Mechanical Behavior and leaching characteristics of Silicomanganese Fume Incorporated Cementitious composites. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (MS Thesis) MS thesis shayiq.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 26 December 2025. Download (3MB)

Arabic Abstract

في هذه الدراسة، يتم التحقيق في جدوى دمج الدخان السيليكوني (SMF) في الخرسانة عن طريق استبدال نسب متفاوتة من الأسمنت ب SMF (0٪ و 10٪ و 20٪ و 30٪). تمت دراسة الخصائص الميكانيكية الناتجة وسمات الترطيب والخصائص المجهرية بالتفصيل. أظهرت النتائج تأثيرا إيجابيا على قوة الضغط لاستبدال الأسمنت بنسبة تصل إلى 20٪ بواسطة SMF، مما أدى إلى زيادة بنسبة 8٪ مقارنة بعينة التحكم. ومع ذلك، بالإضافة إلى مستوى الاستبدال بنسبة 20٪، كان التأثير سلبيا. علاوة على ذلك، تم تقييم سلوك ترشيح المنغنيز (Mn، وهو عنصر خطير) والكالسيوم (Ca) باستخدام تحليل ICP-OES. لوحظ الحد الأدنى من الرشح Mn في اليومين الأولين، مع الحد الأقصى للرشح حوالي 0.002 ملغم / لتر في العينة مع 30٪ SMF، ولم يتم اكتشاف أي رشح من Mn بعد يومين. تم اكتشاف رشح Ca، وكان هناك حوالي 50٪ أقل من أيونات Ca في العينات المعرضة للرشح مقارنة بالعينات التي لم تخضع للرشح. أظهرت عينة التحكم (C) الحد الأقصى لرشح Ca في 90 يوما، مع حوالي 234 ملغم / لتر. أكدت تحقيقات البنية المجهرية التي أجراها SEM/EDX وXRD وTGA كذلك أن SMF هو بديل للأسمنت، مما يعزز البنية المجهرية عند استخدامه ضمن حدود محددة. تحقق محتوى بورتلانديت وكمية المياه المرتبطة كيميائيا من زيادة درجة الترطيب. أثبرت البنية المجهرية الأكثر كثافة والأكثر إحكاما مع مسامية أقل نتائج الخواص الميكانيكية ورشح Mn. علاوة على ذلك، تم تقييم تفاعل درجات مختلفة من SMF (SMF1 وSMF2 وSMF3) باستخدام قياس السعرات الحرارية متساوي الحرارة عن طريق استبدال 20٪ من OPC بواسطة SMFs وتأثيرها على الخصائص الجديدة والميكانيكية والبنية المجهرية.

English Abstract

This study investigates the feasibility of incorporating silicomanganese fume (SMF) into concrete by replacing varying percentages of cement with SMF (0%, 10%, 20%, and 30%). The reactivity of different grades of SMF (SMF1, SMF2, and SMF3) was evaluated using isothermal calorimetry by replacing 20% of OPC with SMFs and their effect on fresh, mechanical, and microstructural properties. The mechanical properties, hydration behavior, and microstructural characteristics were thoroughly investigated. The results demonstrated an 8% increase in compressive strength with up to 20% cement replacement by SMF compared to the control specimen. However, beyond the 20% replacement level, the impact was negative. Further, the leaching behavior of manganese (Mn, a hazardous element) and Calcium (Ca) was evaluated using ICP-OES analysis. Minimal Mn leaching was observed in the first two days, with a maximum leaching of about 0.002 mg/L in the specimen with 30% SMF, and no leaching of Mn was detected after 2 days. Ca leaching was detected, and about 50% less Ca ions were present in the specimens subjected to leaching compared to specimens not subjected to leaching. The Control(C) specimen showed maximum Ca leaching at 90 days, with about 234 mg/L. Microstructural investigations by SEM/EDX, XRD, and TGA further confirmed that SMF is a cement substitute, enhancing microstructure when used within specified limits. The portlandite content and amount of chemically bound water validated the increased degree of hydration. The resulting denser and more compact microstructure with lower porosity substantiated the results of mechanical properties and Mn leaching.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Civil Engineering Civil Engineering > Structural Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor:	Hanif, Asad
Committee Co-Advisor:	Khalid, Hammad Raza
Committee Members:	Wong, Hong S. and Shaqraa, Abbas Ahmed Albu and Adekunle, Saheed Kolawole
Depositing User:	SHAYIQ RASHID (g202210540)
Date Deposited:	31 Dec 2024 06:03
Last Modified:	31 Dec 2024 06:03
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143176