Structural Performance of Treated Recycled Aggregate Concretes

Structural Performance of Treated Recycled Aggregate Concretes. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
Shehadah-Dissertation.pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 16 June 2026.

Download (8MB)

Arabic Abstract

الحصى المعاد تدويرها من المباني القديمة المزالة هي مادة صديقة للبيئة بديلة للحصى الطبيعية. معالجة الحصى المعاد تدويرها يؤدي الى تحسين خصائصها وخصائص الخرسانة المصنوعة منها وتحسن من أدائها في الاستخدامات الانشائية الخرسانية. نماذج الاستنباط الآلي لديها القدرة على توقع قوة ضغط الخرسانة في حالة معرفة نسب خلط الخرسانة وخصائص الحصى. هذه الاطروحة درست معالجة الحصى المعاد تدويرها بأربع طرق هي: معالجة حيوية، معالجة ميكانيكية، معالجة بالكربون، ومعالجة بالحامض. خصائص الحصى المعاد تدويرها غير المعالجة والخرسانة المصنوعة منها اقل جودة من الحصى الطبيعية والخرسانة المصنعة منها، ولكن الفرق في الجودة كان صغيراً مما يدل على الجودة الجيدة للحصى المعاد تدويرها المستخدمة في هذه الدراسة. المعالجة الميكانيكية للحصى المعاد تدويرها لمدة ساعتين نتج عنها أفضل خصائص للحصى والخرسانة المصنوعة منها. تم تطوير نماذج استنباط آلي مكونة من (2491) نقطة بيانات لتوقع قوة ضغط الخرسانة المصنوعة من الحصى المعاد تدويرها. المقارنة المبدئية لعدد من نماذج الاستنباط الآلية أظهرت أن نموذج (extreme gradient boost) كان اداؤه أفضل من باقي النماذج وهو ما تم تأكيده من خلال الدراسة التحليلية. أداء الخرسانة المصنوعة من الحصى المعاد تدويرها غير المعالجة والمعالجة ميكانيكيا في الاستخدامات الانشائية تم دراسته عن طريق اختبار كمرات هجينة وانابيب فولاذية مملؤة بالخرسانة. الحمل الاقصى للكمرة التقليدية كانت الاعلى للكمرة المصنوعة من الحصى الطبيعية مقارنة بتلك المصنوعة من الحصى المعاد تدويرها المعالجة ميكانيكيا وكان الأقل للكمرة المصنوعة من الحصى غير المعالجة المعاد تدويرها. تحمّل الكمرات الهجينة كان اعلى من الكمرات التقليدية وإذا كانت الكمرات الهجينة مصبوبة على زاوية 45 درجة فيكون التحمّل اعلى من تلك المصبوبة عمودياً. الانابيب الفولاذية المملؤة بالخرسانة عندما تم تحميلها بحمل انثنائي دخلت في القصور بنمطي: الانحناء العام والانبعاج المحلي في الاسطح المعرضة لقوى الضغط. وتجدر الاشارة انه عند استخدام خرسانة الحصى الطبيعية لملئ الأنابيب الفولاذية لوحظ تحرك الخرسانة خارج الانابيب بشكل يشبه حركة معجون الاسنان في انبوبه. قوة تحمّل الانابيب المملوءة بخرسانة مصنوعة من حصى طبيعية وحصى معاد تدويرها غير معالجة كانت متشابهة بينما كانت قوة التحمّل أكبر في حال استخدم الحصى المعاد تدويرها المعالجة ميكانيكيا

English Abstract

Recycled concrete aggregates (RCA) generated from demolishing old concrete buildings are an environmentally friendly replacement for natural aggregates. Although recycled aggregate concrete (RAC) exhibits inferior mechanical and durability properties compared to natural aggregate concrete (NAC), treatment methods may improve its performance in structural applications. Machine learning (ML) techniques can predict concrete compressive strength, provided the concrete mix proportions and aggregate properties are known. This dissertation studied the treatment of RCA using four methods: biological, mechanical, carbonation and acetic acid. The quality of the untreated recycled aggregate and the concrete made using it was worse than the natural aggregate, but the difference was insignificant, indicating that the quality of the recycled aggregate used in this study was good. The most efficient treatment in terms of aggregate and concrete properties was mechanically treating the aggregate, and the most effective duration of this treatment was two hours. ML models were constructed comprising of 2,491 data points to predict the compressive strength of RAC. The initial comparison revealed that extreme gradient boost (XGB) outperformed the other models, which was confirmed in subsequent analyses. This study also investigated the structural performance of mechanically treated and untreated RAC by fabricating and testing hybrid beams and concrete-filled steel tubes (CFSTs). NAC achieved the highest ultimate load among the standard beams, followed by mechanically treated RAC and untreated RAC. Hybrid beams outperformed standard beams in load capacity, with slanted hybrid beams at 45 degrees demonstrating superior performance compared to vertical hybrid beams. CFST subjected to flexure loading specimens exhibited global bending and local buckling at the compressive face; notably, the NAC CFST demonstrated concrete extrusion resembling toothpaste squeezing. The ultimate loads of the NAC and untreated RAC CFSTs were similar, while the mechanical treatment of RCA enhanced the ultimate load.

Item Type: Thesis (PhD)
Subjects: Civil Engineering > Structural Engineering
Research > Environment
Research > Engineering
Department: College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor: Mukhtar, Faisal Muhammad
Committee Co-Advisor: Ahmad, Irfan
Committee Members: Al-Gahtani, Husain Jubran and Al-Abdulwahhab, Hamad I. and Algadhib, Ali H.
Depositing User: MOHAMMED SHEHADAH (g201245960)
Date Deposited: 17 Jun 2025 05:54
Last Modified: 17 Jun 2025 05:54
URI: http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143545