SYNTHESIS AND EVALUATION OF CEMENT KILN DUST-BASED ALKALI-ACTIVATED BINDER

SYNTHESIS AND EVALUATION OF CEMENT KILN DUST-BASED ALKALI-ACTIVATED BINDER. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
Final PhD Dissertation - Mukhtar Azeez.pdf
Restricted to Repository staff only until 14 June 2021.

Download (8MB)

Arabic Abstract

تعد الخرسانة من أكثرالمواد استخدامًا في جميع أنحاء العالم بأكثر من ستة مليارات طن من الخرسانة المستخدمة لإنشاء البنية التحتية المطلوبة. ويرجع ذلك بشكل عام إلى سلامتها الهيكلية، مثل قوة الضغط العالية ، ومقاومة الحريق الجيدة ، والتكلفة المنخفضة والمتانة الجيدة. ومع ذلك ، فإن أحد الآثار الجانبية لاستخدام الخرسانة لأغراض البناء هو مساهمتها في ارتفاع نسبة ثاني أكسيد الكربون من خلال استخدام أسمنت البورتلاند العادي لإنتاج الخرسانة. تنتج صناعات الأسمنت حول العالم حوالي 2 مليار طن / عام من الأسمنت البورتلاندي مما ينتج عنه حوالي 2 مليار طن من ثاني أكسيد الكربون في الهواء. بحلول عام 2025 ، من المتوقع أن يساهم إنتاج الأسمنت بنحو 3.5 مليار طن / عام من ثاني أكسيد الكربون. تشير الحقيقة المذكورة أعلاه إلى أن هناك حاجة إلى إيجاد روابط بديلة تكون أكثر ملاءمة للبيئة لاستبدال (على الأقل جزئيًا) أسمنت البورتلاند على الرغم من الحاجة إلى إيجاد روابط بديلة لأسمنت البورتلاند ، إلا أن سد هذه الحاجة لا يزال مستقبليا. ونتيجة لذلك ، سيستمر إنتاج الأسمنت و بالمثل في إنتاج المنتج الثانوي الرئيسي لأسمنت البورتلاند وهو غبارالأسمنت من الأفران (CKD). إن إيجاد طريقة لاستخدام هذا المنتج الثانوي الرئيسي لا يقل أهمية عن إيجاد روابط بديلة لأسمنت بورتلاند. يهدف البحث الحالي إلى إيجاد طريقة بيئية للاستفادة من مخلفات إنتاج الأسمنت البورتلاندي من خلال توليف مزيج ثنائي من CKD المنشط القلوي ، البوزولان الطبيعي المتوفر محليًا (NP) ، والرماد المتطاير المستورد (FA) ؛ على أمل ايجاد البديل للخرسانة المحتوية على الأسمنت البورتلاندي. في هذه الدراسة ، تم تطوير الخرسانة المنشطة قلويا بالغبار الأسمنتي بواسطة مزجه مع الرماد المتطاير (AACF) والبوزولان الطبيعي (AACN). تم تقييم الخواص الميكانيكية وخصائص المتانة لخلطات مختلفة. العديد من الخلطات التي تم تصنيعها بنسبة تصل إلى 50٪ من كل من FA و NP لها أداء جيد من حيث الخواص الميكانيكية (قوة الانضغاط ، قوة الشد المنقسمة ومعامل المرونة) ، مقاومة ممتازة لهجوم الكبريتات ، مقاومة جيدة لتآكل الحديد و لكن الأداء الضعيف كان في البيئة الحمضية. من الممكن تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة تصل الى 32٪ باستخدام مخاليط الخرسانة AACF و AACN مقارنة بالخرسانة الإسمنتية البورتلاندية.

English Abstract

The most widely used materials around the world remains concrete with over six billion tons of concrete used to establish the required infrastructures. This is due, in general, to its reliable structural integrity, such as high compressive strength, good fire resistance, relatively low cost and good durability. However, a side effect of the usage of concrete for construction purposes is its contribution to CO2 footprint through the use of ordinary Portland cement to produce concrete. Cement industries around the world are producing about 2 billion tonnes/year of Portland cement which results in about 2 billion tonnes of CO2 in the air. By 2025, it is projected that cement production will contribute about 3.5 billion tonnes/year CO2. The above fact suggests that there is need to find alternative binders that will be more environmentally friendly to replace (at least partially) Portland cement. Even though there is need to find alternative binders to Portland cement, filling this need is still a thing of the future. As a result, cement production will continue likewise the generation of the major by-product of Portland cement which is cement kiln dust (CKD). Finding a way to utilize this major by-product is as important as finding alternative binders to Portland cement. The present research; which was aimed at finding an ecological way to utilize the otherwise waste product of Portland cement production by synthesizing binary blend of alkali-activated CKD, locally available natural pozzolan (NP), and imported fly ash (FA); hopes to contribute to the much-needed alternative to Portland cement concrete. In the present study, cement kiln dust-based alkali-activated concrete was developed by synthesizing it with fly ash (AACF) and natural pozzolan (AACN). The mechanical properties and durability characteristics of the developed alkali-activated concrete mixtures were evaluated. Many of the mixtures synthesized up to 50% fraction of both FA and NP in the binary binders had good performance in terms of mechanical properties (compressive strength, split tensile strength and modulus of elasticity), excellent resistance to sulfate attack, good resistance to corrosion but poor performance in acidic environment. A significant reduction in CO2 emission (up to 32%), compared with Portland cement concrete, was possible with the utilization of the developed AACF and AACN concrete mixtures.

Item Type: Thesis (PhD)
Subjects: Civil Engineering > Structural Engineering
Divisions: College Of Engineering Sciences > Civil Engineering Dept
Committee Advisor: Al-Dulaijan, Salah U.
Committee Members: Maslehuddin, Mohammed and Ahmad, Shamsad and Al-Zahrani, Mesfer M.
Depositing User: MUKHTAR OLUWASEUN AZEEZ (g201203220)
Date Deposited: 17 Jun 2020 11:44
Last Modified: 17 Jun 2020 11:44
URI: http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141625