A STUDY ON ACCELERATED CARBONATION CURING OF CONCRETE. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF A_STUDY_ON_ACCELERATED_CARBONATION_CURING_OF_CONCRETE.pdf - Accepted Version Download (7MB) | Preview

Arabic Abstract

يعتبر تسريع معالجة الخرسانة بالكربونات ) ACC ( احد الطرق و التقنيات الحديثة للمعالجة. تعتمد فكرة هذه الطريقة على اجبار غاز ثاني أكسيد الكربون على اختراق الخرسانة حديثة العمر تحت ظروف معينة مثل الضغط، فترة التعرض، الرطوبة النسبية، درجة الحرارة، إلخ. الأبحاث السابقة في هذا المجال أكدت أن هذه الطريقة ) ACC ( حسنت الخواص الفيزيائية والميكانيكية و دوامية الخرسانة كنتيجة للتغيرات التي تحصل في التركيب المجهري للخرسانة. بالإضافة الى ذلك، هذه الطريقة لها فوائد اقتصادية و فوائد بيئية كالحد من مشاكل انبعاث غاز ثاني أكسيد الكربون في الهواء. الهدف الأساسي من هذا البحث كان دراسة تأثير هذه الطريقة على التركيب الداخلي للخرسانة والخواص الميكانيكية والفيزيائية وكذلك دوامية الخرسانة حتى يتسنى معرفة إمكانية استخدام هذه الطريقة في مصانع الخرسانة الجاهزة )مسبقة الصب( كبديل جزئي أو كلي للمعالجة بالطرق المستخدمة حاليا. الدراسة في هذا البحث نفذت على مرحلتين هما: الدراسة الأولية والدراسة التفصيلية. في مرحلة الدراسة الأولية لهذا البحث، تم استخدام عينات من الخرسانة لاكتشاف أفضل ضغط و أفضل فترة تعرض لغاز ثاني أكسيد الكربون. بناء على نتائج الدراسة الأولية وجد أن أفضل ضغط هو 60 باوند لكل إنش مربع و أفضل فترة تعرض لغاز ثاني أكسيد الكربون هي 10 ساعات. بعد ذلك و في مرحلة الدراسة التفصيلية، تم معالجة مجموعة من الخلطات الخرسانية العادية ) NVC ( و ذاتية الدمك ) SCC (، والتي قد تحتوي في بعض الأحيان على إضافات كيميائية أو معدنية، بطريقة ) ACC ( و باستخدام أفضل ضغط وأفضل فترة تعرض واللذان تم الحصول عليهما في مرحلة الدراسة الأولية. أيضا تم معالجة مجموعة من العينات الخرسانية لنفس الخلطات و لكن عن طريق تغطيتها بالخيش (Burlap) المبلل بالماء لمدة 7 أيام و ذلك لمقارنة النتائج. لدراسة تأثير المعالجة المسرعة ) ACC ( على خواص الخرسانة، تم إخضاع العينات الخرسانية لعدد من الاختبارات و التي تشتمل على اختبار كمية استهلاك ثاني أكسيد الكربون، اختبارات الخواص الميكانيكية، اختبارات خواص دوامية الخرسانة و اختبار انكماش الخرسانة. و لدراسة التغيرات الداخلية للخرسانة تم أخذ صور مايكروسكوبية ) SEM ( للعينات بعد المعالجة و أيضا تم استخدام تقنية حيود الأشعة السينية ) XRD ( لدراسة التركيب الكيميائي و الخواص الفيزيائية و البلورية الحادثة بعد المعالجة. لقد وجد أن الزيادة في قوة ضغط الخرسانة نتيجة استخدام طريقة ) ACC ( لمدة 10 ساعات فقط يتراوح بين 34 الى 79 %، و ذلك يعتمد على كمية السليكا. لقد لوحظ أن هناك تناسب عكسي بين زيادة قوة ضغط الخرسانة و نسبة السيليكا الموجودة في الإضافات الخرسانية المستخدمة. أما الزيادة في قوة ضغط الخرسانة بعد معالجتها ب ) ACC ( ثم تعريضها للهواء لمدة 7 أيام فقد وجد أنه يتراوح بين 60 الى 92 %. على المدى البعيد، فرق القوة بين العينات المعالجة ب ) ACC ) والعينات المعالجة ب ) Burlap ( يتراوح بين 5 الى 26 %. لقد وجد أن قوة الشد، معامل المرونة، مقاومة نفاذية الماء، مقاومة نفاذية الكلوريد في الخرسانة المعالجة ب ) ACC ( مماثلة لتلك في الخرسانة المعالجة ب ) Burlap (. على الرغم من أن درجة انكماش العينات المعالجة ب ) ACC ( كانت أعلى في جميع الخلطات الخرسانية مقارنة بدرجة الانكماش للعينات المعالجة ب ) Burlap (، الا انها تقع ضمن الحد المسموح به للانكماش ما عدا عينات الخلطة الخرسانية ذاتية الدمك المضاف اليها غبار السيليكا. الصور المايكروسكوبية ) SEM ( للعينات بعد المعالجة و كذلك تقنية حيود الأشعة السينية ) XRD ( أثبتت تكون طبقة من الكربونات لا يتجاوز سمكها 2 مم في الخرسانة السطحية لجميع العينات المعالجة ب ) ACC .) بناء على نتائج هذا البحث، اتضح أنه بالإمكان استخدام طريقة ) ACC ( لمعالجة المنتجات الخرسانية في مصانع الخرسانة الجاهزة )مسبقة الصب(. هذا النوع من المعالجة لا يصاحبه تأثير ضار على خواص الخرسانة بل على العكس من خلاله يمكن استهلاك ثاني أكسيد الكربون و الحد من الانبعاثات المسببة للاحتباس الحراري.

English Abstract

Accelerated carbonation curing (ACC) is a new technique of concrete curing. It is a process involving forcing carbon dioxide gas to diffuse into a freshly prepared concrete under certain conditions, such as pressure, exposure duration, relative humidity, temperature, etc. Previous investigations in this field demonstrated that ACC improved the physico-mechanical properties and durability characteristics of concrete due to the resulting changes in the microstructure of concrete. In addition, ACC has economic and environmental benefits, such as serving as an avenue for consuming captured CO2, thus helping to reduce the problems associated with CO2 emission to the atmosphere. The main goal of this research was to investigate the effect of ACC on the microstructure, physico-mechanical properties, and durability characteristics of concrete to decide whether it is possible or not to use ACC method in precast industries as a partial or full replacement of the conventional curing methods. This work was carried out in two phases: preliminary and detailed study. In the preliminary study, a concrete mixture was used to find out the optimum pressure and exposure duration for ACC. Based on the results of preliminary study, the optimal pressure and exposure duration for ACC were selected as 60 psi and 10 hours, respectively. Under the detailed study, a set of specimens of two mixtures of normally vibrated concrete (NVC), with and without mineral admixture, and two mixtures of self-compacting concrete (SCC) with mineral fillers were prepared and cured using ACC, under the optimum conditions obtained from the preliminary work. Another set of specimens were cured with burlap for 7 days as a control. The performance of ACC and burlap-cured concrete specimens was evaluated in terms of weight gain, carbonation depth,mechanical properties and durability characteristics. SEM and XRD were also conducted on carbonated specimens to examine the effect of ACC on the concrete microstructure. The increase in strength due to ACC for 10 hours was in the range of 34 to 79%, depending on the quantity of silica. Higher increase in strength due to carbonation was observed at lower silica from mineral admixture. The increase in strength after 7 days of air exposure followed by ACC was found to be in the range of 60 to 92%. The difference in strength of ACC and burlap-cured specimens was in the range of 5 to 26%. Tensile strength, modulus of elasticity, water penetration depth, and chloride permeability of ACC specimens were comparable with that of the burlap-cured specimens. Although, the shrinkage of ACC specimens was more than that of burlap-cured specimens, the 7th day shrinkage of ACC specimens was less or almost same as the permissible shrinkage, except for the SCC mixture with silica fume. SEM and XRD of the ACC specimens indicated the formation of calcite at the surface while the depth of carbonation did not exceed 2 mm for all the mixtures. Based on the outcomes of this study, ACC method is recommended for curing precast concrete elements. Such curing while having no detrimental effect on the properties of concrete leads to CO2 sequestration and reduction in green house gas emissions.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemistry Civil Engineering > Structural Engineering Engineering Chemical Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor:	Shamsad, Ahmad
Committee Members:	Maslehuddin, Mohammed and Al‑Amoudi, Omar
Depositing User:	RIDA ALWI ASSAGGAF (g201206100)
Date Deposited:	23 Oct 2016 11:27
Last Modified:	01 Nov 2019 16:35
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140110