EFFECT OF DISPERSED REINFORCEMENT ON THE PHYSICO-MECHANICAL PROPERTIES OF CONCRETE: A REVIEW
DOI:
https://doi.org/10.31650/2786-6696-2026-15-51-67Keywords:
fiber-reinforced concrete, dispersed reinforcement, physical and mechanical properties, crack resistance, durability, dynamic loadingAbstract
Modern service conditions of concrete structures impose increasingly stringent requirements on their physico-mechanical properties, including strength, crack resistance, impact toughness, and wear resistance, as well as durability under aggressive environmental exposure. A promising approach to improving the serviceability and operational reliability of concrete structures is the use of dispersed reinforcement, which involves the uniform distribution of short fibers within the concrete matrix. This approach reduces crack width and limits crack propagation, increases fracture energy, improves stress redistribution, and ensures reliable performance under dynamic and impact loading.
This paper presents a review of domestic and international studies on the influence of different types of fibers, such as steel, polymer, basalt, glass, and carbon on the main strength characteristics of concrete, including compressive strength, axial tensile strength, flexural tensile strength, and resistance to impact loading, as well as on durability-related properties such as water impermeability, frost resistance, and chemical resistance. It is shown that the effectiveness of dispersed reinforcement is largely determined by fiber geometry and mechanical properties, loading conditions, service environment, fiber orientation, and the quality of the bond between fibers and the cement matrix. Experimental results on the application of fiber-reinforced concrete in road infrastructure elements (drainage channels, gravity pipes, and shell structures), railway sleepers, and structures with enhanced blast resistance are summarized.
Particular attention is given to the combined use of dispersed and conventional reinforcement to improve load-bearing capacity and optimize the dimensions of structural elements. The prospects for integrating dispersed reinforcement with a nanomodified cement matrix, characterized by an improved microstructure, enhanced crack resistance, and accelerated hardening, are also discussed.
References
1. Keras V., Augonis M., Adamukaitis N., Vaitekūnaitė E. Research of local compression concrete reinforced by steel fibers. Journal of Sustainable Architecture and Civil Engineering. 2015. Vol. 2, No. 11. P. 72–78. https://doi.org/10.5755/j01.sace.11.2.12568.
2. Житковський В.В., Дворкін Л.Й. Вплив дисперсного армування на властивості дорожніх бетонів, отриманих шляхом вібропресування наджорстких сумішей. Вісник Національного університету водного господарства та природокористування. 2021. № 2(92). С. 24–31. https://doi.org/10.30977/BUL.2219-5548.2021.92.0.24.
3. Кінаш Р., Білозір В., Біденко І. Деформативність і міцність дрібнозернистого сталефібробетону за осьового розтягу. Сучасні технології та методи розрахунків у будівництві. 2023. Вип. 20. С. 45–62. URL: https://files.znu.edu.ua/files/2024/STMRB/STMRB2023n20/STMRB2023n20.pdf. (дата звернення: 06.05.2025).
4. Vijayan D. S., Sivasuriyan A., Parthiban D., Jakimiuk A., Bayat H., Podlasek A., Vaverková M. D., Koda E. A comprehensive analysis of the use of SFRC in structures and its current state of development in the construction industry. Materials. 2022. Vol. 15, No. 19. Art. 7012. https://doi.org/10.3390/ma15197012.
5. Дорошенко О. Ю. Базальтове волокно як компонент цементобетону. Збірник наукових праць УкрДУЗТ. 2021. Вип. 198. С. 22–29. https://doi.org/10.18664/1994-7852.198.2021.256504.
6. Дорошенко О. Ю. Вивчення властивостей дрібнозернистих цементобетонів із використанням пластифікаторів і базальтового волокна. Збірник наукових праць УкрДУЗТ. 2023. Вип. 206. С. 72–82. DOI: 10.18664/1994-7852.206.2023.
7. Ramezanianpour A. A., Esmaeili M., Ghahari S. A., Najafi M. H. Laboratory study on the effect of polypropylene fiber on durability, and physical and mechanical characteristic of concrete for application in sleepers. Construction and Building Materials. 2013. Vol. 44. P. 411–418. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2013.02.076.
8. Bagherzadeh R., Sadeghi A.-H., Latifi M. Utilizing polypropylene fibers to improve physical and mechanical properties of concrete. Textile Research Journal. 2011. Vol. 82, No. 1. P. 88–96. DOI: 10.1177/0040517511420767.
9. Марущак У. Д., Саницький М. А., Королько С. В. Наномодифіковані швидкотверднучі бетони, армовані дисперсними волокнами. Вісник Національного університету «Львівська політехніка». Серія: Теорія і практика будівництва. 2017. № 877. С. 137–143. URL: https://ena.lpnu.ua/handle/ntb/44189 (дата звернення: 06.05.2025).
10. Breitenbücher R., Meschke G., Song F., Hofmann M., Zhan Y. Experimental and numerical study on the load-bearing behavior of steel fiber reinforced concrete for precast tunnel lining segments under concentrated loads. Proceedings of the FRC 2014 Joint ACI-fib International Workshop: Fiber Reinforced Concrete: from Design to Structural Applications. 2014. P. 417–429.
11. Андрійчук О. В., Кислюк Д. Я., Нінічук М. В. Визначення несучої здатності нормальних перерізів комбіновано-армованих сталефібробетонних згинальних елементів. Сучасні технології та методи розрахунків у будівництві. 2020. Вип. 13. С. 13–23. DOI: 10.36910/6775-2410-6208-2020-3(13)-02.
12. Awoyera P. O., Effiong J. U., Olalusi O. B., Arunachalam K. P., de Azevedo A. R. G., Martinelli F. R. B., Monteiro S. N. Experimental Findings and Validation on Torsional Behavior of Fibre-Reinforced Concrete Beams: A Review. Polymers. 2022. Vol. 14, No. 6. Art. 1171. DOI: 10.3390/polym14061171.
13. ДСТУ-Н Б В.2.6-218:2016. Настанова з проєктування та виготовлення конструкцій з дисперсноармованого бетону. Київ : Мінрегіон України, 2016.
14. Andriichuk O. V., Babych E. M. Strength of elements with annular cross sections made of steel-fiber-reinforced concrete under one-time loads. Materials Science. 2017. Vol. 52, No. 4. P. 509–513. DOI: 10.1007/s11003-017-9983-z.
15. Бабич Є. М., Андрійчук О. В. Проєктування та виготовлення безнапірних труб із сталефібробетону : рекомендації. Луцьк : ЛНТУ, 2012. 32 с.
16. Андрійчук О. В., Ясюк І. М. Виготовлення придорожніх лотків водовідводу зі сталефібробетону. Наукові нотатки: Луцький НТУ, 2014. Вип. 45. С. 7–14.
17. Андрійчук О. В. Робота і розрахунок елементів кільцевого перерізу зі сталефібробетону при повторних навантаженнях : дис. канд. техн. наук : 05.23.01. Львів, 2011. 156 с.
18. Xue W., Chen J., Xie F., Feng B. Orientation of steel fibers in magnetically driven concrete and mortar. Materials. 2018. Vol. 11, No. 1. Art. 170. DOI: 10.3390/ma11010170.
19. Дворкін Л. Й., Ковальчук Т. В. Оптимізація складу високоміцного сталефібробетону. Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. 2016. № 32. С. 45–54.
20. Korneeva I., Neutov S., Suriyaninov M. Experimental studies of fiber concrete creep. MATEC Web of Conferences. 2017. Vol. 116. Art. 02021. 6 p. DOI: 10.1051/matecconf/201711602021.
21. Сур’янінов М. Г., Неутов С. П., Корнеєва І. Б., Величко Д. В. Несуча здатність сталефібробетону з фіброю різного типу. Науковий вісник ІФНТУНГ. 2020. № 2(49). С. 18–24. DOI: 10.31471/1993-9965-2020-2(49)-18-24.
22. Біденко І. Механічні характеристики сталефібробетону, армованого фіброю типу НЕ1050, за короткотривалого стиску. Вісник Львівського національного університету природокористування. Серія: Архітектура та будівництво. 2023. Вип. 24. С. 65–73. DOI: 10.31734/architecture2023.24.065.
23. Yusof M. A., Norazman N., Ariffin A., Mohd Zain F., Risby R., Ng C. Normal strength steel fiber reinforced concrete subjected to explosive loading. International Journal of Sustainable Construction Engineering and Technology. 2011. Vol. 1, No. 2. P. 127–136.
24. Bowling J. Mechanical properties of carbon-fiber–reinforced concrete. Advances in Civil Engineering Materials. 2019. Vol. 8. Art. ID 20180089. DOI: 10.1520/ACEM20180089.
25. Ahmad J., González-Lezcano R. A., Majdi A., Ben Kahla N., Deifalla A. F., El-Shorbagy M. A. Glass fibers reinforced concrete: overview on mechanical, durability and microstructure analysis. Materials. 2022. Vol. 15. Art. 5111. DOI: 10.3390/ma15155111.
26. Blazy J., Blazy R., Drobiec Ł. Glass fiber reinforced concrete as a durable and enhanced material for structural and architectural elements in smart city–a review. Materials. 2022. Vol. 15, No. 8. Art. 2754. DOI: 10.3390/ma15082754.
27. Bolat H., Şimşek O., Çullu M., Durmuş G., Can Ö. The effects of macro synthetic fiber reinforcement use on physical and mechanical properties of concrete. Composites: Part B. 2014. Vol. 61. P. 191–198. DOI: 10.1016/j.compositesb.2014.01.043.
28. Chajec A., Sadowski Ł. The effect of steel and polypropylene fibers on the properties of horizontally formed concrete. Materials. 2020. Vol. 13. Art. 5827. DOI: 10.3390/ma13245827.
29. Memon I. A., Jhatial A. A., Sohu S., Lakhiar M. T., Hussain Z. Influence of fibre length on the behaviour of polypropylene fibre reinforced cement concrete. Civil Engineering Journal. 2018. Vol. 4, No. 9. P. 2138–2147. DOI: 10.28991/cej-03091144.
30. Hadiprama J., Abdul Samad A. A., Zhao Z. J., Mohammad N., Wirdawati W. Compressive strength of foamed concrete reinforced with polypropylene fibre. Advanced Materials Research. 2012. Vols. 488–489. P. 253–257. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.488-489.253.
31. Wang X., He J., Mosallam A. S., Li C., Xin H. The effects of fiber length and volume on material properties and crack resistance of basalt fiber reinforced concrete (BFRC). Advances in Materials Science and Engineering. 2019. Art. ID 7520549. 17 p. DOI: 10.1155/2019/7520549.
32. Behera G. C., Panda S., Kanda P. Effect of length of fibers on mechanical properties of normal strength concrete. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 970. Art. 012020. DOI: 10.1088/1757-899X/970/1/012020.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2026 MODERN CONSTRUCTION AND ARCHITECTURE
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
