T29212
انگلیسی
Introducing an eco-friendly Ultra-High Performance Concrete containing Sungun copper mine tailing
Dissertation
Ammar Oudah Badr
Civil Engineering
1402
139p.
cd
Ph.D.
Structure
1402/06/28
There is escalating demand for ultra-high-performance concrete (UHPC) in the construction industry due to its ultra-high strength and durability requirements. Conversely, mounting apprehensions about UHPC's negative environmental impact due to higher Portland cement content restrict its widespread application in construction. Notably, the construction of environmentally sustainable structures, often referred as green buildings, has gained paramount significance within the framework of sustainable development principles.This experimental investigation study the partial replacement of Portland cement with Sungun copper mine tailings (SCMT) to produce eco-friendly UHPC. Presently, industrial waste, including mine tailings, poses a severe threat to environmental health, given its elevated content of heavy metals, sulfide minerals, and chemicals, which adversely impact groundwater, surface water, and air quality. On the other side, the cement production process consumes substantial amounts of energy, contributing to greenhouse gas emissions like CO2, thereby exacerbating environmental concerns. Nevertheless, this predicament can be mitigated by harnessing industrial waste as supplementary cementitious material (SCMs) by substituting cement with SCMT at levels ranging from 5% to 30% to produce a sustainable UHPC.The research included the study of workability, volume change properties, and mechanical properties of eco-friendly UHPC. Furthermore, this study includes a durability properties study such as sulfate attack resistance testing at a 5% Na2SO4 concentration. The study also assesses the mass loss and compressive strength of UHPC after exposure to an HCم acid solution. Furthermore, the resistance of eco-friendly UHPC to chloride penetration is evaluated using the rapid chloride migration test (RCMT). Additionally, the water absorption, capillary water absorption, and microstructural properties of eco-friendly UHPC. In addition, the ecological performance (sustainability) of UHPC has investigated at this research, too.The empirical findings unveiled that the incorporation of SCMT into UHPC yields a slight improvement in workability. Moreover, it results in diminished autogenous shrinkage strain, where the introduction of SCMT at 10%, 20% and 20% in UHPC formulations leads to pronounced reductions in autogenous shrinkage values at the 72-hour approximately 19.1%, 42.3%, and 39.4%, respectively. Further, a reduction in dry shrinkage values becomes evident at 7 days, primarily with 10%, 20% and 20% SCMT replacements for cement, culminating in reductions of approximately 28.2%, 67.4%, and 49.4%, respectively. It is noteworthy that despite of the decline in early compressive strength at 7 days, UHPC's long-term compressive strength improves with SCMT inclusion. Remarkably, The mixtures with 15% replacement of SCMT achieved improved in mechanical properties compared with the control specimen, which referred to a slight increase of (0.74%, and 2.42% ) compressive strength, (15% and 19.1%) flexural strength, and (10.4% and 13.2 %) in tensile strength at 28 and 90 days respectively, compared to the control mixture., under standard curing.Furthermore, the study's outcomes underscore enhanced durability for UHPC with partial cement replacement by SCMT. Acid attack-induced compressive strength reduction in eco-friendly UHPC compositions is minimal at 15% SCMT replacement after 90 days of immersion in HCL acid. Additionally, the 10% SCMT-infused mixture exhibits diminished chloride ion penetration, showcasing a 17.6% improvement in comparison with the control mixture. In addition, the results of the tests demonstrated that the incorporation of SCMT in UHPC at a rate of 5%, 10%, and 15% had a beneficial impact on the resistance of UHPC to sulfate attack when exposed to a 5% Na2SO4 concentration. Furthermore, incorporating 15% CMT led to decreased UHPC water absorption compared to the reference mixture. Based on empirical findings, the study concludes that producing eco-friendly UHPC with SCMT as a partial replacement to cement augments mechanical properties and durability in aggressive environments characterized by acids, sulfates, chlorides, and similar compounds. Moreover, SCMT incorporation effectively reduces the carbon footprint, advancing clean production technology. This approach conserves natural resources, safeguards the environment, and curtails dependence on high-carbon raw materials.
تقاضای فزاینده ای برای بتن فوق توانمند (UHPC) در صنعت ساخت وساز به دلیل مقاومت ودوام فوق العاده بالا وجود دارد. برعکس، نگرانی‌های فزاینده در مورد تأثیر منفی زیست محیطی UHPC به دلیل محتوای بالای سیمان پرتلند، کاربرد گسترده آن را در ساخت وساز محدود می‌کند. قابل ذکر است که ساخت سازه های پایدار از نظر زیست محیطی، که اغلب به عنوان ساختمان های سبز شناخته می شوند، در چارچوب اصول توسعه پایدار اهمیت ویژه ای پیدا کرده اند.این تحقیق تجربی جایگزینی جزئی سیمان پرتلند با مواد باطله معدن مس سونگون (SCMT) را برای تولید UHPC دوستدار محیط زیست مورد مطالعه قرار می دهد. در حال حاضر، پسماندهای صنعتی، از جمله پسماندهای معادن، با توجه به محتوای بالای فلزات سنگین، مواد معدنی سولفیدی ومواد شیمیایی که تأثیر نامطلوبی بر آب‌های زیرزمینی، آب‌های سطحی وکیفیت هوا دارند، تهدیدی جدی برای سلامت محیط زیست محسوب می‌شوند. از طرف دیگر، فرآیند تولید سیمان مقادیر قابل توجهی انرژی مصرف می‌کند وبه انتشار گازهای گلخانه‌ای مانند CO2 کمک می‌کند ودر نتیجه نگرانی‌های زیست محیطی را تشدید می‌کند. با این وجود، این مخمصه را می توان با مهار ضایعات صنعتی به عنوان ماده سیمانی مکمل (SCMs) با جایگزینی سیمان با SCMT در سطوحی از 5% تا 30% کاهش داد تا یک UHPC پایدار تولید شود.این تحقیق شامل مطالعه کارایی، خواص تغییر حجم وخواص مکانیکی UHPC دوستدار با محیط زیست بود. علاوه بر این، این مطالعه شامل یک مطالعه خواص دوام مانند آزمایش مقاومت در برابر حمله سولفات در غلظت 5٪ Na2SO4 است. این مطالعه همچنین کاهش جرم ومقاومت فشاری UHPC را پس از قرار گرفتن در معرض محلول اسید HCl ارزیابی می کند. علاوه بر این، مقاومت UHPC دوستدار با محیط زیست در برابر نفوذ کلرید با استفاده از آزمون مهاجرت سریع کلرید (RCMT) ارزیابی می‌شود. علاوه بر این، جذب آب، جذب آب مویرگی وخواص ریزساختاری UHPC دویتدار با محیط زیست. علاوه بر این، عملکرد اکولوژیکی (پایداری) UHPC نیز در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفته است.یافته‌های تجربی نشان داد که ادغام SCMT در UHPC باعث بهبود جزئی در کارایی می‌شود. علاوه بر این، منجر به کاهش کرنش انقباض خودزا می شود که در آن معرفی SCMT در 10% و20% در فرمولاسیون UHPC منجر به کاهش قابل توجه مقادیر انقباض خودزا در 72 ساعت تقریباً 19.1%، 42.3% و 39.4% می شود. علاوه بر این، کاهش مقادیر انقباض خشک در 7 روز آشکار می شود، در درجه اول با 10٪ و20٪ جایگزینی SCMT برای سیمان، که به ترتیب به کاهش تقریباً 28.2٪، 67.4٪ و49.4٪ منجر می شود. قابل توجه است که با وجود کاهش مقاومت فشاری اولیه در 7 روز، مقاومت فشاری طولانی مدت UHPC با گنجاندن SCMT بهبود می یابد. شایان ذکر است، مخلوط‌های با جایگزینی 15 درصدی SCMT در مقایسه با نمونه شاهد از نظر خواص مکانیکی بهبود یافته‌اند، که به افزایش جزئی (0.74٪ و2.42٪) مقاومت فشاری، (15٪ و19.1٪) مقاومت خمشی اشاره دارد. (10.4٪ و13.2٪) در استحکام کششی به ترتیب در 28 و90 روز، در مقایسه با مخلوط شاهد، تحت عمل آوری استاندارد.علاوه بر این، نتایج مطالعه بر دوام افزایش یافته برای UHPC با جایگزینی جزئی سیمان توسط SCMT تاکید می کند. کاهش مقاومت فشاری ناشی از حمله اسیدی در ترکیبات سازگار با محیط زیست UHPC در 15% جایگزینی SCMT پس از 90 روز غوطه وری در اسید HCL حداقل است. علاوه بر این، مخلوط تزریق شده با SCMT 10 درصد نفوذ یون کلرید کاهش یافته را نشان می‌دهد و بهبودی 17.6 درصدی را در مقایسه با مخلوط کنترل نشان می‌دهد. علاوه بر این، نتایج آزمایش‌ها نشان داد که ادغام SCMT در UHPC به میزان 5٪، 10٪ و15٪ تأثیر مفیدی بر مقاومت UHPC در برابر حمله سولفات در هنگام قرار گرفتن در معرض غلظت 5٪ Na2SO4 دارد. علاوه بر این، ترکیب 15٪ SCMT منجر به کاهش جذب آب UHPC در مقایسه با مخلوط مرجع شد. بر اساس یافته‌های تجربی، این مطالعه نتیجه‌گیری می‌کند که تولید UHPC سازگار با محیط زیست با SCMT به عنوان جایگزینی جزئی برای سیمان، خواص مکانیکی ودوام را در محیط‌های تهاجمی که با اسیدها، سولفات‌ها، کلریدها و ترکیبات مشابه مشخص می‌شود، افزایش می‌دهد.
معرفی یک نوع بتن فوق توانمند دوستدار محیط زیست حاوی مواد باطله معدن مس سونگون
Eco-friendly Ultra-high performance concrete; Sungun copper mine tailing.
بتن فوق توانمند دوستدار محیط زیست , باطله معدن مس سنگون
Oudah Badr,
Ammar
Producer
Esmaeili,
Jamshid
Thesis advisor
Tabriz
ایران
Central Library of Tabriz University
20231011
دکتری پایاننامه TA641.O8 1402
Ammar Oudah Badr
عبادی
e
TL
276903
a
Y
