Cement Kiln Dust-substituted Limestone Calcined Clay Cement LC3. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Cement Kiln Dust-substituted Limestone Calcined Clay Cement (LC3)) MSc Thesis - g202115330 (ELTAYEB, IBRAHIM OMER OTHMAN ALI).pdf - Submitted Version Restricted to Repository staff only until 27 October 2025. Download (17MB)

Arabic Abstract

كان الأسمنت مادة فعالة في البناء لفترة طويلة جدًا، ومع ذلك، فإن القضايا الناتجة عن إنتاج الأسمنت عديدة، مثل المساهمة العالمية الهائلة في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (-6 ٪8)، ومتطلبات الطاقة العالية. يُمارس استخدام المواد الأسمنتية التكميلية (SCMs(لتقليل الطلب على الأسمنت وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون على نطاق واسع، وخاصة على مواد مثل الرماد المتطاير وخبث أفران الصهر ودخان السيليكا. ومع ذلك، فإن استخدام غبار فرن الأسمنت (CKD (وأسمنت الطين المحروق 3 من الحجر الجيري ( 3 LC (محدود. أسمنت الطين المحروق بالحجر الجيري ( LC (هو أسمنت مخلوط تم تطويره مؤخ ًرا، 3 حيث تتفاعل تفاعلات الألومينا من الطين المحروق والكربونات ( CaCO (من الحجر الجيري مع بعضها البعض لإنتاج مراحل الكربوألومينات، جنًبا إلى جنب مع التفاعلات البوزولانية الطبيعية للطين المحروق وتأثير الحشو للحجر الجيري، مما يخلق مصفوفة أسمنتية ذات كثافة أعلى. يسمح هذا بإمكانية استبدال الكلنكر مما يؤدي إلى بنية دقيقة أكثر تطو ًرا يمكن أن تُظهر متانة محسنة وأدا ًء مرتب ًطا ميكانيكًيا. لاحظت الدراسات تأثير استبدال الكلنكر بـ LC على الخصائص الميكانيكية، وأشارت 3 إلى أن ما يصل إلى ٪45 من استبدال الكلنكر (٪30 ميتاكاولين، ٪15 حجر جيري) أظهر قوة أعلى مقارنة بعينة OPC الخاصة بهم، ومع ذلك في العينات التي تصل إلى ٪60 أظهرت ٪93 من قوة OPC ، لذلك من أجل الاستفادة من نسبة LC إلى الحجر الجيري الناعم المتوفر في 3 الاستبدال المحدودة بشكل أكبر، فإن التحول من الحجر الجيري الخام الموجود في CKDمسبق الترطيب ضروري، حيث سيسمح بحدوث المزيد من تفاعلات الترطيب. أظهرت الدراسات أن CKD أنتجت مصفوفة أدق مع زيادة إجمالية في الرقم الهيدروجيني بسبب الجير الحر، وبالتالي، زادت من إمكانات المعالجة بالكربنة المتسارعة .(ACC (ومع ذلك، زادت CKD من متطلبات المياه لضمان قابلية عمل مماثلة. لمواجهة هذا التأثير، سيتم المرطب مسبقً (CDP (في هذه الدراسة. بالإضافة إلى ذلك، لتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بشكل أكبر، استخدام CKD ا يتم إجراء المعالجة بالكربنة المتسارعة (ACC (والتي تنتج المزيد من كربونات الكالسيوم بينما يوفر CDP البورتلانديت. في ا) و LC) الطين الجيري المحروق) على الأسمنت 3 هذه الدراسة، التجارب اللازمة لفهم سلوك CDP) CKDالمرطب مسبقً في الحالة الطازجة (اختبار التدفق، وقت التصلب، متطلبات المياه) وفي الحالة الصلبة (الانكماش، قوة الضغط) في كل من العينات المكربنة وغير المكربنة.

English Abstract

Cement has been an effective material in construction for a very long period, however, the issues that are resulting from the production of cement are numerous, such as massive global contribution to CO2 emissions (6-8%), and high energy requirements. The usage of Supplementary cementitious materials (SCMs) to reduce cement demand and CO2 emissions is widely practiced, specifically on materials such as fly ash, blast furnace slag, and silica fume. However, usage of cement kiln dust (CKD) and limestone calcined clay cements (LC3 ) is limited. Limestone calcined clay cement (LC3 ) is a recently developed blended cement, in which the reactions of alumina from calcined clay and carbonate (CaCO3) from limestone react with each other to produce carboaluminate phases, alongside the normal pozzolanic reactions of calcined clay and the filler effect of limestone, creating a higher density cement matrix. This permits the potential of clinker replacement leading to a more-developed microstructure that can exhibit improved durability and mechanically related performance. Studies observed the effect of clinker replacement with LC3 on the mechanical properties, and indicated that up to 45% clinker replacement (30% metakaolin, 15% limestone) showed higher strength compared to their OPC sample, however in samples up to 60% exhibited 93% of OPC’s strength, Therefore in order to utilize the xii limited replacement percentage further, the switch from raw limestone found in LC3 to finer limestone available in Pre-hydrated CKD is necessary, as it will allow for further hydration reactions to occur. Studies have shown that CKD produced a finer matrix with an overall increased pH due to free lime, hence, increased the accelerated carbonation curing (ACC) potential. However, CKD increased water requirements to ensure similar workability. To counteract this effect, pre-hydrated CKD (CDP) will be used in this study. Additionally, to further reduce CO2 emissions, ACC (Accelerated Carbonation Curing) is performed which produces more calcium carbonate while the CDP supplies portlandite. In this study, the experiments necessary to understand the behavior of CDP (Pre-Hydrated CKD) and LC3 (Limestone calcined clay) on a cement mortar in a fresh state (flow test, setting time, water requirement) and in hardened state (shrinkage, compressive strength) in both carbonated and uncarbonated samples. The expected findings should be: 1) Similar strength due to providing more portlandite from CDP to account for the portlandite consumption of LC3 . 2) Minimum or no reduction in pH level 3) Relatively reduced water demand as a result of CDP usage. 4) Overall durable cement mortar as a result of fewer pores.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Civil Engineering Civil Engineering > Structural Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor:	R. Khalid, Hammad
Committee Co-Advisor:	K. Adekunle, Saheed
Committee Members:	A. AlOsta, Mohammed and H. Hanif, Asad and Ahmed, Shamsad
Depositing User:	IBRAHIM ELTAYEB (g202115330)
Date Deposited:	29 Oct 2024 10:23
Last Modified:	29 Oct 2024 10:23
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143079