Physical and mechanical properties of light and heavyweight concretes reinforced with basalt fibre

Abstract

Це дослідження було спрямоване на вивчення впливу базальтових фібр у бетонних сумішах для поліпшення їхніх фізико-механічних властивостей. Під час роботи використовували портландцемент марки ПЦ400 Д0, гранітний щебінь, перлітове гравійне наповнення і піщану крупку для створення бетонних сумішей різної щільності. Результати проведеної роботи підтвердили, що оптимальне дозування базальтових волокон відіграє ключову роль у досягненні найкращих механічних властивостей бетону. При правильному дозуванні до 3 %, волокна покращують структуру бетону, підвищуючи його міцність і тріщиностійкість. Однак при перевищенні цього рівня до 5 %, агломерація волокон і нестача цементної пасти для зв’язування заповнювачів призводять до зниження міцності бетону на вигин. Дослідження також виявило, що міцність на розрив і міцність на стиск бетону змінюються залежно від вмісту базальтових фібр. Міцність на розрив (вигин) показала тенденцію до збільшення при додаванні до 3 % волокон, з максимальним збільшенням на 11,3 % порівняно з вихідним зразком. Однак при подальшому збільшенні вмісту базальтових фібр, міцність почала знижуватися, підкреслюючи важливість дотримання оптимального дозування. Усадка бетону також змінювалася залежно від вмісту волокон: при збільшенні вмісту базальтових фібр усадка зменшувалася, що пов’язано з формуванням внутрішньої армувальної структури, яка перешкоджає переміщенню частинок бетону. У разі легких бетонів було виявлено аналогічні тенденції: міцність на стиск і міцність на вигин збільшувалися до певного рівня вмісту базальтових фібр, але потім знижувалися в разі перевищення оптимального дозування. Отримані результати підкреслюють важливість ретельного контролю дозування базальтових фібр під час проєктування бетонних конструкцій, оскільки недостатній або надлишковий вміст базальтових фібр може негативно вплинути на механічні властивості бетону. Оптимальне використання базальтових фібр може значно поліпшити міцність, тріщиностійкість та інші характеристики бетону, роблячи його більш стійким і довговічним у різних умовах експлуатації.

The purpose of this study was to investigate the effect of basalt fibres in concrete mixtures to improve their physical and mechanical properties. The study used Portland cement grade PC400 D0, granite crushed stone, perlite gravel fill, and sand coarse aggregate to create concrete mixtures of various densities. The findings of this study confirmed that the optimum dosage of basalt fibres plays a key role in achieving the best mechanical properties of concrete. Upon proper dosage of up to 3%, the fibres improve the structure of concrete, increasing its strength and crack resistance. However, when this level is exceeded up to 5%, agglomeration of fibres and lack of cement paste to bind the aggregates result in lower flexural strength of concrete. The study also revealed that the tensile strength and compressive strength of concrete varies with basalt fibre content. The tensile (flexural) strength showed an increasing trend with the addition of up to 3% fibres, with a maximum increase of 11.3% over the original sample. However,when the basalt fibre content was further increased, the strength started to decrease, emphasising the significance of maintaining the optimum dosage. Concrete shrinkage also varied with fibre content: as the basalt fibre content increased, shrinkage decreased due to the formation of an internal reinforcing structure that prevents the movement of concrete particles. In case of lightweight concrete, analogous trends were discovered: compressive strength and flexural strength increased up to a certain level of basalt fibre content, but then decreased when the optimum dosage was exceeded. The findings emphasise the significance of careful control of basalt fibre dosage in the design of concrete structures, as insufficient or excessive basalt fibre content can adversely affect the mechanical properties of concrete. Optimised use of basalt fibres can considerably improve the strength, crack resistance, and other characteristics of concrete, making it more stable and durable under various service conditions.