Thermo-mechanical evaluation of hybrid basalt fiber aerodrome concrete pavement under dynamic impact
Author: Qais Qais Abdurrahman Ali, Kotlyarevskaya Alena Valerevna, Okolnikova Galina Erikovna, Al-muradiYunes Ali Ali
Journal: Строительство уникальных зданий и сооружений @unistroy
Article in issue: 1 (121), 2026.
Free access
The object of research is the thermo-mechanical behaviour of hybrid basalt fibre-reinforced concrete used in aerodrome pavements. The subject of the research is the effect of hybrid fibre composition on impact resistance and thermal durability under dynamic loading. The purpose of the research was to develop and assess a hybrid basalt fibre mix capable of enhancing the mechanical and thermal stability of airfield pavements. Method. Three concrete mixes were selected: a control mix (K, 0% fibre), a micro-fibre mix (2A, 2% micro-fibre), and a macro-fibre mix (2B, 2% macro-fibre). The mechanical properties, specifically the Modulus of Elasticity, were modelled as a function of temperature and using reduction factors based on existing building standards (Eurocode 2: EN 1992−1-2). A linear static analysis was performed for 12 cases (3 mixes, 4 temperatures) using Autodesk Robot Structural Analysis software. The pavement was modelled as a slab with elastic soil supports (Winkler foundation). Two cumulative load cases were applied: a static uniform pressure of over an area and a uniform temperature increase. The primary output parameters were Total Displacement and Maximum Bending Moment. Results. The results indicate that high temperature is the most governing factor in the slab's structural behaviour, causing a varied reduction in material stiffness. This thermal degradation led to a gradual and dramatic increase in maximum vertical displacement, which rose from a baseline of at (Mix K) to at across all three mixes. Crucially, at high temperatures, the reinforcing action of both micro- and macro-basalt fibres was rendered insignificant because the failure mode was completely governed by the thermal degradation of the cement matrix itself. The maximum bending moment exhibited a non-linear relationship with temperature, initially decreasing due to stiffness loss, but then increasing sharply at (to for Mix K) due to significant thermal stresses and warping effects, indicating a state of critical distress.
Hybrid fibre-reinforced concrete, Thermo-mechanical analysis, Aerodrome pavements, Finite element analysis, Elevated temperatures
Short address: https://sciup.org/143185707
IDR: 143185707 | UDC: 69 | DOI: 10.4123/CUBS.121.1
Термомеханическая оценка гибридного базальтово-волокнистого аэродромного бетона при динамическом воздействии
Объектом исследования является термомеханическое поведение гибридного базальтово-волокнистого бетона, используемого в аэродромных покрытиях. Предметом исследования является влияние состава гибридного волокна на ударопрочность и термостойкость при динамической нагрузке. Целью исследования было разработать и оценить гибридную базальтово-волокнистую смесь, способную повысить механическую и термическую стабильность аэродромных покрытий. Метод. Были выбраны три бетонные смеси: контрольная смесь (К, 0% волокна), микроволокнистая смесь (2А, 2% микроволокна) и макроволокнистая смесь (2В, 2% макроволокна). Механические свойства, в частности модуль упругости, моделировались как функция температуры с использованием коэффициентов снижения, основанных на существующих строительных стандартах (Еврокод 2: EN 1992−1-2). Был выполнен линейный статический анализ для 12 случаев (3 смеси, 4 температуры) с использованием программного обеспечения Autodesk Robot Structural Analysis. Дорожное покрытие моделировалось как плита с упругим грунтовым основанием (фундамент Винклера). Были применены два случая кумулятивной нагрузки: статическое равномерное давление на площадь и равномерное повышение температуры. Основными выходными параметрами были общее перемещение и максимальный изгибающий момент. Результаты. Результаты показывают, что высокая температура является наиболее определяющим фактором в структурном поведении плиты, вызывая различное снижение жесткости материала. Эта термическая деградация привела к постепенному и резкому увеличению максимального вертикального перемещения, которое возрастало от базового значения при (смесь K) до значения при для всех трех смесей. Важно отметить, что при высоких температурах армирующее действие как микро-, так и макробазальтовых волокон становилось незначительным, поскольку режим разрушения полностью определялся термической деградацией самой цементной матрицы. Максимальный изгибающий момент демонстрировал нелинейную зависимость от температуры, первоначально уменьшаясь из-за потери жесткости, но затем резко возрастая при (до для смеси K) из-за значительных термических напряжений и эффектов деформации, что указывает на состояние критического разрушения.
