Mashhodi, Mustafa (2026) Effect of Simulated Earthquake Disturbance on the Strength of Early-Age Concrete with Crystalline Admixture. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Mustafa Mashhodi Thesis Final for EP.pdf Restricted to Repository staff only until 19 July 2027. Download (4MB)

Arabic Abstract

تكون الخرسانة في الأعمار المبكرة شديدة التأثر بالاضطرابات الزلزالية، وذلك لأن بنيتها المجهرية لا تزال في طور التطور خلال مرحلتي الشك والتصلب. ومن المعروف أن الإضافات البلورية (Crystalline Admixtures - CA) تُحسّن خصائص الخرسانة من خلال آليات سدّ المسام والشفاء الذاتي، إلا أن تأثيرها على الخرسانة في الأعمار المبكرة المعرضة للاهتزازات الزلزالية لم يُدرس بشكل كافٍ. تهدف هذه الدراسة إلى التقييم التجريبي لتأثير الاهتزازات الزلزالية المُحاكاة على الخصائص الميكانيكية للخرسانة في الأعمار المبكرة المحتوية على إضافات بلورية. تم تحضير نوعين من الخرسانة (M20 وM30) باستخدام أربع نسب من الإضافات البلورية (0%، 1%، 1.5%، و2% من وزن الأسمنت). وتم تطبيق اهتزازات مُحاكاة مستندة إلى سجل زلزال كوبي لعام 1995، وبقيمة تسارع أرضي أعظمي (PGA) بلغت 0.35 g، عند أعمار 3 ساعات و6 ساعات و9 ساعات و12 ساعة بعد الخلط، وذلك لتمثيل مراحل مختلفة من الإماهة والشك. وتم تقييم مقاومة الضغط، ومقاومة الشد غير المباشر، ومعامل المرونة، وسرعة النبضات فوق الصوتية (UPV)، وامتصاص الماء، بالإضافة إلى الخصائص المجهرية للبنية الداخلية للخرسانة. أظهرت النتائج أن الاهتزازات المطبقة بين 6 و9 ساعات تسببت في أكبر انخفاض في الخصائص الميكانيكية. ففي الخرسانة الخالية من الإضافات البلورية، بلغ أقصى انخفاض في مقاومة الضغط 13.5%، بينما بلغ أقصى انخفاض في مقاومة الشد غير المباشر 19.2% لخرسانة M20. وقد أدى استخدام الإضافات البلورية إلى تقليل الآثار السلبية للاهتزاز وتحسين الأداء العام للخرسانة. ومن بين النسب المدروسة، أظهرت نسبة 1% من الإضافات البلورية أفضل أداء لمقاومة الضغط في خرسانة M30، في حين أظهرت نسبة 1.5% أفضل أداء لخرسانة M20. كما أن إضافة 1.5% من الإضافات البلورية إلى خرسانة M20 خفّضت فقدان مقاومة الشد من 19.2% إلى 7.2%. علاوة على ذلك، ساهمت الإضافات البلورية في تقليل امتصاص الماء في كل من العينات القياسية والعينات المعرضة للاهتزاز. وأظهرت صور المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) تكوّن بلورات إبرية الشكل قامت بملء المسام والشقوق الدقيقة في الخرسانة المعدّلة بالإضافات البلورية. وبشكل عام، تُظهر النتائج أن الإضافات البلورية تُحسّن مقاومة الخرسانة في الأعمار المبكرة للاضطرابات الناتجة عن الزلازل من خلال زيادة كثافة البنية المجهرية وآليات سدّ المسام.

English Abstract

Early-age concrete is highly susceptible to earthquake disturbance because its microstructure is still developing during the setting and hardening stages. Crystalline admixtures (CA) are known to improve concrete properties through pore-blocking and self-healing mechanisms; however, their influence on early-age concrete subjected to seismic shaking has not been fully investigated. This study experimentally evaluates the effect of simulated earthquake shaking on the mechanical properties of early-age concrete containing crystalline admixture. Two concrete grades (M20 and M30) were prepared with four CA dosages (0%, 1%, 1.5%, and 2% by mass of cement). Simulated shaking based on the 1995 Kobe earthquake record with a peak ground acceleration (PGA) of 0.35 g was applied at 3 h, 6 h, 9 h, and 12 h after mixing, representing different stages of hydration and setting. Compressive strength, split tensile strength, modulus of elasticity, ultrasonic pulse velocity (UPV), water absorption, and microstructural characteristics were evaluated. The results showed that shaking applied between 6 h and 9 h caused the greatest reduction in mechanical properties. Without CA, the maximum compressive strength reduction reached 13.5%, while the maximum split tensile strength reduction reached 19.2% for M20 concrete. The incorporation of CA reduced the adverse effects of shaking and improved the overall performance of concrete. Among the investigated dosages, 1% CA showed the best overall compressive strength performance for M30 concrete, while 1.5% CA showed the best performance for M20 concrete. The addition of 1.5% CA to M20 concrete reduced the tensile strength loss from 19.2% to 7.2%. Furthermore, CA reduced water absorption in both control and shaken specimens. SEM observations revealed needle-like crystalline formations filling pores and microcracks in CA-modified concrete. Overall, the results demonstrate that crystalline admixture improves the resistance of early-age concrete to earthquake-induced disturbance through microstructural densification and pore-blocking mechanisms.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Civil Engineering Civil Engineering > Structural Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Thesis Advisor:	Mesfer Al-zahrani,
Thesis Committee Members:	Kalim Mohammad, Mohammed Alosta,
Depositing User:	MUSTAFA MASHHODI
Date Deposited:	20 Jul 2026 08:08
Last Modified:	20 Jul 2026 08:08
URI:	https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144663