The effect of basalt fiber arrangement on the structural behavior of fiber – reinforced concrete beams in flexure

openaccess, Vol. 643 (03) 2026 / piątek, 20 marca, 2026

Wpływ sposobu ułożenia włókien bazaltowych na zachowanie belek fibrobetonowych przy zginaniu

(Open Access)

DOI: 10.15199/33.2026.03.01

citation/cytuj: Stęplowski T., Pelczar N., Ubysz A. The effect of basalt fiber arrangement on the structural behavior of fiber – reinforced concrete beams in flexure. Materiały Budowlane. 2025. Volume 643. Issue 03. Pages 1-9. DOI: 10.15199/33.2026.03.01

This study examines the effect of uniform (BF-UII, BF-UV) and layered basalt fiber distribution (BF-LII, BF-LV) on the flexural behavior of fiber-reinforced concrete beams at two levels of fiber content: 2 and 5 kg/m³. Reference beams without fiber reinforcement (BF-0) were also tested for comparison. Structural behavior was evaluated using load- -deflection (F–δ) relationships and strains in the tensile zone determined from displacement measurements. Beams BF-LII and BF-LV exhibited higher stiffness compared with beams BF-UII and BF-UV at the same fiber content. In several cases, beams with layered fiber distribution at a lower fiber content showed flexural behavior comparable to that of beams with uniformly distributed fibers at a higher content and in certain loading ranges demonstrated higher stiffness. The observed differences may be attributed to the placement of fibers in the tensile zone, where their mechanical efficiency may be greater.

W artykule przeanalizowano wpływ jednorodnego (BF-UII, BF-UV) oraz warstwowego rozmieszczenia włókien bazaltowych (BF-LII, BF-LV) na zachowanie zginanych belek fibrobetonowych przy dwóch poziomach zawartości włókien: 2 oraz 5 kg/m3.Wcelu porównania zbadano również belki referencyjne (BF-0) bez zbrojenia włóknami. Zachowanie konstrukcyjne oceniano na podstawie charakterystyk obciążenie-ugięcie (F–δ) oraz odkształceń w strefie rozciąganej wyznaczonych z pomiarów przemieszczeń. Belki BF-LII oraz BF-LV charakteryzowały się większą sztywnością w porównaniu z belkami BF-UII oraz BF-UV przy tej samej zawartości włókien. W kilku przypadkach belki z warstwowym rozmieszczeniem włókien, przy mniejszej zawartości zbrojenia, wykazywały porównywalną odpowiedź mechaniczną przy zginaniu w odniesieniu do belek z jednorodnym rozmieszczeniem włókien o większej ich zawartości, a w niektórych zakresach obciążeń charakteryzowały się również większą sztywnością. Zaobserwowane różnice mogą wynikać z umieszczenia włókien w strefie rozciąganej, gdzie ich efektywność mechaniczna może być większa.
basalt fiber-reinforced concrete (BFRC); flexural strength; layered concrete reinforcement; flexural stiffness.

beton zbrojony włóknami bazaltowymi (BFRC); wytrzymałość na rozciąganie przy zginaniu; warstwowe zbrojenie betonu; sztywność przy zginaniu.
  1. Yan W, Shi J, Cao X, Zhang M, Li L, Jiang J. A review on the applications of basalt fibers and their composites in infrastructures. Buildings. 2025; https://doi.org/10.3390/buildings15142525.
  2. Krassowska J, Wolka P. Innovative applications of fibers in concrete: Research and design methods of shear capacity. Cem. Lime Concrete. 2024; vol. 29, pp. 93 – 107.
  3. Kowalik T, Ubysz A.Waste basalt fibers as an alternative component of fiber concrete. Mater. Today Proc. 2021; https://doi. org/10.1016/j. matpr. 2020.10.140.
  4.  Matuszek-Chmurowska A, Grzeszczyk S. Effect of basalt fibres on selected properties of reactive powder concretes, in Proc. 11th Concrete Days Conf. (Dni Betonu), Kraków, Poland, 2021.
  5.  Meyyappan PL, Jemimah M. Carmichael, Studies on strength properties of basalt fibre reinforced concrete. Mater. Today Proc. 2021; https://doi. org/10.1016/j. matpr. 2020.11.890.
  6.  Fiore V, Scalici T, Di Bella G, Valenza A. A review on basalt fiber and its composites, Compos. Part B Eng. 2015; https://doi. org/10.1016/j. compositesb. 2014.12.034.
  7. Singha K. A short review on basalt fiber, Int. J. Textile Sci. 2012; https://doi.org/10.5923/j.textile. 20120104.02.
  8.  Al-Kharabsheh BN et al. Basalt fiber reinforced concrete: A compressive review on durability aspects.Materials. 2023; https://doi. org/10.3390/ma- 16010429.
  9.  Zhou H, Jia B, Huang H, Mou Y. Experimental study on basic mechanical properties of basalt fiber reinforced concrete.Materials. 2020; https://doi. org/10.3390/ma13061362.
  10. High C, SeliemHM, El-SaftyA, Rizkalla SH.Use of basalt fibers for concrete structures.Constr.Build.Mater.2015;https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.07.138.
  11. Jiang C, Fan K, Wu F, Chen D. Experimental study on the mechanical properties andmicrostructure of chopped basalt fiber reinforced concrete.Mater. Des. 2014; https://doi. org/10.1016/j. matdes. 2014.01.056.
  12. Al-Kharabsheh BN et al. Basalt fibers reinforced concrete: Strength and failure modes. Materials. 2022; https://doi.org/10.3390/ma15207350.
  13. Branston J, Das S, Kenno Y, Taylor C. Mechanical behaviour of basalt fibre reinforced concrete. Constr. Build. Mater. 2016; https://doi. org/10.1016/j. conbuildmat. 2016.08.009.
  14.  Liu A et al. Mechanical properties and microscopic mechanism of basalt fiber-reinforced red mud concrete. Constr. Build. Mater. 2024; https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat. 2024.135155.
  15.  Wang X, Li L, Wei M, Xiang Y, Wu Y, Zhou B, Sun Y, Cheng W. Experimental study on the mechanical properties of short-cut basalt fiber reinforced concrete under large eccentric compression. Sci. Rep. 2025; https://doi.org/10.1038/s41598-025-94964-5.
  16. Attia K, El Refai A, Alnahhal W. Flexural behavior of basalt fiberreinforced concrete slab strips with BFRP bars: experimental testing and numerical simulation. J. Compos. Constr. 2020; https://doi. org/10.1061/(ASCE) CC. 1943-5614.0001002.
  17. Brunarski L. Testing of Mechanical Properties of Concrete Using Specimens Cast inMoulds,Warsaw, Poland: Building Research Institute (ITB), Instr. ITB no. 194/98, 1998. (In Polish).
  18. PN-EN 206:2013+A2:2021-08, Concrete – Specification, performance, production and conformity.Warsaw, Poland: Polish Committee for Standardization, 2021.
mgr inż. Tomasz Stęplowski, Politechnika Wrocławska, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego
ORCID: 0009-0003-5498-210X
mgr inż. Natalia Pelczar, Politechnika Wrocławska, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego
ORCID: 0000-0003-1364-289X
prof. dr hab. inż. Andrzej Ubysz, Politechnika Wrocławska, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego
ORCID: 0000-0003-3063-0946

mgr inż. Tomasz Stęplowski, Politechnika Wrocławska, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego
ORCID: 0009-0003-5498-210X

Correspondence address: tomasz.steplowski@pwr.edu.pl

Full paper:

DOI: 10.15199/33.2026.03.01

Article in PDF file

Received: 15.12.2025 / Artykuł wpłynął do redakcji: 15.12.2025 r.
Revised: 30.01.2026 / Otrzymano poprawiony po recenzjach: 30.01.2026 r.
Published: 20.03.2026 / Opublikowano: 20.03.2026 r.