PERFORMANCE EVALUATION OF HIGH-STRENGTH SELF-COMPACTING CONCRETE INCORPORATING RED MUD AND CO2 SEQUESTRATION. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Mohamed Inayathulla MSc Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 29 December 2026. Download (4MB)

Arabic Abstract

تواجه صناعة الأسمنت تحدياتٍ حرجة تتمثل في ارتفاع انبعاثات الكربون والتخلص من النواتج الثانوية الصناعية. تستقصي هذه الدراسة استخدام الطين الأحمر (RM)، وهو نفاية عالية القلوية ناتجة عن إنتاج الألومنيوم، كمادة إسمنتية تكميلية في الخرسانة ذاتية الدمك عالية المقاومة (HS-SCC)، وذلك بالاقتران مع المعالجة بثاني أكسيد الكربون (CO₂) كطريقة معالجة مستدامة. يُستبدل جزء من الأسمنت بنسب متفاوتة من الطين الأحمر، وتُقيَّم خصائص الخرسانات المطوَّرة في الحالة الطازجة والمتصلدة وعلى المستوى المجهري-التركيبي تحت ظروف المعالجة بالماء والمعالجة بثاني أكسيد الكربون. تشير النتائج إلى أن إدماج الطين الأحمر يحسّن تماسك الخرسانة ذاتية الدمك بسبب دقة حجم حبيباته وتعزيز انحشار/تراصّ الجسيمات. وفي الحالة المتصلدة، يسهم الطين الأحمر في تحسين الأداء الميكانيكي عبر التفاعلات البوزولانية وتكثيف المصفوفة. ويُظهر التحليل المجهري بنية مسامية أكثر دقة، وتحسّنًا في منطقة الانتقال البيني، وزيادة في كثافة التراص. وقد تحقّق مستوى استبدال أمثل للطين الأحمر بنسبة 10% مقاومة ضغط بعمر 28 يومًا تتجاوز 57 ميغاباسكال عند المعالجة بالماء و64 ميغاباسكال عند المعالجة بثاني أكسيد الكربون. كما تعزّز المعالجة بـ CO₂ أداء الخرسانة ذاتية الدمك المعتمدة على الطين الأحمر مقارنةً بالمعالجة التقليدية بالماء، مؤديةً إلى زيادات تقارب 11% في مقاومة الضغط، و29% في مقاومة الشد بالانشطار، و73% في معامل المرونة. وتستوفي جميع الخلطات متطلبات الخرسانة عالية المقاومة. وبوجهٍ عام، تُظهر الدراسة أن دمج الاستفادة من الطين الأحمر مع المعالجة بثاني أكسيد الكربون يوفّر نهجًا عمليًا لإنتاج خرسانة ذاتية الدمك عالية المقاومة وعالية الأداء ومستدامة بيئيًا، مع تعزيز تثمين المخلفات الصناعية واحتجاز الكربون.

English Abstract

The cement industry faces critical challenges related to high carbon emissions and the disposal of industrial by-products. This study investigates the use of red mud (RM), a highly alkaline waste generated from aluminum production, as a supplementary cementitious material in high-strength self-compacting concrete (HS-SCC), combined with CO₂ curing as a sustainable curing technique. Cement is partially replaced with varying proportions of RM, and the fresh, hardened, and microstructural properties of the developed concretes are evaluated under both water-curing and CO₂-curing conditions. The results indicate that RM incorporation improves the cohesiveness of SCC due to its finer particle size and enhanced particle packing. In the hardened state, RM contributes to improved mechanical performance through pozzolanic reactions and matrix densification. Microstructural analysis reveals a refined pore structure, improved interfacial transition zone, and enhanced packing density. An optimal RM replacement level of 10% achieves a 28-day compressive strength exceeding 57 MPa in water-curing and 64 MPa in CO2-curing. CO₂ curing further enhances the performance of RM-based SCC compared to conventional water curing, resulting in increases of approximately 11% in compressive strength, 29% in split tensile strength, and 73% in modulus of elasticity. All mixes satisfy the criteria for high-strength concrete. Overall, the study demonstrates that integrating red mud utilization with CO₂ curing offers a viable approach for producing high-strength, high-performance, and environmentally sustainable self-compacting concrete while promoting industrial waste valorization and carbon sequestration.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Civil Engineering > Structural Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor:	Ahmad, Shamsad
Committee Co-Advisor:	Hanif, Asad
Committee Members:	Alosta, Mohammed Ali
Depositing User:	MOHAMED INAYATHULLA (g202303530)
Date Deposited:	29 Dec 2025 10:33
Last Modified:	29 Dec 2025 10:33
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143931