Effect of basalt minibars and steel fibers on the mechanical behavior of concrete.

Abstract

Bruken av stålarmering i form av armeringsjern har vært brukt i mange år for å forbedre strekk- og bøyestyrken til betongelementer. Forskningen og utviklingen innen betongfeltet utvides stadig på grunn av at betong er det mest tilgjengelige og mest brukte byggematerialet. Bruk av fibre i betong er ikke et helt nytt konsept, men økende mengder fibertyper og materialer introduseres i markedet. Den mekaniske oppførselen og egenskapene til hver av disse fibrene kan variere drastisk fra hverandre, og det utføres derfor kontinuerlig forskning for å bedre forstå hvordan forskjellige typer fiberarmert betong oppfører seg. I denne bacheloroppgaven ble det utført tester på to typer fibertyper, konvensjonelle stålkrokede glatte fibre og basaltfiberminibarer. Basaltfiber Minibars er en relativ ny teknologi som består av mange små mikrofiberbasaltfilamenter som er spunnet sammen for å danne store makrofibre med en lengde på mellom 30-50 mm. Disse minibarene skal fungere på samme måte som tradisjonelle stålfibre ved å øke betongens bøyekapasitet gjennom å fungere som strekkbroer og begrense sprekk dannelse. Volumfraksjoner på 0,5% og 1% ble testet for begge fibertyper og sammenlignet med vanlig betong. Stålfibrene viste en bemerkelsesverdig økning av trykkfasthet mens basaltfiberminibar reduserte trykkfastheten, og viste seg å være utilstrekkelig i bruk som trykkarmering. Stålfibrene viste ingen signifikant økning eller reduksjon når det gjaldt betongens endelige bøyestyrke, mens basaltfiberminibarene forårsaket en betydelig reduksjon i bøyestyrke. Fibrene virket ineffektive når det gjaldt å øke betongens endelige bøyestyrke, men de viste imidlertid eksepsjonell post-crack-oppførsel ved å øke betongens evne til å bære last forbi svikt. I tillegg ble forbedrede "failure-modes" observert på grunn av den vesentlig økningen av duktiliteten til den fiberarmerte betongen.

The use of steel reinforcement in the form of rebar has been used for many years to improve the tensile and flexural strength of concrete elements. The research and development within the field of concrete is ever expanding due to concrete being the most readily available and widely used construction material. The use of fibers in concrete is not an entirely new concept however increasing amounts of fiber types and materials are being introduced into the market. The mechanical behavior and properties of each of these fibers can drastically differ from each other and constant research is therefore being performed to better understand how different types of fiber reinforced concrete behave. In this bachelor thesis tests were performed on two types fiber types, conventional steel hooked end smooth fibers and basalt fiber Minibars. The basalt fiber Minibars are a rather new technology which consist of many small micro-fiber basalt filaments that have been spun together to form large macro-fibers of length between 30-50 mm. These Minibars are supposed to act similar to traditional steel fibers by increasing the concretes flexural capacity through acting as tension bridges and limiting crack prorogation. Volume fractions of 0.5% and 1% were tested for both fiber types and compared to plain concrete. The steel fibers showed a notable increase in compressive strength mean while the basalt fiber Minibars reduced the compressive strength proving to be insufficient at serving as compressive reinforcement. The steel fibers showed no significant increase or decrease when it came to the ultimate flexural strength of the concrete while the basalt fiber minibars caused a notable reduction in flexural strength. The fibers seemed ineffective at increasing the ultimate flexural strength of the concrete, they did however show exceptional post cracking behavior by increasing the concretes ability to carry loads past failure. Additionally, improved modes of failure were observed due to the significantly increase ductility of the fiber reinforced concrete.