Date of Award

6-2022

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Civil Engineering (MSCE)

Department

Civil and Environmental Engineering

First Advisor

Dr. Hilal El-Hassan

Second Advisor

Prof. Tamer El Maaddawy

Third Advisor

Dr. Bilal El-Ariss

Abstract

The alkali-activation of aluminosilicate materials produces a geopolymer binder that promises to be a sustainable replacement to cement in concrete. Yet, such concrete has experienced brittle behavior and poor resistance to cracking. As a means of improving its performance, this research assesses the feasibility of utilizing glass fibers in slag-fly ash blended geopolymer concrete for structural applications. A blend of slag and fly ash served as the binding material. Two types of glass fibers were used individually or as a hybrid combination. Type A and B glass fibers had similar properties but different lengths of 24 and 43 mm, respectively. The workability of geopolymer concrete was evaluated through slump, compaction factor, and vebe time. Its mechanical properties were characterized by compressive and splitting tensile strength, modulus of elasticity, flexural performance, and shear performance. The durability properties were assessed using water absorption, sorptivity, abrasion resistance, and ultrasonic pulse velocity. Glass fiber-reinforced geopolymer concrete beams were cast and tested to examine their shear behavior. Results highlighted the ability of glass fibers to improve the mechanical and durability properties of geopolymer concrete while maintaining acceptable workability. A hybrid combination of glass fibers of 1%, by volume, provided superior results. Analytical models were established to predict the mechanical and durability characteristics of glass fiber-reinforced geopolymer concrete. The addition of glass fibers to geopolymer concrete beams played a similar role to that of steel stirrups. The inclusion of a hybrid combination of glass fibers was more effective in improving the shear strength than the use of a single type of glass fibers at the same volume fraction. A new refined analytical model was proposed to predict the shear capacity of geopolymer concrete beams reinforced with glass fibers.

Arabic Abstract

ينتج عن التنشيط القلوي لمواد سيليكات الألمنيوم مادة الجيوبوليمر التي تعد بديلاً مستدامًا للأسمنت في الخرسانة. ومع ذلك، فقد عانت هذه الخرسانة من سلوك هش وضعف مقاومة التشقق. كوسيلة لتحسين أدائها، يقيم هذا البحث جدوى استخدام الألياف الزجاجية في الخرسانة الجيوبوليمرية المخلوطة برماد الخبث المتطاير للتطبيقات الهيكلية. تم استخدام مزيج من الخبث والرماد المتطاير بمثابة مادة الربط. تم استخدام نوعين من الألياف الزجاجية بشكل فردي أو كمزيج هجين. كان للألياف الزجاجية من النوع A و B أطوال مختلفة من 24 و 43 ملم، على التوالي. تم تقييم قابلية العمل للخرسانة الجيوبوليمرية من خلال الركود وعامل الضغط ووقت vebe. تتميز خواصها الميكانيكية بمقاومة الانضغاط والانقسام، ومعامل المرونة، وأداء الانحناء، وأداء القص. تم تقييم خصائص المتانة باستخدام امتصاص الماء، الامتصاصية، مقاومة التآكل، وسرعة النبض بالموجات فوق الصوتية. تم صب واختبار عوارض الخرسانة الجيوبوليمرية المقواة بالألياف الزجاجية لفحص سلوك القص. أبرزت النتائج قدرة الألياف الزجاجية على تحسين الخصائص الميكانيكية والمتانة للخرسانة الجيوبوليمرية مع الحفاظ على قابلية التشغيل المقبولة. قدم مزيج هجين من الألياف الزجاجية بنسبة 1 ٪، من حيث الحجم، نتائج فائقة. تم إنشاء نماذج تحليلية للتنبؤ بالخصائص الميكانيكية والمتانة للخرسانة الجيوبوليمرية المدعمة بالألياف الزجاجية. لعبت إضافة الألياف الزجاجية إلى الكمرات الخرسانية الجيوبوليمرية دوراً مشابهًا لدور الركائب الفولاذية. كان تضمين مزيج هجين من الألياف الزجاجية أكثر فاعلية في تحسين مقاومة القص من استخدام نوع واحد من الألياف الزجاجية بنفس الكسر الحجمي. تم اقتراح نموذج تحليلي مكرر جديد للتنبؤ بقدرة القص لعوارض الخرسانة الجيوبوليمرية المقواة بالألياف الزجاجية.

Download
COinS