Busubul, Saeed (2026) Design and Characterization of Self-Sensing Concrete with Eco-Friendly Materials for Structural Health Monitoring. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Design and Characterization of Self-Sensing Concrete with Eco-Friendly Materials for Structural Health Monitoring.pdf Restricted to Repository staff only until 12 August 2027. Download (7MB)

Arabic Abstract

تُعدّ المستشعرات الأسمنتية تطورًا هامًا في مجال مراقبة سلامة المنشآت، إذ تُتيح طريقة عملية لدمج قدرات الاستشعار مع مواد البناء. إضافةً إلى ذلك، يُعتبر استخدام المواد المحلية والمُعاد تدويرها نهجًا مُستدامًا، حيث يُسهم في خفض التكاليف، وتقليل الأثر البيئي، ودعم ترشيد الموارد في تطبيقات الهندسة المدنية. تتناول هذه الأطروحة دراسة الأداء الميكانيكي والكهربائي للمركبات الأسمنتية المُحضّرة بنوعين من العقيق: العقيق الأصلي (G90) والعقيق المُعاد تدويره (G150). استُخدم كل نوع من العقيق كبديل جزئي للرمل الطبيعي بنسب استبدال 25%، 50%، 75%، و100% لدراسة تأثيره على خصائص المركب. علاوةً على ذلك، تم تحضير مخاليط هجينة تحتوي على كلٍ من G150 وG90 بنسب استبدال (12.5%–12.5%)، (25%–25%)، (37.5%–37.5%)، و(50%–50%) لتقييم التأثير المُجتمع للمادتين. قورن أداء هذه الخلطات بخلطة مرجعية خالية من استبدال العقيق. ولتحسين الاستجابة الكهربائية، أُضيف 0.5% من أنابيب الجرافين النانوية إلى الخلطة الهجينة بنسبة استبدال 25% لكل منهما. في المرحلة النهائية من الدراسة، تم تضمين المستشعر الأسمنتي المُصنّع من هذه الخلطة المُعززة بالجرافين في أعمدة خرسانية مُسلحة لتقييم أدائه في ظروف إنشائية واقعية. دُرست حالتا تضمين: مستشعر واحد في منتصف العمود، والاخرى بمستشعرين في ثلثي المسافة من أعلى وأسفل العمود. تُظهر النتائج أن استخدام مواد العقيق المحلية والمُعاد تدويرها، إلى جانب أنابيب الجرافين النانوية، يُحسّن الخواص الميكانيكية والسلوك الكهربائي للمركبات الأسمنتية. كما تؤكد الدراسة إمكانية استخدام هذه المواد في تطوير مستشعرات أسمنتية عملية للتطبيقات الإنشائية الحقيقية

English Abstract

Cementitious sensors are an important development in structural health monitoring because they provide a practical way to integrate sensing capabilities into construction materials. In addition, using local and recycled materials is considered a sustainable approach, as it helps reduce cost, minimize environmental impact, and support resource conservation in civil engineering applications. This thesis investigates the electrical and mechanical properties of cementitious composites prepared with two types of garnet: original garnet (G90) and recycled garnet (G150). Each garnet was used as a partial replacement for natural sand at 25%, 50%, 75%, and 100% replacement levels to assess its effect on composite properties. Moreover, hybrid mixtures containing both G150 and G90 were also prepared at replacement ratios of (12.5%–12.5%), (25%–25%), (37.5%–37.5%), and (50%–50%) to evaluate the combined influence of the two materials. The performance of these mixes was compared with a control mix without garnet replacement. To further improve the electrical response, 0.5% graphene nanotubes were incorporated into the hybrid mix with the 25%–25% replacement ratio. In the final stage of the study, the cementitious sensor formed from this graphene-enhanced mix was embedded in reinforced concrete columns to assess its performance under realistic structural conditions. Two embedding configurations were examined: one sensor at the middle of the column and another with two sensors at one-third positions from the top and bottom. The findings show that the use of locally sourced and recycled garnet materials, together with graphene nanotubes, can enhance the electrical, mechanical, and sensing properties of cementitious composites. The study also confirms the potential of these materials for developing practical cementitious sensors for real structural applications.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Civil Engineering > Structural Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Thesis Advisor:	Mohammed Alosta,
Thesis Committee Members:	Salah Al-dulaijan, Shamsad Ahmad,
Depositing User:	SAEED BUSUBUL
Date Deposited:	12 Aug 2026 12:14
Last Modified:	12 Aug 2026 12:14
URI:	https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144698