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.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.10a
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pp.599-604
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2002
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 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.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.26
no.2
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pp.78-85
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2009
High performance functional fibers are demanded increasingly in the modern industries, while the inorganic fibers such as carbon fibers, glass fibers, and metal fibers are representative among them in that they have high strength, consistent properties in a broad temperature change, etc.. This paper reports on the experimental trial to apply the microwave furnace on melting the natural basalt rock that spreads overall on the global surface and is supposed to be used as the raw material for the inorganic high performance fiber. Results showed that the new method to use the microwave as the heating source to melt the basalt rock was feasible. The crucible spinning could effectively applied for producing the basalt fibers up to 10 micrometer diameter, when the crushed basalt rocks were used. For drawing the molten basalt the drawing roller surface feature was a very important factor.
In this work, the effect of fiber array direction including $0^{\circ}$, $0^{\circ}/90^{\circ}$, $0^{\circ}/45^{\circ}/-45^{\circ}$ was investigated for mechanical properties of basalt fiber-reinforced composites. Mechanical properties of the composites were studied using interlaminar shear strength (ILSS) and critical stress intensity factor ($K_{IC}$) measurements. The cross-section morphologies of basalt fiber-reinforced epoxy composites were observed by scanning electron microscope (SEM). Also, the surface properties of basalt fibers were determined by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). From the results, it was observed that acid treated basalt fiber-reinforced composites showed significantly higher mechanical interfacial properties than those of untreated basalt fiber-reinforced composites. These results indicated that the hydroxyl functional groups of basalt fibers lead to the improvement of the mechanical interfacial properties of basalt fibers/epoxy composites in the all array direction.
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.
In this study, thermal effects on the mechanical properties of cement mortars with some types of fibers is investigated. The replaced fibers were made of polypropylene (PP), aramid, glass and basalt. In other words, the main goal of this paper is to study the effects of different fibers on the mechanical properties of cement mortars after subjecting to normal and sub-elevated temperatures. The experimental tests used for investigating these effects were compressive, splitting tensile, and four-point bending tests at 20, 100 and $300^{\circ}C$, respectively. Moreover, the microstructures of the specimens in different temperatures were investigated using scanning electron microscope (SEM). Based on the experimental results, the negative effects of sub-elevated temperatures on four-point bending tests were much more than the others. Moreover, using the fibers with higher melting points could not improve the qualities of the samples in sub-elevated temperatures.
Geopolymer concrete production is interesting as it is an alternative to portland cement concrete. However, workability, setting time and strength expectations limit the sustainable application of geopolymer concrete in practice. This study aims to improve the production of geopolymer concrete to mitigate these drawbacks. The improvement in the workability and setting time were achieved with the additional use of NaOH solution whereas an increase in the strength was gained with the addition of recycled steel fibers from waste tires. In addition, the use of 25% basalt powder instead of fly ash and the addition of recycled steel fibers from waste tires improved its environmental feature. The samples with steel fiber ratios ranging between 0.5% and 5% and basalt powder of 25%, 50% and 75% were tested under both compressive and flexure forces. The compressive and flexural capacities were significantly enhanced by utilizing recycled steel fibers from waste tires. However, decreases in these capacities were detected as the basalt powder ratio increased. In general, as the waste wire ratio increased, the compressive strength gradually increased. While the compressive strength of the reference sample was 26 MPa, when the wire ratio was 5%, the compressive strength increased up to 53 MPa. With the addition of 75% basalt powder, the compressive strength decreases by 60%, but when the 3% wire ratio is reached, the compressive strength is obtained as in the reference sample. In the sample group to which 25% basalt powder was added, the flexural strength increased by 97% when the waste wire addition rate was 5%. In addition, while the energy absorption capacity was 0.66 kN in the reference sample, it increased to 12.33 kN with the addition of 5% wire. The production phase revealed that basalt powder and waste steel wire had a significant impact on the workability and setting time. Furthermore, SEM analyses were performed.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.3
no.1
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pp.84-89
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2015
Basalt fiber has many advantages as a reinforcing fiber such as high tensile strength and similar density to concrete. This study investigated the bonding property and the effect of fiber orientation on tensile strength of basalt fiber. Single fiber pullout tests for basalt and polyvinyl alcohol (PVA) fibers were performed to evaluate the bonding property between basalt fiber and mortar. And then tensile strength of basalt, PVA, and polyethylene (PE) fibers according to fiber orientation were measured. From the test results, it was exhibited that the chemical bond, frictional bond, and slip-hardening coefficient of basalt fiber were 1.88, 1.03, 0.24 times of PVA fibers, respectively. And the strength reduction coefficient of basalt fiber was 9 times of PVA fiber and 3 times of PE fiber.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1997.04a
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pp.341-348
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1997
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.
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