ASSESSMENT OF TREATMENT METHODS FOR DEVELOPING SUSTAINABLE RUBBER CONCRETE

ASSESSMENT OF TREATMENT METHODS FOR DEVELOPING SUSTAINABLE RUBBER CONCRETE. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
ASSESSMENT OF TREATMENT METHODS FOR DEVELOPING SUSTAINABLE RUBBER CONCRETE.pdf - Published Version
Restricted to Repository staff only until 11 May 2023.

Download (9MB)

Arabic Abstract

يتجه سوق البناء والتشييد نحو استخدام مواد البناء المستدامة لما لها من فوائد بيئية واقتصادية. ويعد استخدام حبيبات المطاط المعاد تدويره (CR) في الخرسانة خطوة مهمة نحو التنمية المستدامة في مجال البناء والتشييد، والتي تساهم في الاقتصاد الدائري للمملكة العربية السعودية. أجريت الدراسة الحالية لتقييم تأثير بعض طرق المعالجة لحبيبات المطاط، باستخدام هيدركسيد الصوديوم، برمنجنات البوتاسيوم والاسمنت في تحسين خصائص الخرسانة المطاطية (CRC). تم تحضير عينات الخرسانة باستخدام 2، 8، 16، 24 و40% من حبيبات المطاط (بالوزن)، لتحل جزئيًا محل الرمل المستخدم كركام ناعم. أشارت النتائج إلى أن طرق العلاج المختارة أدّت الى تغيرات حاسمة في سطح وشكل حبيبات المطاط. وأظهرت حبيبات المطاط المعالجة بكل من هيدركسيد الصوديوم، برمنجنات البوتاسيوم والاسمنت تحسنًا ملحوظًا في معامل الترسيب بنسبة 51.8، 99.6 و99.0%، على التوالي. وكان استخدام نسب ضئيلة من حبيبات المطاط المعالجة بهيدركسيد الصوديوم أو برمنجنات البوتاسيوم قد زاد من مقاومة الضغط والانحناء للخرسانة المطاطية. وعند استخدام نسب كبيرة من حبيبات المطاط المعالجة بهيدركسيد الصوديوم أو برمنجنات البوتاسيوم، لوحظ وجود تدهور في الخواص الميكانيكية بسبب تكتل وتجمع حبيبات المطاط. على أي حال، تم التغلب على ظاهرة التكتل من خلال معالجة حبيبات المطاط بالمونة الاسمنتية، والذي نتج عنه زيادة في مقاومة الضغط والانحناء بنسبة 64 و 33%، على التوالي، وذلك عند استبدال الركام الناعم بنسبة 40% بحبيبات المطاط المعالج بالمونة الاسمنتية. كما أشار التحليل الإحصائي للنتائج إلى أنّ معالجة حبيبات المطاط بالمونة الاسمنتية هي الأكثر فعالية، والتي نتج عنها تحسّن كبير في الخواص الميكانيكية لـلخرسانة المطاطية. إضافة إلى ذلك، ساهمت معالجة حبيبات المطاط بالمونة الاسمنتية في خفض تكلفة انتاج الخرسانة المطاطية بنسبة 22%. وقد عمل استخدام حبيبات المطاط المعالجة على خفض امتصاص الخرسانة المطاطية للماء. ولوحظ هذا الانخفاض بشكل اكبر في الخرسانة المحتوية على نسب عالية من حبيبات المطاط. وقد أبدت الخرسانة المطاطية المحتوية على نسبة تصل الى 8% من حبيبات المطاط المعالجة بهيدروكسيد الصوديوم مقاومة افضل للاحماض مقارنة بالخرسانة المطاطية المحتوية على حبيبات المطاط غير المعالجة. وعلى الرغم من أن الخرسانة المطاطية المحتوية على حبيبات المطاط المعالجة بـ برمنجنات البوتاسيوم كانت الأقل في فقدان الوزن نتيجة التعرض للحمض الا أن فقدان القوة في هذا النوع من الخرسانة كان أكثر من فقدان القوة في الخرسانة المحتوية على حبيبات المطاط المعالجة بهيدركسيد الصوديوم أو الاسمنت. أظهرت الخرسانة المطاطية المحتوية على حبيبات المطاط المعالجة بالمونة الاسمنتية الأداء الأفضل في مقاومة الاحماض وذلك عند استبدال الركام الناعم بنسبة 40% بحبيبات المطاط المعالج. كما أظهرت هذه الخرسانة زيادة ملحوظة في المقاومة الكهربائية ونقصان كبير في نفاذية الكلوريد للخرسانة المطاطية المعالجة بسبب التغيرات الحاسمة في الخواص السطحية لحبيبات المطاط المعالج. أمّا بالنسبة لمقاومة التآكل نتيجة الاحتكاك، فقد أظهرت الخرسانة المطاطية المحتوية على حبيبات المطاط المعالجة تطوراً كبيراً وذلك بالحد من نقص وزنها وتفكك حبيباتها. وأشار تحليل الصور إلى أن حبيبات المطاط المعالجة أظهرت مقاومة عالية للانفصال عن سطح الخرسانية. وأظهرت الخرسانة المطاطية المحتوية على حبيبات المطاط المعالجة عزلًا صوتيًا وحراريًا أقل بقليل من عزل الخرسانة المطاطية المحتوية على حبيبات المطاط غير المعالجة. ومع ذلك، يظل العزل الصوتي والحراري للخرسانة المطاطية المحتوية على حبيبات المطاط المعالجة أفضل بكثير من عزل الخرسانة التقليدية. إن استخدام الخرسانة المطاطية المحتوية على حبيبات المطاط المعالجة بهيدروكسيد الصوديوم أو برمنجنات البوتاسيوم أو الأسمنت كجدران حاملة في المباني سيقلل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون السنوية بمقدار يصل الى 1.30، 1.23 و1.21 مرة، على التوالي. بالإضافة إلى ذلك ، سيتم تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بمقدار يصل الى 1.97، 1.82 و1.53 مرة في حالة استخدام الخرسانة المطاطية المحتوية على حبيبات المطاط المعالجة بهيدروكسيد الصوديوم أو برمنجنات البوتاسيوم أو الأسمنت كجدران غير حاملة بدلاً من الجدران الخرسانية التقليدية.

English Abstract

The construction industry is geared towards the use of sustainable building materials for the related environmental and economic benefits. The use of recycled crumb rubber (CR) in concrete is a significant step towards the sustainable development of the construction industry and contribution to the circular economy of the Kingdom of Saudi Arabia. The present study was conducted to evaluate the effect of some CR treatment methods, such as NaOH, KMnO4, and cement coating in improving the properties of crumb rubber concrete (CRC). Concrete specimens were prepared with 2, 8, 16, 24, and 40% CR (by weight), partially replacing the sand used as fine aggregate. The results indicated that the selected treatment methods cause crucial changes in the surface texture and shape of CR particles. The NaOH, KMnO4, and cement treated CR exhibited a remarkable improvement in the sedimentation coefficient being 51.8, 99.6 and 99.0%, respectively. The NaOH- and KMnO4-treatment enhanced the compressive and flexural strengths of CRC at low quantity of CR. At higher quantities of CR, there was a degradation in the mechanical properties due to the agglomeration of CR particles. However, the agglomeration phenomenon was overcome by applying a cement coating that resulted in 64% and 33% increase in the compressive and flexural strength, respectively, at 40% replacement of fine aggregate. The statistical analysis indicated that cement coating is the most effective treatment method that significantly enhances the mechanical properties of CRC. In addition, there was a 22% decrease in the cost of CRC due to the cement treatment of CR. The water absorption of CRC decreased due to the use of treated CR. This trend was particularly noted in concrete with high quantities of CR. The acid resistance of concrete with up to 8% NaOH-treated CRC was better than that of untreated CRC. Although the weight loss was lowest in the KMnO4-treated CRC, the strength loss in this type of concrete was more than that of NaOH- and cement-treated CRC. The cement-treated CRC exhibited the best performance against acid attack even with 40% CR replacing the fine aggregate. A remarkable increase in the electrical resistivity and a significant decrease in the chloride permeability of CRC was noted due to the crucial changes in the pore structure of concrete containing treated-CR. The weight loss due to abrasion significantly decreased in the treated CRC. Image analysis indicated that treated-CR particles exhibited high resistance to pull out from the concrete matrix. The treated CRC exhibited inferior sound and thermal insulation than that of untreated CRC. However, treated CRC showed a remarkable improvement in sound and thermal insulation compared to conventional concrete. The use of CRC treated with sodium hydroxide, potassium permanganate or cement as load-bearing CRC walls in buildings will decrease the annual CO2 emission by 1.30, 1.23, and 1.21 times, respectively. Additionally, CO2 emission will be decreased by 1.97, 1.82, and 1.53 times if sodium hydroxide, potassium permanganate, and cement-treated non-load-bearing CRC walls are used instead of conventional concrete walls.

Item Type: Thesis (PhD)
Subjects: Environmental
Construction
Civil Engineering
Department: College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor: Al-Dulaijan, Salah U.
Committee Members: Maslehuddin, Mohammed and Shamshad, Ahmad and Al-Amoudi, Omar S. B.
Depositing User: RIDA ALWI ASSAGGAF (g201206100)
Date Deposited: 12 May 2022 07:42
Last Modified: 12 May 2022 07:42
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142103