WPŁYW SUBSTYTUCJI WŁÓKIEN BAZALTOWYCH PRZEZ WŁÓKNA WĘGLOWE NA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE PRĘTÓW B/CFRP (HFRP)

W niniejszym artykule przedstawiono analityczne i numeryczne obliczenia mechanicznych właściwości obecnie opracowywanych prętów hybrydowych HFRP (Hybrid Fibre Reinforced Polymer) powstałych poprzez zastąpienie (substytucję) części włókien bazaltowych BFRP (Basalt Fibre Reinforced Polymer) włóknami węglowymi CFRP (Carbon Fibre Reinforced Polymer). W tym aspekcie termin ,,substytucja” rozumiany będzie jako modyfikacja prętów BFRP polegająca na zastąpieniu pewnej części włókien bazaltowych przez włókna węglowe. Celem analizy jest określenie optymalnego modelu prętów hybrydowych HFRP, które stanowiłyby realną alternatywę dla prętów stalowych stosowanych do zbrojenia konstrukcji betonowych. Zamiana włókien bazaltowych, włóknami węglowymi prowadzi do uzyskania lepszych właściwości mechanicznych prętów. Względy ekonomiczne skłaniają do ograniczenia procentowego udziału włókien węglowych w prętach HFRP do rozsądnej wielkości, oraz zastosowaniu włókien węglowych o stosunkowo niedużej wytrzymałości (Low Strength Carbon Fibres) jak na włókna CFRP. W pracy przedstawiony został opis struktury pręta hybrydowego, oszacowanie właściwości mechanicznych wzdłuż i w poprzek włókien, a także wpływ układu włókien w przekroju poprzecznym pręta na jego zachowanie mechaniczne. Analizę przeprowadzono dla różnych proporcji udziału włókien węglowych do włókien bazaltowych (1:9; 1:4; 1:3; 1:2; 1:1) w prętach HFRP. Rozpatrzono dwa przypadki rozmieszczenia włókien w przekroju poprzecznym pręta (Bar Architecture). Pierwszy z włóknami węglowymi zlokalizowanymi w rdzeniu, natomiast drugi z włóknami węglowymi usytuowanymi w powierzchniowej warstwie pręta.

Pełny tekst (pdf)

[1] Abdel Gfahaar M., Mazen A.A., El-Mahallawy N.A.: Application of the rule of mixtures and Halpin-Tsai equations to woven fabric reinforced epoxy composites, Journal of Engineering Sciences, vol. 34, 2006, pp. 227-236.

[2] Bakis C. E., Nanni A., Terosky J. A., Koehler S. W.: Self-Monitoring, Pseudo-Ductile, Hybrid FRP Reinforcement Rods for Concrete Applications, Composites Science and Technology, 2001, pp.815-823.

[3] Chikhradze N.M., Japaridze L.A., Abashidze G.S.: Properties of Basalt Plastics and of Composites Reinforced by Hybrid Fibers in Operating Conditions, Composites and Their Applications, 2012, pp. 221-246, http://www.intechopen.com.

[4] Dorigato A., Pegoretti A.: Flexural and impact behaviour of carbon/basalt fibers hybrid laminates, Journal of Composite Materials, vol. 48, 2014, pp. 1121-1130.

[5] Garbacz A., Urbański M., Łapko A.: BFRP bars as an alternative reinforcement of concrete structures - Compatibility and adhesion issues, Advanced Material Research, Vol 1129, 2015, pp.233-241.

[6] Kormanikova E., Kotrasova K.: Elastic mechanical properties of fiber reinforced composite materials, Chem. Listy 105, LMV 2010 Regular Papers, 2011, pp. 758-762.

[7] Mufti A., Erki MA., Jaeger L.: Advanced composites materials with application to bridges, Canadian Society of Civil Engineers, 1991, Montreal, Canada.

[8] Parnas R., Shaw M., Liu Q.: Basalt Fiber Reinforced Polymer Composites, Technical Report, Storrs, the USA, 2007.

[9] Piekarski R.: Porównanie wybranych teorii sztywności kompozytów FRP, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Kompozyty, r. 6, nr 1, s. 26-31.

[10] Urbański M., Łapko A.: Przyczynek do oceny stanu zarysowania belek z betonu zbrojonego prętami BFRP, Budownictwo i Architektura 13(3), 2014, s. 201-208.

[11] Wang X., Wu G., and Wu Z.: Tensile property of prestressing basalt FRP and hybrid FRP tendons under salt solution, Proc., 6th Int. Conf. on FRP Composites in Civil Engineering, 2012, pp. 1-8.

[12] Wu Z., Wang X., Wu G.: Basalt FRP composite as a reinforcement in infrastructure (keynote paper), the seventeenth annual international conference on composites/nano engineering (ICCE-17), 2009, Hawaii, USA.