DEVELOPMENT OF ALKALI-ACTIVATED LOW-CARBON/NON-CARBONATE BINDERS UTILIZING INDIGENOUS MATERIALS. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (PhD Dissertation) Dr. Ibrahim Al-Duais Approved PhD Dissertation.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 20 August 2024. Available under License Creative Commons Attribution No Derivatives. Download (8MB)

Arabic Abstract

لاسم الكامل: إبراهيم نبيل علي الدعيس عنوان الرسالة: تطوير المواد الخرسانية غير الكربونية باستعمال المواد المتوفرة محليا التخصص: الهندسة المدنية والبيئية تاريخ الدرجة العلمية: ديسمبر 2022 يعتبر إنتاج الأسمنت مسؤولاً عن استهلاك ثلث إنتاج الطاقة في العالم فضلاً عن كونه أحد المصادر الرئيسية لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون على مستوى العالم. بالإضافة إلى ذلك ، تم الإبلاغ في الأوساط العلمية عن المواد الخرسانية التقليدية كونها عرضة للتدهور عند التعرض لبيئات قاسية. يتجلى هذا التدهور عادة على شكل صدأ في التعزيزات الحديدية بسبب كون المواد الخرسانية أكثر إنفاذا لانتشار الكلوريد وثاني أكسيد الكربون أو قد يتجلى التدهورعلى شكل تداعي مصفوفة الخرسنة نفسها بسبب الهجوم الحمضي أو هجوم أملاح الكبريتات أو استخلاص المواد القلوية من مصفوفة الخرسنة. إن الحاجة إلى مواد خرسانية بديلة لا تعتمد على تكليس كربونات الكالسيوم (أي مواد خرسانية غير كربونية) والتي بإمكانها أن تحقق خصائص متانة وديمومة أفضل من المواد الخرسانية التقليدية أصبحت أكثر أهمية في عالم يتجه نحو ضرر بيئي لا رجعة فيه. إن تطوير مواد خرسانية غير كربونية أمر ضروري أيضًا بسبب الحاجة إلى تلبية المتطلبات البيئية القادمة. هدفت هذه الدراسة إلى تطوير مواد خرسانية غير كربونية. تم التركيز بشكل خاص على استخدام المواد المحلية ، وخاصة المعادن الطبيعية ومواد النفايات الصناعية. تم استجلاب المواد الخام أولاً وتصنيفها من حيث خصائصها الفيزيائية والكيميائية والبنيوية الدقيقة. بناءً على نتائج اختبارات التصنيف التي تم جمعها خلال الخطوة الأولى ، تقرر تطوير مواد خرسانية غير كربونية على شكل مواد خرسانية منشطة قلويا(AABs) باستخدام مسحوق الحجر الجيري (LSP) والبوزولانا الطبيعية (NP) والطين الأحمر (RM) و أبخرة منغنيز السليكون (SMF) ، بالإضافة إلى كميات صغيرة من الأسمنت البورتلاندي العادي (OPC) كمواد أولية. تم تنشيط مزيج المادة الأولية الخام بمزيج من محلول هيدروكسيد الصوديوم (NH) وسيليكات الصوديوم (NS). تم إجراء تجارب أولية لتحسين تناسب المواد الأولية، وخصائص التنشيط ، وأنظمة المعالجة. بعد ذلك ، تم اختيار ستة خلطات كانت تمتلك الخواص المثلى وتطويرها إلى خرسانة ، وتم تقييم خصائصها الفيزيائية والميكانيكية وانكماش التجفيف ومقاومتها للهجوم الحمضي وهجوم أملاح الكبريتات ونقل الكلوريد وخصائص تآكل التعزيزات الحديدية ومقارنتها بخصائص الخرسانة التقليدية المكونة من الأسمنت البوتلاندي العادي(OPC). كان الأداء الذي أظهرته الخرسانة المنشطة القلوية (AACs) متفوقًا على أداء خرسانة (OPC) التقليدية مع تقليل محتوى الأسمنت حتى 80٪.

English Abstract

Full Name : Ibrahim Nabil Ali Al-Duais Thesis Title : DEVELOPMENT OF NON-CARBONATE BINDERS UTILIZING INDIGENOUS MATERIALS Major Field : Civil and Environmental Engineering Date of Degree : December 2022 The production of cement is responsible for the consumption of a third of the world’s energy output as well as being one of the major sources of carbon dioxide emissions globally. In addition, traditional binders have been reported to be susceptible to degradation upon exposure to harsh environments. The degradation usually manifests in the form of corrosion of the reinforcement due to the binders being more pervious to the diffusion of chloride and carbon dioxide or in the form of the deterioration of the binder matrix itself due to acid attack, sulphate attacks and leeching of the alkaline substances. The need for alternative binders that do not depend on the calcination of calcium carbonate (i.e. low-carbon/non-carbonate binders) and can achieve better durability characteristics has never been more crucial in a world that is heading towards irreversible environmental damage. The development of low-carbon/non-carbonate binders is also necessitated by the need for meeting the forthcoming environmental requirements. This study aimed to develop low-carbon/non-carbonate binders. Special emphasis was placed on developing non-carbonate binders utilizing local materials, particularly natural minerals and industrial waste materials. The raw materials were first procured and characterized in term of their physical, chemical, and microstructural properties. Based on the results gathered during the first step, it was decided to develop non-carbonate binders in the form of alkali-activated binders (AABs) utilizing limestone powder (LSP), natural pozzolana (NP), red mud (RM), and silicomanganese fume (SMF), in addition to small quantities of ordinary Portland cement (OPC) as precursor materials. The mélange of the raw precursor was activated by a mixture of sodium hydroxide (NH) and sodium silicate (NS) solutions. Initial trials were carried out to optimize the proportioning of the precursor materials, the activation parameters, and curing regimes. Then, six binders that were deemed to possess optimum properties were developed further into concretes and their physical, mechanical, drying shrinkage, acid and sulphate attack resistance, chloride transport, and chloride-induced reinforcement corrosion characteristics were evaluated and compared to properties of traditional OPC concrete. The performance exhibited by the alkali-activated concretes (AACs) was superior to that of the traditional OPC concrete while decreasing the OPC content up to 80%.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Civil Engineering > Structural Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor:	Ahmad, Shamsad
Committee Co-Advisor:	Al-Osta, Mohammed
Committee Members:	Maslehuddin, M. and Tawfik, M. and Al-Dulaijan, S. U.
Depositing User:	IBRAHIM AL-DUAIS (g200927910)
Date Deposited:	20 Aug 2023 10:56
Last Modified:	20 Aug 2023 10:56
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142479