Properties of metahalloysite-based geopolymer composites reinforced with steel fibres

openaccess, Vol. 635 (7) 2025 / wtorek, 22 lipca, 2025

Właściwości kompozytów geopolimerowych z metahaloizytu wzmocnionych włóknami stalowymi

(Open Access)

DOI: 10.15199/33.2025.07.13

citation/cytuj: Owsiak BZ., Szczykutowicz K. Properties of metahalloysite-based geopolymer composites reinforced with steel fibres. Materiały Budowlane. 2025. Volume 635. Issue 07. Pages 94-101. DOI: 10.15199/33.2025.07.13

This article presents the results of tests on water absorption, compressive strength, and flexural tensile strength of metahalloysite-based geopolymer composites with an activator composed of sodium silicate and 8M NaOH, used in varying weight ratios ranging from 1 to 3. Steel fibres up to 0.75 per cent by volume were added to the geopolymers. The geopolymers were cured for 28 days in water or in air at temperature of 20°C±2°C. The paper also includes microstructure images of the geopolymer mortar reinforced with steel fibres. The results showed that the mortars cured in water exhibited lower 28-day flexural tensile strength and compressive strength compared to the samples stored in air. The addition of steel fibres in amounts up to 0.75% by volume led to an increase in flexural tensile strength of up to approximately two times relative to the fibre- -free reference.

W artykule przedstawiono wyniki badania nasiąkliwości wagowej, wytrzymałości na ściskanie oraz rozciąganie przy zginaniu kompozytów geopolimerowych z metahaloizytu z aktywatoremo zmiennym stosunku wagowym sodowego szkła wodnego do 8M NaOH wynoszącym od 1 do 3. Do geopolimerów dodano włókna stalowe w ilości do 0,75% obj. Geopolimery dojrzewały przez 28 dni w wodzie lub powietrzu w temperaturze 20°C±2°C.Wartykule zamieszczono także obrazy mikrostruktury zaprawy geopolimerowej z włóknem stalowym. Wyniki wykazały, że zaprawa dojrzewająca w wodzie charakteryzuje się mniejszą 28-dniową wytrzymałością na rozciąganie przy zginaniu oraz wytrzymałością na ściskanie w porównaniu z próbkami przechowywanymi w powietrzu. Dodatek włókien stalowych w ilości do 0,75% objętościowo powoduje ok. dwukrotne zwiększenie wytrzymałości na rozciąganie przy zginaniu w odniesieniu do wytrzymałości bez dodatku włókien.
metahalloysite; geopolymer composite; steel fibres; sodium activator.

metahaloizyt; kompozyt geopolimerowy; włókna stalowe; aktywator sodowy.
  1. Ranjbar N, ZhangM. Fiber-reinforced geopolymer composites:Areview, Cement and Concrete Composites. 2020; https://doi. org/10.1016/j. cemconcomp. 2019.103498.
  2. Shaikh FUA. Pullout Behavior of Hook End Steel Fibers in Geopolymers. J. Mater. Civ. Eng. 2019; https://doi.org/10.1061/(ASCE) MT. 1943- 5533.0002722.
  3.  Mikuła J, Łach M, Geopolimery zbrojone rozproszonymi włóknami stalowymi w:Mikuła, J. (red), Rozwiązania proekologiczne w zakresie produkcji. Wydawnictwo Politechnika Krakowska. Kraków; 2014.
  4. Albitar M, et all. Bond Slip Models for Uncorroded and Corroded Steel Reinforcement in Class-F Fly Ash Geopolymer Concrete. American Society of Civil Engineers; 2016.
  5. Ranjbar N, Talebian S, Mehrali M, Kuenzel C, Metselaar HSC, Jumaat MZ. Mechanisms of interfacial bond in steel and polypropylene fiber reinforced geopolymer composites. Composites Science and Technology. 2016; http://dx.doi.org/10.1016/j.compscitech.2015.11.009.
  6. Bernal S, De Gutierrez R, Delvasto S, Rodriguez E. Performance of an alkali-activated slag concrete reinforced with steel fibers. Constr BuildMater. 2010; 24: 208–214.
  7. Li X, Rao F, Song S, Corona-ArroyodMA, Ortiz-Larab N,Aguilar-Reyesb EA. Effects of aggregates on the mechanical properties and microstructure of geothermalmetakaolin-based geopolymers. Results in Physics. 2018; https://doi. org/10.1016/j. rinp. 2018.09.018.
  8. Sakiewicz P, Nowosielski R, Pilarczyk W, Gołombek K, Lutyński M. Selected properties of the halloysite as a component of Geosynthetic Clay Liners (GCL). Journal of Achivements in Materials and Manufacturing Engineering. 2011; 48 (2): 177 – 191.
  9. PN-EN 196-1:2016-07Metody badania cementu – Część 1: Oznaczanie wytrzymałości
  10. PN-EN 1015-3.Metody badań zapraw do muru. Określenie konsystencji świeżej zaprawy (za pomocą stolika rozpływu). 2000.
  11. PN-85 B-04500. Zaprawy budowlane. Badanie cech fizycznych i wytrzymałościowych. 1985.
  12.  Gao X, Yu QL, Yu R, Brouwers H J. H. Evaluation of hybrid steel fiber reinforcement in high performance geopolymer composites. Materials and Structures. 2017; https://doi. org/ 10.1617/s11527-017-1030-x.
  13. Abdullah MMAB, Tahir MFM, Tajudin MAFMA, Ekaputri JJ, Bayuaji R, Khatim NAM. Study on The Geopolymer Concrete Properties Reinforced with Hooked Steel Fiber. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2017; https://doi.org/10.1088/1757-899X/267/1/012014.
  14. KayaM. Effect of Steel Fiber Additive on High Temperature Resistance in Geopolymer Mortars. Iranian Journal of Science and Technology. Transactions of Civil Engineering. 2022; https://doi.org/10.1007/s40996-021-00798-2.
  15. Bhutta A, Farooq M, Banthia N, Performance characteristics of micro fiber-reinforced geopolymer mortars for repair. Construction and Building Materials. 2019; https://doi. org/10.1016/j. conbuildmat. 2019.04.210.
  16. Shah S, Chen B, Oderji S, Haque M, Ahmad M. Comparative study on the effect of fiber type and content on the performanceof one-part alkali-activated mortar. Constr. Build. Mater. 2020; 243, 118221.
  17.  Owsiak Z, Szczykutowicz K. Physical andmechanical properties ofmeta- halloysite-based geopolymer mortars. Cement Wapno Beton. 2023; https://doi. org/10.32047/CWB. 2023.28.5.5.
  18. Petri M. Alkalicznie aktywowane kompozytowe spoiwa mineralne. Granica kontaktowa pomiędzy stalą a stwardniałym zaczynem. Kompozyty. 2010; 10(3): 276 – 281.
Prof. Dr Eng. Zdzisława Owsiak, Kielce University of Technology
ORCID: 0000-0002-9278-912X
M.Sc. Katarzyna Szczykutowicz, Kielce University of Technology
ORCID: 0009-0000-7324-0935

M.Sc. Katarzyna Szczykutowicz, Kielce University of Technology
ORCID: 0009-0000-7324-0935

Correspondence address: k.szczykutowicz@tu.kielce.pl

Full paper:

DOI: 10.15199/33.2025.07.13

Article in PDF file

Received: 20.01.2025 / Artykuł wpłynął do redakcji: 20.01.2025 r.
Revised: 10.03.2025 / Otrzymano poprawiony po recenzjach: 10.03.2025 r.
Published: 23.07.2025 / Opublikowano: 23.07.2025 r