اسم الباحث : هدى محمد حسن
اسم المشرف : ا.م .ليث محمد رضا محمود + ا .م. د.محمد عبد الرزاق عبد الرضا
الكلمات المفتاحية :
الكلية : كلية الهندسة
الاختصاص : هندسة البنى التحتية
سنة نشر البحث : 2024
تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث
الخلاصة
يستخدم الحقين الأسمنتي على نطاق واسع لإعادة التأهيل الهيكلي للمكونات الخرسانية ، والخنادق ، وهبوط المناجم ، ومفاصل السدود ، وترميم مباني البناء ، والاستقرار الجيولوجي. لأن الطلب على صناعة الأسمنت ومواده يزداد كل عام ، مما يؤدي إلى انبعاث غاز ثاني أكسيد الكربون وزيادة استهلاك الطاقة ، من ناحية أخرى ، يزداد إنتاج مياه الشرب في محطة معالجة المياه بسبب زيادة عدد السكان؛ مما يؤدي بدوره إلى إنتاج النفايات وتدار هذه النفايات بشكل أساسي في مكب النفايات ، ونتيجة لذلك ، تستمر الجهود المبذولة لاستخدام المواد الإسمنتية التكميلية لتعزيز الخصائص الميكانيكية والاقتصادية والبيئية لمركبات الأسمنت. هذه الدراسة هي مثال فريد من نوعه يطور CDWTS المكلسن ليحل محل الأسمنت جزئيًا في إنتاج الحقين الاسمنتي.
بعد التحسين لكل من درجة حرارة الكلسنة والنعومة حيث تم اعتماد الدرجات (700 درجة مئوية و 500 ميكرومتر) لكل من درجة حرارة الكلسنة ودرجة النعومة على التوالي. تم تمييز الخصائص الكيميائية والفيزيائية (Strenght Activity Index(SAI) ، X-Ray Florence (XRF) ، الوزن النوعي ، وحجم الجسيمات) لرماد CDWTS. تم استبدال رماد CDWTS بنسب (0٪ ، 5٪ ، 10٪ ، 15٪) من وزن الأسمنت. ومع ذلك ، لتحديد تأثير CDWTS بشكل فردي على خصائص الحقين ، يجب أن تظل كمية الماء والملدنات الفائقة ثابتة. تم إجراء العمل التجريبي في المختبر لتقدير الخصائص الجديدة بما في ذلك (وقت التماسك ، ووقت الانسياب ، والهطول المصغر) ، والخصائص المتصلبة بما في ذلك (مقاومة الانضغاط ، مقاومة الانحناء ، سرعة الذبذبات فوق الصوتية ، الكثافة المتصلبة ، الفحص المجهري الإلكتروني. – الأشعة السينية الوصفية للطاقة (SEM -EDAX) لحقين الأسمنت المنتج. أوضحت النتائج أن الحقين الأسمنتي الذي يحتوي على 5٪ من CDWTS بديلاً عن الأسمنت كان له أفضل سلوك ويعتبر الأنسب للاستخدام . إلى جانب ذلك ، مع استبدال بنسبة 10٪ و 15٪ ، لوحظ أن الخواص الميكانيكية قد تقلصت بزيادة النسب المئوية ، لكنها تظل أعلى من المرجع. وفقًا لتحليل الحالة الجديد ، انخفضت قابلية تشغيل الحقين الأسمنت بشكل كبير مع زيادة نسبة CDWTS. هذا يدل على أن CDWTS يمكن اعتباره بديلاً قابلاً للتطبيق للأسمنت البورتلاندي في المونة. كانت النتائج الميكانيكية متسقة ومدعومة بتحليل SEM-EDX.
تم إجراء التحليل الإحصائي أيضًا باستخدام الإصدار 26 من برنامج SPSS للتنبؤ بالخصائص المتصلبة (مقاومة الانضغاط ، مقاومة الانحناء ، و UPV) باستخدام الانحدار الخطي المتعدد (MLR). تم اعتبار نسب الخلط وعمر المعالجة كمتغيرات إدخال لنمذجة MLR ، باستخدام طريقة الإدخال القياسية. تم تقييم أداء نماذج الانحدار هذه باستخدام معامل الارتباط المتعدد (R) ، ومضاعف R2 ، ومعدل R2 المعدل ، وإحصاء F ، والمستوى p ، والخطأ المعياري لتقدير إحصائيات ملاءمة . تم حساب معاملات الانحدار لكل نموذج MLR باستخدام جميع المنهجيات. أظهرت نتائج النمذجة التي تم تحليلها أن نماذج MLR المستخدمة في هذه الدراسة فعالة في التنبؤ بسرعة الذبذبات فوق الصوتية ومقاومة الانحناء بدقة قياسية، حيث لم يتم تقدير مقاومة الانضغاط بكفاءة. بناءً على نتائج أطروحة العمل ، يمكن اعتبار CDWTS بديلاً قابلاً للتطبيق للإسمنت في إنتاج الحقين، مع استبدال يصل إلى 15٪.
Characterizing Sustainable Grout for Infrastructure Units
Abstract
Cement grout is widely used for the structural rehabilitation of concrete components, trenches, mine subsidence, dam joints, restoration of masonry buildings, and geological stabilizations. Cement production and materials usage continue to rise annually, resulting in more CO2 emissions and higher energy costs. On the other hand, drinking water production increases in the water treatment plant due to the increasing population, causing, in turn, the production of waste materials, mainly managed to landfill. Consequently, efforts to utilize supplementary cementitious materials to enhance cement compounds’ mechanical, economic, and environmental characteristics continue. This study is a unique example of partially replacing cement by calcined drinking water treatment sludge (CDWTS) in the grout production.
The calcination temperature and the fineness were optimised, and the optimum values of 700°c and (25 µm) were ultimately chosen. The chemical and physical properties (Strength activity index (SAI), X-Ray Florence (XRF), specific gravity, and particle size) of the calcined DWTS ash were characterized. CDWTS ash was substituted for 0%, 5%, 10%, and 15% of the cement’s weight. Besides, to determine the effect of CDWTS individually on the characteristics of the grout, the amount of water and superplasticizer were kept constant. The experimental work was done in the laboratory to estimate the fresh properties, including (setting time, flow-time, and mini-slump), and hardened properties, including (compressive strength, flexural strength, ultrasonic pulse velocity, and dry density supported with Scanning Electron Microscopy – Energy descriptive X-ray (SEM -EDAX) of the cement grout was produced to investigate its characteristics.
The result showed that the cement grouts with 5% DWTS substituted for cement could be found to have the best overall behaviour and were considered the most promising. Furthermore, it was shown that hardened properties decrease with increasing percentages of replacement (10% and 15%) but stay greater than a reference. According to the fresh state analysis, the workability of cement grout decreased dramatically as the proportion of DWTS increased. This shows that the DWTS can be considered a viable replacement for Portland cement in the grout. The mechanical performance was consistent and supported by the SEM-EDX analysis.
The statistical analysis was also performed utilizing the SPSS program version 26 to predict the hardened properties (compressive strength, flexural strength, and UPV) utilizing Multiple Linear Regression (MLR). For MLR modelling, the mixture proportion and the curing age were input parameters by the standard entry approach. The models’ performance was assessed using measures such as the correlation coefficient (R) and coefficient of determination (R2). The modelling results pointed out that the models used in this study effectively predicted flexural strength and ultrasonic pulse velocity with reasonable accuracy, where the compressive strength has a lower estimation. Based on the outcome of thesis-work, the CDWTS could be considered a viable replacement to cement in grout production, with up to 15% replacement.