Date of Award

4-2021

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Civil Engineering (MSCE)

Department

Civil Engineering

First Advisor

Dr. Hilal El-Hassan

Second Advisor

Tamer El Maaddawy

Abstract

Industrial by-products and recycled concrete aggregates (RCA) have the potential to fully replace cement and natural aggregates, respectively, in the production of concrete rather than being discarded wastefully into landfills or stockpiles. Yet, their combined use in the development of a novel RCA geopolymer concrete has been limited to nonstructural purposes, owing to the inferior mechanical and durability properties of said concrete. To improve the properties of geopolymer concrete made with RCA, steel fibers may be added to the mix. This research aims to study the feasibility of reutilizing locally available industrial solid wastes and RCA in geopolymer concrete for structural applications. A combination of ground granulated blast furnace slag and fly ash were used to form a blended precursor binding material. The mechanical properties of steel fiber-reinforced geopolymer concrete made with RCA were studied through testing for compressive strength, splitting tensile strength, flexural properties, and modulus of elasticity. In turn, the durability performance was assessed using water absorption, sorptivity, bulk resistivity, and abrasion resistance. Experimental test results highlight the ability to fully replace natural aggregates with RCA in blended geopolymer concrete incorporating 2% steel fibers, by volume. Compared to the control mix made with no RCA and steel fibers, such concrete provided superior mechanical and comparable durability performance. Additionally, new tensile softening relationships were established from the experimental test data and using inverse finite element analysis. Three-dimensional finite element (FE) models were developed to simulate and predict the shear behavior of steel fiber-reinforced RCA geopolymer concrete beams. Based on regression analysis of FE results, a simplified empirical equation that accounts for the compressive strength of concrete and steel fiber volume fraction was established to predict the nominal shear resistance of steel fiber-reinforced geopolymer concrete beams.

Comments

المنتجات الثانوية الصناعية ومجموعات الخرسانة المعاد تدويرها ( RCA ) لديها القدرة على استبدال الأسمنت والركام الطبيعي بالكامل ، على التوالي ، في إنتاج الخرسانة بدلاً من التخلص منها في مكبات النفايات أو المخزونات. ومع ذلك ، فإن استخدامها المشترك في تطوير الخرسانة الجيوبوليمرية RCA الجديدة اقتصر على الأغراض غير الهيكلية ، بسبب الخصائص الميكانيكية والمتانة الرديئة للخرسانة المذكورة. لتحسين خصائص الخرسانة الجيوبوليمرية المصنوعة من RCA، يمكن إضافة ألياف فولاذية إلى المزيج. يهدف هذا البحث إلى دراسة جدوى إعادة استخدام النفايات الصلبة الصناعية المتوفرة محليًا و RCA في الخرسانة الجيوبوليمرية للتطبيقات الإنشائية. تم استخدام مزيج من خبث الفرن العالي الحبيبي والرماد المتطاير لتشكيل مادة ربط سلائف مخلوطة. تمت دراسة الخواص الميكانيكية للخرسانة الجيوبوليمرية المقواة بألياف الصلب المصنوعة من RCA من خلال اختبار مقاومة الانضغاط وقوة الشد ا لانشقاقي وخصائص الانحناء ومعامل المرونة. في المقابل ، تم تقييم أداء المتانة باستخدام امتصاص الماء والامتصاصية والمقاومة السائبة ومقاومة التآكل. تسلط نتائج الاختبارات التجريبية الضوء على القدرة على استبدال الركام الطبيعي بالكامل بـ RCA في الخرسانة الجيوبوليمرية المخلوطة التي تحتوي على ألياف فولاذية بنسبة 2٪ ، من حيث الحجم. بالمقارنة مع مزيج التحكم المصنوع من عدم وجود ألياف RCA وألياف فولاذية ، فإن هذه الخرسانة توفر أداءً ميكانيكيًا متفوقًا ومتانة مماثلة. بالإضافة إلى ذلك ، تم إنشاء علاقات تليين الشد الجديدة و القوانين التأسيسية للضغط والانفعال من بيانات الاختبار التجريبية وباستخدام تحليل العناصر المحدودة المعكوسة. تم تطوير نماذج العناصر المحدودة ثلاثية الأبعاد لمحاكاة سلوك القص للخرسانة الجيوبوليمرية RCA المقواة بألياف الصلب. بناءً على تحليل الانحدار لنتائج FE ، تم إنشاء معادلة تجريبية مبسطة تمثل قوة الضغط لكسر حجم ألياف الخرسانة والصلب للتنبؤ بمقاومة القص الاسمية لعوارض الخرسانة الجيوسيلية المسلحة بألياف الصلب.

Download
COinS