NOVEL LC3 INCORPORATING CARBONATED CEMENT DUST. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Ameir_Pandu_Ameir_G202303390_Thesis_Report_Final.pdf Restricted to Repository staff only until 9 February 2027. Download (21MB)

Arabic Abstract

تسهم صناعة الإسمنت بشكل كبير في تطوير البنية التحتية على مستوى العالم، لكنها تُعد في الوقت نفسه من أبرز المصادر المنبعثة لثاني أكسيد الكربون CO₂، إذ تمثل نحو 7–8٪ من الانبعاثات العالمية. وقد أدت الجهود المبذولة للحد من هذه الانبعاثات إلى تطوير روابط بديلة مثل أسمنت الحجر الجيري والطين الكلسي المحروق (LC3)، الذي يجمع بين الكلنكر والطين المحروق والحجر الجيري بهدف تقليل استهلاك الكلنكر والانبعاثات المرتبطة به. ومع ذلك، فإن الاعتماد على الحجر الجيري عالي الجودة يحد من قابلية تطبيق LC3 على المستوى العالمي، خاصة في المناطق التي تعاني من شح في موارد الحجر الجيري. يُعد غبار أفران الإسمنت (CKD)، وهو ناتج ثانوي من عملية إنتاج الإسمنت، غنياً بأكسيد الكالسيوم ومراحل أخرى تفاعلية. وعند كربنته يتحول إلى كربونات مشتقة من نفايات الإسمنت (CDC)، تتكون أساساً من CaCO₃. تساعد عملية كربنة غبار الإسمنت للحصول على CDC في احتجاز CO₂، مما يجعل نظام LC3 أكثر استدامة، إلى جانب تقليل طرح CKD في مدافن النفايات وتقليل الحاجة لاستخراج الحجر الجيري. كما تمتاز CDC بحجم حبيبات أدق، ما يحسن قابلية تشغيل LC3؛ فالحبيبات الأدق تعزز مقاومة الخرسانة بفضل زيادة كثافة رص المصفوفة والمساهمة في التفاعلية. علاوة على ذلك، يُتوقع أن تشجع CDC على تكوّن الأطوار الكربوألوميناتية وأطوار C-S-H، بما يسهم في تطور المقاومة المبكرة والتحمل طويل الأمد والمتانة. يهدف هذا البحث إلى تطوير نوع جديد من رابط أسمنت الحجر الجيري والطين الكلسي المحروق (LC3) يستبدل فيه الحجر الجيري بكربونات مستمدة من نفايات الإسمنت (CDC). وقد تم في هذه الدراسة فحص الخواص الفيزيائية والميكانيكية لخلطات LC3 المستبدلة بـ CDC، إلى جانب دراسة التركيب الطوري لخلطات LC3 مع نسب مختلفة من CDC. تسهم هذه الدراسة في تحقيق أهداف الاستدامة العالمية من خلال توظيف النواتج الثانوية الصناعية في مواد البناء، وتمثل مثالاً عملياً على الاقتصاد الدائري الذي يقلل الاعتماد على الحجر الجيري البِكري. ويمكن لمخرجات هذا العمل أن تدعم قطاع صناعة الإسمنت في مسار انتقاله نحو تقنيات منخفضة الكربون، من خلال تقديم حلول عملية وقابلة للتطبيق لتحديين رئيسيين يواجهان هذه الصناعة، هما ندرة الموارد وتغير المناخ. الكلمات المفتاحية: أسمنت الحجر الجيري والطين المكلسن (LC3)، الطين المكلس، كربونات مشتقة من نفايات الأسمنت (CDC)، الحجر الجيري، الخواص الفيزيائية، الخواص الميكانيكية، المنتجات الثانوية الصناعية

English Abstract

The cement industry significantly contributes to global infrastructure development but remains one of the notable emitters of carbon dioxide CO2, accounting for 7-8% of global emissions. Efforts to mitigate these emissions have led to the development of alternative binders, such as limestone calcined clay cement (LC3), which combines clinker, calcined clay, and limestone to reduce clinker use and associated emissions. However, reliance on limestone limits LC3’s global applicability, particularly in regions with scarce limestone resources. CKD, a byproduct of cement production, is rich in calcium oxide and other reactive phases. Its carbonated form, cement-waste-derived carbonate (CDC), primarily contains CaCO3. The carbonation of CKD to obtain CDC helps sequester CO2, which makes LC3 more sustainable, besides reducing the disposal of CKD in landfills and limestone extraction. CDC has finer particle sizes, enhancing the workability of LC3; finer particle sizes will improve strength due to better packing density of the matrix and reactivity contribution. Additionally, CDC is expected to favor the formation of carboaluminates and C-S-H phases, contributing to early strength gain and long-term strength and durability. This study aims to develop a novel variant of limestone calcined clay cement (LC3) binder with cement waste-derived carbonate (CDC) replacing limestone. The study investigated the physical and mechanical properties of CDC-substituted LC3 and examined the phase composition of LC3 mixtures with CDC substitution. The study contributes to global sustainability objectives through the utilization of industrial byproducts in construction materials. This is an ideal example of a circular economy that reduces reliance on virgin limestone. The outcomes of this study can support the cement business in growing transition toward low-carbon technologies, bringing practical and scalable solutions to the industry’s dual challenges of resource scarcity and climate change. Keywords: Limestone calcined clay cement (LC3), calcined clay, cement kiln dust (CKD), cement waste-derived carbonates (CDC), limestone, physical properties, mechanical properties, industrial byproducts.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Civil Engineering > Structural Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor:	Saheed Kolawole Adekunle,
Committee Co-Advisor:	Hammad Raza Khalid,
Committee Members:	Abduljamiu Olalekan Amao,
Depositing User:	AMEIR AMEIR (g202303390)
Date Deposited:	10 Feb 2026 04:38
Last Modified:	10 Feb 2026 04:38
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144064