tests were performed as hardened mortar properties. The results showed that the flow characteristics of basalt fiber reinforced mortars treated with surfactant improved compared to untreated basalt fiber reinforced mortars. In terms of mechanical properties, the addition of 2% treated basalt fiber by weight to the mixtures allowed to obtain %18, %12, and%48 higher values of compressive, flexural, and tensile strength values, respectively, compared to the same amount of untreated basalt fiber mixtures.
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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제6권5호
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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.
Fibers have been used to improve the tensile strength or toughness of concrete. Therefore many different kinds of fibers have been developed and tested to reinforcing concrete. Basalt fiber is one of the recently developed materials for this purpose. Basalt fibers have the advantage which is the fiber itself is a same kind of material as concrete. In this study, fiber length change, orientation of fiber, the strength properties of fiber reinforced concrete have been tested. The test result show that as the amount of fiber increases, 1) workability of concrete has been reduced significantly, 2) the length of fiber reduced down to less than 4mm, 3) orientation factors are between 0.248 and 0.350, 4) compressive strength and elastic modulus have been increased significantly, however, the other strength have not increased significantly.
Basalt fiber is an eco-friendly fiber and comparatively newer to the world of fiber-reinforced polymer (FRP) composites. A limited number of studies have been reported in the literature on the strengthening of reinforced concrete (RC) beams with basalt fiber reinforced polymer (BFRP). The present experimental work explores the feasibility of using the BFRP strips for shear strengthening of the RC beams. The strengthening schemes include full wrap and U-wrap. A simple mechanical anchorage scheme has been introduced to prevent the debonding of U-wrap as well as to utilize the full capacity of the BFRP composite. The effect of varying shear span-to-effective depth (a/d) ratio on the behavior of shear deficient RC beams strengthened with BFRP strips under different schemes is examined. The RC beams were tested under a four-point loading system. The study finds that the beams strengthened with and without BFRP strips fails in shear for a/d ratio 2.5 and the enhancement of the shear capacity of strengthened beams ranges from 5% to 20%. However, the strengthened beams fail in flexure, and the control beam fails in shear for a higher a/d ratio, i.e., 3.5. The experimental results of the present study have been compared with the analytical study and found that the latter gives conservative results.
An experimental work was carried out to study the effect of hybrid fiber on the tension stiffening and cracking characteristics of geopolymer concrete (GPC). A total of 24 concentrically reinforced concrete specimens were cast and tested under uniaxial tension. The grade of concrete considered was M40. The variables mainly consist of the volume fraction of crimped steel fibers (0.5 and 1.0%) and basalt fibers (0.1, 0.2 and 0.3%). The load deformation response was recorded using LVDT's. At all the stages of loading after the first cracking, crack width and crack spacing were measured. The addition of fibers in hybrid form significantly improved the tension stiffening effect. In this study, the combination of 0.5% steel fiber and 0.2% basalt fiber gave a better comparison than the other combinations.
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.
The present study focuses on the performance of basalt fiber reinforced concrete (BFRC) lining in tunnel situated in sandstone rock when subjected to internal blast loading. The blast analysis of the lined tunnel is carried out using the three-dimensional (3-D) nonlinear finite element (FE) method. The stress-strain response of the sandstone rock is simulated using a crushable plasticity model which can simulate the brittle behavior of rock and that of BFRC lining is analyzed using a damaged plasticity model for concrete capturing damage response. The strain rate dependent material properties of BFRC are collected from the literature and that of rock are taken from the authors' previous work using split Hopkinson pressure bar (SHPB). The constitutive model performance is validated through the FE simulation of SHPB test and the comparison of simulation results with the experimental data. Further, blast loading in the tunnel is simulated for 10 kg and 50 kg Trinitrotoluene (TNT) charge weights using the equivalent pressure-time curves obtained through hydrocode simulations. The analysis results are studied for the stress and displacement response of rock and tunnel lining. Blast performance of BFRC lining is compared with that of plain concrete (PC) and steel fiber reinforced concrete (SFRC) lining materials. It is observed that the BFRC lining exhibits almost 65% lesser displacement as compared to PC and 30% lesser displacement as compared to SFRC tunnel linings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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