Date of Award
11-2023
Document Type
Thesis
Degree Name
Master of Science in Chemical Engineering (MSChE)
Department
Chemical and Petroleum Engineering
First Advisor
Prof. Basim Abu-Jdayil
Second Advisor
Prof. Tamer El Maaddawy
Abstract
In recent years, polymer mortar (PM) has played a crucial role in the modern construction industry. It is gaining recognition as an effective and quick repair material in construction applications because it has several benefits over traditional Portland cement concrete. Various types of polymer binders, such as unsaturated polyester resin (UPR), have been used in these materials owing to their low cost, excellent strength, high workability, and rapid curing. This study investigates the feasibility of reutilizing locally available waste in the production of UPR-based polymer mortar, which facilitates the development of mortars with less environmental impact. In this study, the effects of various materials on the performance of an unsaturated polyester resin mortar (UPRM) made with dune sand (DS) as a fine aggregate were investigated. This study was initiated by investigating the impact of the DS content on the performance of the UPR-based polymer mortar. The DS content varied from 0% to 70 wt.%. To address the brittleness of UPR-based polymer mortars, crumb rubber (CR), which is derived from recycled tires, was introduced as a partial replacement for DS. The aim was to enhance the ductility of the developed mortar by incorporating crumb rubber. (CR) as a replacement for the DS (3, 5, 7, and 10 wt. % in 60/40 DS/UPR mortar formulation). Simultaneously, this study assessed the potential of date pits (DP), an agricultural waste product, as an alternative to DS (3, 5, 7, and 10 wt. % in 60/40 DS/UPR). DP exhibits promising potential as a viable substitute for mortar components, providing the advantage of improving their characteristics by exploiting their unique apparent and mechanical characteristics. Physical, mechanical, thermal, and durability tests were conducted to evaluate the suitability of the materials for desired applications. In addition, TGA, FTIR, XRD, DSC, and SEM analyses were conducted to confirm and explain the obtained results. The density of the developed UPRM decreased due to the incorporation of CR and DP replacements, resulting in a lightweight mortar (1475–1800 kg/m³)CR substitution resulted in a more substantial reduction in mechanical strength, while DP replacement exhibited a more positive effect, demonstrating a moderate improvement in compressive strength, splitting tensile strength and flexural strength. The incorporation of CR significantly improved the ductility index of the developed mortar by 28.6 %, whereas the replacement with DP increased the ductility index by 20.4 %. The use of CR and DP resulted in a decrease in thermal conductivity, thereby improving their insulation abilities. CR replacement resulted in higher resistance to abrasion and improved durability by resisting wear and tears. The findings of this study provide evidence supporting the utilization of crumb rubber (CR) and date pits (DP) in polymer mortars and highlight their potential value as aggregate alternatives for certain applications.
Arabic Abstract
تطوير ملاط البوليستر غير المشبع باستخدام المخلفات الصناعية
في السنوات الأخيرة، لعب ملاط البوليمر (PM) دورًا حاسمًا في صناعة البناء الحديثة. إنه معترف به بشكل متزايد كمادة فعّالة وسريعة في تصليح التطبيقات البنائية بسبب فوائه العديدة على الخرسانة التقليدية المصنوعة من الأسمنت البورتلاندي. تم استخدام مجموعة متنوعة من مواد الربط البوليمرية، مثل البوليستر غير المشبع (UPR)، في هذه المواد بسبب تكلفتها المنخفضة، وقوتها الممتازة، وسرعة تصلبها. تهدف هذه الدراسة إلى استكشاف إمكانية إعادة استخدام مخلفات محلية متاحة في إنتاج ملاط البوليمر القائم على البوليستر غير المشبع (UPR)، مما يساهم في تطوير ملاط يحمل تأثيرًا بيئيًا أقل. تمت هذه الدراسة باستقصاء تأثير مجموعة متنوعة من المواد على أداء ملاط البوليسترين الغير مشبع (UPRM) المصنوع من رمل الكثبان (DS) كمواد خام دقيقة. بدأت هذه الدراسة بفحص تأثير محتوى DS على أداء ملاط البوليمر القائم على UPR، حيث تراوح محتوى DS من 0% إلى 70 %. ومن أجل التعامل مع هشاشة ملاط البوليمر القائم على UPR، تمت إضافة مادة فتات المطاط (CR)، المستمدة من الإطارات المعاد تدويرها، كبديل جزئي لـDS. الهدف من ذلك هو تعزيز مرونة الملاط المطور من خلال إدخال مادة المطاط الممزقة كبديل لـ DS (بنسب مختلفة تتراوح بين 3% و 10% في تركيبة ملاط DS/UPR بنسبة 40/60). في الوقت نفسه، قامت هذه الدراسة بتقييم إمكانية استخدام نواة التمر (DP)، وهي مادة نفايات زراعية، كبديل لـ DS (بنسب تتراوح بين 3% و10 % في تركيبة ملاط DS/UPR بنسبة 60/40). إذ تظهر DP إمكانية واعدة كبديل ممكن لمكونات الملاط، مستفيدة من مزايا تحسين خصائصها عبر استغلال خصائصها المميزة ظاهريا وميكانيكيا.ً وقد أظهرت الاختبارات الفيزيائية والميكانيكية والحرارية والاستدامة أن هذه المواد مناسبة لتطبيقاتها المرغوبة. بالإضافة إلى ذلك، أجريت تحاليل TGA و FTIRو XRD و DSCو SEMلتأكيد وشرح النتائج المحصلة. أدى استخدام CR و DP وإلى انخفاض كثافة UPRM المطورة، مما أسفر عن الحصول على ملاط خفيف الوزن بين 1475 و1800 𝑘𝑔/m3. إذ كان لاستبدال CR تأثير أكبر على انخفاض القوة الميكانيكية، بينما أظهر استبدال DP تأثيرًا إيجابيًا أكبر، حيث سجل تحسينًا معتدلًا في القوة الانضغاطية وقوة الشد الانشقاقية وقوة الانثناء. وأدى استخدام CR إلى تحسين كبير في ليونة الملاط المطور بنسبة 41.7%، بينما زاد استبدال DP من ليونته بنسبة 33.22 %. وقد أدى استخدام CR و DP إلى انخفاض في التوصيل الحراري، مما ساهم في تحسين قدراتها كعازل حراري. وأسفر استبدال CR عن مقاومة أعلى للاهتراء وتحسين في الاستدامة من خلال مقاومته للتآكل والتلف. تقدم نتائج هذه الدراسة دليلا يدعم استخدام مادة المطاط الممزقة ونواة التمر (DP) في الملاطات البوليمرية، وتسلط الضوء على قيمتها المحتملة كبدائل للركام في تطبيقات معينة.
Recommended Citation
Alahmed, Fatema Ahmed, "DEVELOPMENT OF UNSATURATED POLYESTER RESIN MORTAR UTILIZING INDUSTRIAL WASTES" (2023). Theses. 1281.
https://scholarworks.uaeu.ac.ae/all_theses/1281
