Synthesis and Characterization of Waste Glass Powder-substituted Alkali-activated Red Mud Binders. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Thesis report_Samia.pdf Restricted to Repository staff only until 17 May 2027. Download (3MB)

Arabic Abstract

تعد صناعه الاسمنت من المساهمين الرئيسيين في انبعاث ثاني اكسيد الكربون (CO₂) لذا تبحث هذه الدراسة في التأثير المشترك لإضافة مسحوق الزجاج المهدَر ومعامل السيليكات الفعّال (Ms,eff) على آلية التفاعل، والبنية المجهرية، والأداء الميكانيكي لمونة الطين الأحمر المنشط قلوياً. تم تحضير ستة عشر خليطًا بنسب استبدال لمسحوق الزجاج تراوحت بين 0 و40%، وبقيم لمعامل السيليكات الفعّال تراوحت بين 1.0 و2.5. وتم تقييم الخواص في الحالة الطازجة، وتطور الحرارة، ومقاومة الضغط، والخصائص المجهرية باستخدام المعايرة الحرارية متساوية الحرارة، وحيود الأشعة السينية (XRD) ، والتحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (FTIR) ، والتحليل الحراري الوزني (TG–DTG) ، والمجهر الإلكتروني الماسح المزود بتحليل تشتت الطاقة. (SEM/EDS) أظهرت النتائج أن إضافة مسحوق الزجاج حسّنت عملية التنشيط القلوي من خلال توفير السيليكا التفاعلية تدريجيًا عبر الذوبان القلوي، إضافةً إلى تحسين التراص الحبيبي، في حين تحكم معامل السيليكات الفعّال في كمية السيليكات الذائبة ودرجة بلمرة الجل المتكوّن. وقد حقق الخليط الأمثل (R60–G40 عند Ms,eff = 2.0 مقاومة ضغط عند عمر 28 يومًا بلغت 21.1 ميغاباسكال، بزيادة تقارب 129% مقارنةً بالخليط المرجعي .كما أكدت التحاليل المجهرية تكوّن جل ألومينوسيليكاتي غير متبلور بوصفه الطور الرابط الرئيس، مع توزيع أكثر تجانسًا للعناصر وبنية أكثر كثافة في الخلطات الغنية بمسحوق الزجاج. وأظهرت نسب Si/Al المحسوبة أن أعلى مقاومة ضغط تحققت ضمن مدى معتدل يتراوح تقريبًا بين 1.5 و2.3. وبوجه عام، فإن التأثير التآزري بين مسحوق الزجاج ومعامل السيليكات الفعّال أسهم في تحسين تكوّن الجل، وتكثيف البنية المجهرية، ورفع الأداء الميكانيكي، مما يبرز إمكانية توظيف الطين الأحمر ومسحوق الزجاج في إنتاج مواد رابطة قلوية أكثر استدامة

English Abstract

The cement industry is a major contributor to global CO₂ emissions, while the production of alkali activators such as sodium silicate further increases the environmental and economic burden of alkali-activated materials. Meanwhile, large volumes of red mud (RM) are generated worldwide, posing disposal challenges. Developing sustainable binders that reduce reliance on commercial sodium silicate while effectively valorizing RM is therefore critical. In this context, waste glass powder (WGP), a silica-rich waste, offers potential as an alternative reactive silica source. This study investigates the combined effects of WGP incorporation and effective silicate modulus (Ms,eff) on the reaction mechanisms, microstructure, and mechanical performance of alkali-activated red mud mortars (AARM–WGP). Sixteen mixtures with WGP replacement levels of 0–40% and Ms,eff values of 1.0–2.5 were evaluated in terms of fresh properties, heat evolution, compressive strength, and microstructure. WGP enhanced geopolymerization by supplying reactive silica and improving particle packing, while gel formation was governed by Ms,eff. The optimum mixture (R60–G40 at Ms,eff = 2.0) achieved a 28-day compressive strength of 21.1 MPa, representing a 129% increase over the control. Microstructural analyses confirmed amorphous aluminosilicate gel formation with improved densification. Strength was maximized at a Si/Al ratio of 1.5–2.3. Overall, the synergistic interaction between WGP and silicate modulus demonstrates a sustainable approach for RM valorization.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Civil Engineering > Structural Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Thesis Advisor:	Asad Hanif,
Thesis Co-Advisor:	Hammad Khalid,
Thesis Committee Members:	Syed Umair Naqvi,
Depositing User:	SAMIA MOHAMED (g202392390)
Date Deposited:	18 May 2026 05:37
Last Modified:	18 May 2026 05:37
URI:	https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144320