- Tytuł:
-
Compression behaviour of BFRP bars
Właściwości ściskanych prętów BFRP - Autorzy:
-
Urbański, Marek
Protchenko, Kostiantyn - Powiązania:
- https://bibliotekanauki.pl/articles/2174028.pdf
- Data publikacji:
- 2022
- Wydawca:
- Polska Akademia Nauk. Czytelnia Czasopism PAN
- Tematy:
-
pręt zbrojeniowy
polimer wzmocniony włóknami bazaltowymi
ściskanie
wyboczenie
zgniatanie
skaningowa mikroskopia elektronowa
analiza SEM
BFRP
reinforcement bar
basalt fiber reinforced polymer
buckling
compression
crushing
SEM analysis - Opis:
-
The durability of building structures reinforced by steel is one of the main concerns in civil engineering. Currently, research in the field is focused on the possibility of replacing steel with relatively corrosion-resistant reinforcement, such as BFRP (Basalt Fiber Reinforced Polymers) bars. The behaviour of BFRP bars during compression has not yet been determined. The experimental results pertaining to BFRP bars subjected to compression were presented and discussed in the paper. The research program involved the preparation of 45 BFRP samples with varying unbraced length and nominal diameter of 8 mm that were subjected to compression. For samples with the unbraced length of up to 85 mm, the destruction was caused by crushing. The bars with the unbraced length greater than 120 mm were destroyed as a result of global buckling of the bar and subsequent fiber kinking. Based on the relationship between the buckling load strength - unbraced length, the optimal unbraced length of BFRP bar was determined, for which buckling load strength reaches its maximum value. The buckling load strength decreased, as the unbraced length increased. The values of modulus of elasticity under compression for variable unbraced lengths were slightly different for the samples, and were similar to the modulus of elasticity obtained at the tensile testing. The relationship between the buckling load strength and the unbraced length of BFRP bars was determined. This may contribute to the optimization of the transverse reinforcement spacing in compressed elements and to the development of standard provisions in the area of elements reinforced with FRP bars being subjected to compression.
Obecnie niezwykle dynamicznie rozwija się zastosowanie materiałów kompozytowych o wysokich parametrach użytkowych takich jak pręty BFRP (Basalt Fiber Reinforced Polymers) jako zamiennika tradycyjnego zbrojenia stalowego w budownictwie. W artykule przedstawiono ocenę wytrzymałości na obciążenie wyboczeniowe prętów BFRP, co umożliwia ich wykorzystanie, jako zbrojenia w betonowych elementach ściskanych (słupy) oraz w strefie ściskanej elementów zginanych (np. belki i płyty). W porównaniu ze zbrojeniem stalowym, pręty BFRP mają kilka istotnych zalet. Są to między innymi mały ciężar, wysoka wytrzymałość na rozciąganie, odporność na korozję, przezroczystość na pola magnetyczne. Natomiast w porównaniu do najbardziej rozpowszechnionych prętów GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymers) wykazują zdecydowanie większą odporność na alkalia i kwasy. Włókna bazaltowe nie reagują toksycznie z powietrzem, wodą ani innymi chemikaliami, które mogą być niebezpieczne dla ludzi lub mogą zanieczyścić środowisko. Ponadto włókna bazaltowe nie są rakotwórcze. W trakcie recyklingu włókna przekształcają się w czarny proszek, który można łatwo usunąć z komory spalania i można go wykorzystać jako wypełniacz do różnych zastosowań. Przeprowadzono jakościową i półilościową analizę składu pierwiastkowego przy użyciu spektrometru dyspersji energii wtórnego promieniowania X (EDS) które dostarczyły istotne informacje dotyczące składu prętów BFRP. We włóknach bazaltowych stwierdzono, obecność dominujących związków SiO2 i Al2O3, które występują także we włóknach szklanych. Ponadto odnotowano obecność związków żelaza Fe2O3 i FeO mających wpływ na fizyko-mechaniczne właściwości włókien bazaltowych, takich jak gęstość (2,73 g/cm3 dla włókien bazaltowych, w porównaniu do 2,54 g/cm3 dla włókien szklanych typu E), kolor (od brązowego do matowo zielonego, w zależności od zawartości FeO), a także mniejsze przewodnictwo cieplne i lepsza stabilność temperaturowa w porównaniu z włóknami szklanymi. Ustalono w badaniu metodą BSE konfigurację oraz niewielki rozrzut w średnicach włókien bazaltowych wchodzących w skład pręta BFRP. Zachowanie prętów BFRP podczas ściskania dotychczas nie zostało określone. W programie badawczym zbadano 45 próbek BFRP o nominalnej średnicy 8 mm ze względu na ściskanie o zróżnicowanej długości niezakotwionej. Dla próbek o długości niezakotwionej do 85 mm zniszczenie następowało przez zgniatanie. Pręty o długości niezakotwionej większej od 120 mm ulegały zniszczeniu w wyniku globalnego wyboczenia pręta a następnie pękania włókien. Na podstawie zależności wytrzymałość na obciążenie wyboczeniowe - niezakotwiona długość pręta ustalono optymalną długość niezakotwioną pręta BFRP, dla której wytrzymałość na obciążenie wyboczeniowe osiąga największą wartość. Wraz ze wzrostem długości niezakotwionej wytrzymałość na obciążenie wyboczeniowe ulegała zmniejszeniu. Moduł sprężystości przy ściskaniu dla zmiennych długości niezakotwionych próbek nieznacznie się różnił, a jego wartość zbliżona była do modułu sprężystości przy rozciąganiu. Określono zależność między wytrzymałością na obciążenie wyboczeniowe a długością niezakotwioną prętów BFRP, co przyczyni się do optymalizacji rozstawu zbrojenia poprzecznego w elementach ściskanych oraz do opracowania przepisów normowych w obszarze elementów ze zbrojeniem ściskanym. - Źródło:
-
Archives of Civil Engineering; 2022, 68, 3; 257--271
1230-2945 - Pojawia się w:
- Archives of Civil Engineering
- Dostawca treści:
- Biblioteka Nauki
Artykuł