Ductility and flexure of lightweight expanded clay basalt fiber reinforced concrete slab


Citar

Texto integral

Resumo

Relevance. The load on a reinforced concrete slab with high strength lightweight aggregate concrete leads to increased brittleness and contributes to large deflection or flexure of slabs. The addition of fibers to the concrete mix can improve its mechanical properties including flexure, deformation, toughness, ductility, and cracks. The aims of this work are to investigate the flexure and ductility of lightweight expanded clay concrete slabs reinforced with basalt fiber polymers, and to check the effects of basalt fiber mesh on the ductility and flexure. Methods. The ductility and flexural/deflection tests were done on nine engineered cementitious composite (expanded clay concrete) slabs with dimensions length 1500 mm, width 500 mm, thickness 65 mm. These nine slabs are divided in three reinforcement methods types: three lightweight expanded clay concrete slab reinforced with basalt rebars ∅10 mm (first slab type); three lightweight expanded clay concrete slab reinforced with basalt rebars ∅10 mm plus dispersed chopped basalt fiber plus basalt fiber polymer (mesh) of cells 25×25 mm (second slab type); three lightweight expanded clay concrete slab reinforced with basalt rebars ∅10 mm plus dispersed basalt fiber of length 20 mm, diameter 15 µm (third slab type). The results obtained showed physical deflection of the three types of slab with cracks. The maximum flexural load for first slab type is 16.2 KN with 8,075 mm deflection, second slab type is 24.7 KN with 17,26 mm deflection and third slab type 3 is 32 KN with 15,29 mm deflection. The ductility of the concrete slab improved with the addition of dispersed chopped basalt fiber and basalt mesh.

Sobre autores

Vera Galishnikova

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University)

Autor responsável pela correspondência
Email: passydking2@mail.ru

Vice-Rector of National Research Moscow State University of Civil Engineering, Doctor of Technical Sciences, Professor

26 Yaroslavskoye Shosse, Moscow, 129337, Russian Federation

Alireza Heidari

McGill University

Email: passydking2@mail.ru

research associate of the Department of Mechanical Engineering, Ph.D.

845 Sherbrooke St West, Montréal (Québec), H3A 0G4, Canada

Paschal Chiadighikaobi

Pacherozi Engineering and Materials Nigeria Ltd

Email: passydking2@mail.ru

engineer of the Department of Civil Engineering, Ph.D.

14 Chief Andy Obidike Lane, Off Udeagbala Road, Ayaba Umueze, Osisioma, Abia State, Federal Republic of Nigeria

Adegoke Muritala

Morgan State University

Email: passydking2@mail.ru

researcher of the Department of Civil Engineering, Ph.D.

1700 East Cold Spring Lane, Baltimore, Maryland, 21251, United States of America

Dafe Emiri

Cross River University of Technology

Email: passydking2@mail.ru

researcher, lecturer of the Department of Civil Engineering, M.Sc.

P.M.B 1123, Calabar, Cross River State, Federal Republic of Nigeria

Bibliografia

  1. Kovler K., Chernov V. Types of damage in concrete structures, in failure, distress and repair of concrete structures. Cambridge: Woodhead Publishing Limited; 2009. p. 32-56.
  2. Loreto G., Leardini L., Arboleda D., Nanni A. Performance of RC slab-type elements strengthened with fabric-reinforced cementitious-matrix composites. Journal of Composites for Construction. 2014;18(3). https://doi.org/10.1061/(ASCE)CC.1943-5614.0000415
  3. Elsanadedy H.M., Almusallam T.H., Alsayed S.H., Al-Salloum Y.A. Flexural strengthening of RC beams using textile reinforced mortar - experimental and numerical study. Composite Structures. 2013;97:40-55.
  4. Kim S.W. Experimental study on bond flexural behavior of RC members using CFRP-bar NSM system. Ph.D. thesis. Gyeongsan: Yeungnam University; 2015.
  5. Kim H.J. Failure behavior of reinforced concrete beams with flexural strengthened by steel plates. Ph.D. thesis. Gwangju: Chonnam University; 2005. p. 17-22.
  6. Fiore V., Scalici T., Di Bella G., Valenza A. A review on basalt fiber and its composite. Composites Part B: Engineering. 2015;74:74-94.
  7. Morozov N.N., Bakunov V.S., Morozov E.N., Aslanova L.G., Granovskii P.A., Prokshin V.V., Zemlyanitsyn A.A. Materials bases on basalt from the Euroean North of Russia. Glass and Ceramics. 2001;58(3-4):100-104.
  8. Mohammadi M.A., Silfwerbrand J., Arskog V. Shear behaviour of high-performance basalt fibre concrete. Part I. Laboratory shear tests on beams with macro fibres and bars. fib Structural Concrete Journal. 2018. https://doi.org/10.1002/suco.201700208
  9. Mohammadi M.A., Silfwerbrand J., Arskog V. Flexural behaviour of medium-strength and high-performance macro basalt fibre concrete aimed for marine applications. Nordic Concrete Research Journal. 2017;57(2):103-123.
  10. Du J., Wang C., Qiao M., Chang X., Chen H. Flexural behavior of concrete beams reinforced by CFRP bars. International Conference Mechanical Automation Control Engineering. 2010;13(5):1060-1063.
  11. El Refai A., Abed F. Concrete contribution to shear strength of beams reinforced with basalt fiber-reinforced bars. Journal of Composites for Construction. 2015;20(4):150-179.
  12. Elgabbas F., Ahmed E.A., Benmokrane B. Flexural behavior of concrete beams reinforced with ribbed basalt-FRP bars under static loads. Journal of Composites for Construction. 2016;21(3):195-230.
  13. Alsayed S., Alhozaimy A. Ductility of concrete beams reinforced with FRP bars and steel fibers. Journal of Composite Materials. 1999;33(19):1792-1804.
  14. Habeeb M.N., Ashour A.F. Flexural behavior of continuous GFRP reinforced concrete beams. Journal of Composites for Construction. 2008;12(2):115-124.
  15. Issa M.S., Metwally I.M., Elzeiny S.M. Influence of fibers on flexural behavior and ductility of concrete beams reinforced with GFRP rebars. Engineering Structures. 2011;33(5):1754-1763.
  16. Mohamed H.M., Masmoudi R. Flexural strength and behavior of steel and FRP-reinforced concrete-filled FRP tube beams. Engineering Structures. 2010;32(11): 3789-3800.
  17. Robert M., Benmokrane B. Behaviour of GFRP reinforcing bars subjected to extreme temperatures. Journal of Composites for Construction. 2009;14(4):353-360.
  18. Tomlinson D., Fam A. Performance of concrete beams reinforced with basalt FRP for flexure and shear. Journal of Composites for Construction. 2014;19(2):140-150.
  19. Wang H., Belarbi A. Ductility characteristics of fiber-reinforced-concrete beams reinforced with FRP rebars. Construction and Building Materials. 2011;25(5):2391-2401.
  20. Wu G., Dong Z., Wang X., Zhu Y., Wu Z. Prediction of long-term performance and durability of BFRP bars under the combined effect of sustained load and corrosive solutions. Journal of Composites for Construction. 2014;19(3):4-15.
  21. Yang J.M., Min K.H., Shin H.O., Yoon Y.S. Effect of steel and synthetic fibers on flexural behavior of high-strength concrete beams reinforced with FRP bars. Composites Part B: Engineering. 2012;43(3):1077-1086.
  22. Bakis C.E., Bank L.C., Brown V.L., Cosenza E., Davalos J.F., Lesko J.J., Machida A., Rizkalla S.H., Triantafillou T.C. Fiber-reinforced polymer composites for construction state-of-the-art review. Journal of Composites for Construction. 2002;6(2):73-87. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0268(2002)6:2(73)
  23. Kharun M., Koroteev D.D., Dkhar P., Zdero S., Elroba S.M. Physical аnd mechanical properties оf basalt-fibered high-strength concrete. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2018;14(5):396-403. (In Russ.) http://dx.doi.org/10.22363/1815-5235-2018-14-5-396-403
  24. Campbell T.I., Dolan C.W. Specification for carbon and glass fiber-reinforced polymer bar materials for concrete reinforcement. U.S. ACI 440. Jan. 4, 2008.
  25. Bank L.C., Campbell T.I., Dolan C.W. Guide for the design and construction of concrete reinforced with FRP bars. U.S. ACI 440-1R. Jun. 4, 2006.
  26. Campione G. Simplified flexural response of steel fiber-reinforced concrete beams. Journal of Materials in Civil Engineering. 2008;20(4):283-293.
  27. High C., Seliem H.M., El-Safty A., Rizkalla S.H. Use of basalt fibers for concrete structures. Construction and Building Materials. 2015;96(1):37-46.
  28. Iyer P., Kenno S.Y., Das S. Mechanical properties of fiber-reinforced concrete made with basalt filament fibers. Journal of Materials in Civil Engineering. 2015;27(11):1-8.
  29. Ayub T., Asce S.M., Shafiq N., Khan S.U. Compressive stress-strain behavior of HSFRC reinforced with basalt fibers. Journal of Materials in Civil Engineering. 2016;28(4):1-11.
  30. Jiang C., Fan K., Wu F., Chen D. Experimental study on the mechanical properties and microstructure of chopped basalt fiber reinforced concrete. Journal of Materials in Civil Engineering. 2014;58:187-193.
  31. Okolnikova G.E., Novikov N.V., Starchevskaya A.Y., Pronin G.S. Effect of basalt fiber on the strength of concrete. System Technologies. 2019;2(31):37-40. (In Russ.)
  32. Ahmad S.H., Xie Y., Yu T. Shear ductility of reinforced lightweight concrete beams of normal strength and high strength concrete. Cement and Concrete Composites. 1995;17(2):147-159.
  33. Hong Zhi.C. Mechanical properties of lightweight aggregate concrete - effect of lightweight aggregates on concrete. PhD thesis. Hong Kong University; 2007.
  34. Arisoy B., Wu H.C. Material characteristics of lightweight, high-performance concrete reinforced with PVA. Construction and Building Materials. 2008;22(4):635-645.
  35. Wang H.T., Wang L.C. Experimental study on static and dynamic mechanical properties of steel fiber reinforced lightweight aggregate concrete. Construction and Building Materials. 2013;38(2):1146-1151.
  36. Balaguru P., Foden A. Properties of fiber reinforced structural lightweight concrete. American Concrete Institute Structural Journal. 1996;93:1-12.
  37. ACI 544.1R-96 (Reapproved 2002). State-of-the-art report on fiber reinforced concrete. Manual of concrete practice. ACI Committee 544. Michigan: American Concrete Institute; 2005.
  38. Galishnikova V.V., Chiadighikaobi P.C., Emiri D.A. Comprehensive view on the ductility of basalt fiber reinforced concrete focus on lightweight expanded clay. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2019;15(5):360-366. (In Russ.) http://dx.doi.org/10.22363/1815-5235-2019-15-5-360-366
  39. GOST 10180-2012. Concretes. Methods for strength determination using reference specimens. Moscow; 2013. (In Russ.)
  40. Sepehr M.N., Kazemian H., Ghahramani E., Amrane A., Sivasankar V., Zarrabi M. Defluoridation of water via light weight expanded clay aggregate (LECA): adsorbent characterization, competing ions, chemical regeneration, equilibrium, and kinetic modeling. Journal of Taiwan Institute of Chemical Engineers. 2014;45:1821-1834.
  41. Islam S., Sharmin N., Moniruzzaman, Akhtar U.S. Effect of soda lime silica glass waste on the basic properties of clay aggregate. International Journal of Science and Engineering Research. 2016;7(4):149-153.
  42. Galishnikova V.V., Kharun M., Koroteev D.D., Chiadighikaobi P.C. Basalt fiber reinforced expanded clay concrete for building structures. Magazine of Civil Engineering. 2021;101(1):10107. https://doi.org/10.34910/MCE.101.7

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».