The Effect of Partial Replacement of Cement with Alkali-Activated Electric Arc Furnace Slag on the Compressive Strength of Mortar: A Comparison between Alkaline Curing and Early Thermal Curing

فتحية  النعاس; هناء   حمد; حسناء  عبد الحميد

المؤلفون

فتحية عبد الحميد النعاس كلية الهندسة المدنية، جامعة عمر المختار، البيضاء، ليبيا
هناء فرحات محمد حمد كلية الهندسة المدنية، جامعة عمر المختار، البيضاء، ليبيا
حسناء عبد الحميد صالح عبد الحميد هندسة بيئية، الأكاديمية الليبية ، فرع الجبل الأخضر، البيضاء، ليبيا

الملخص

هدفت هذه الدراسة إلى تقييم تأثير استبدال الاسمنت جزئيا بخبث فرن القوس الكهربائي المنشط قلوياً على مقاومة الانضغاط لمونة الأسمنتية، مع دراسة أثر اختلاف نوع المعالجة على تطور المقاومة. تم تحضير عينات المونة بنسبة رمل: مادة رابطة 1:2.75، مع خمس نسب لاستبدال الأسمنت بالخبث وهي: 4، 8، 12، 16، و20%، واستخدم محلول هيدروكسيد الصوديوم كمنشط قلوي وحيد بتركيز 10 مولار، بالإضافة إلى استخدام الملدن الفائق لتحسين قابلية التشغيل. بعد صب عينات المونة في مكعبات 50×50×50 ملم، تم تطبيق طرق معالجة مختلفة: الغمر في الماء للعينة المرجعية فقط، والغمر في محلول هيدروكسيد الصوديوم بتركيز 10 مولار لمدة 28 يومًا، والمعالجة الحرارية المبكرة عقب فك القوالب مباشرة عند 65°م لمدة 24 ساعة ثم التغليف بعازل بلاستيكي لمدة 27 يومًا حتى موعد الاختبار لجميع العينات. بينت النتائج أن العينة المرجعية المعالجة بالغمر في الماء سجلت أعلى مقاومة انضغاط بين جميع العينات (41 MPa)، بينما أدت المعالجة بالغمر في محلول هيدروكسيد الصوديوم إلى انخفاض المقاومة إلى 22 MPa، وسجلت المعالجة الحرارية المبكرة أقل مقاومة (18 MPa). كما أظهرت عينات الخبث المنشط انخفاضًا ملحوظًا في المقاومة مقارنة بالعينة المرجعية، مع حدوث تحسن نسبي للمعالجة الحرارية عند بعض نسب الاستبدال، ما يشير إلى محدودية فعالية المنشط القلوي الأحادي في تنشيط الخبث ضمن نسب الاستبدال المدروسة. وأشارت المقارنة بالدراسات السابقة التي استخدمت نفس نوع الخبث مع تنشيطه باستخدام مزيج من السيليكات وهيدروكسيد الصوديوم ومعالجة عند درجة حرارة معالجة أعلى إلى أن الجمع بين مصدر السيليكا الذائبة والتسخين المكثف يعزز بنية الخبث وكثافته، مما يحقق مقاومة أعلى

المراجع

REFERENCES

Bărbulescu, A., & Hosen, K. (2025). Cement industry pollution and its impact on the environment and population health: A review. Toxics, 13(7), 587.

Adebanjo, A. U., Shafiq, N., Taiwo, O. T., Adejumo, D. F., Kumar, V., Olutoki, J. O., ... & Yaro, N. S. A. (2025). Carbon-capturing concrete: current status and future directions for development. Innovative Infrastructure Solutions, 10(12), 566.‏

Halim, K. A. (2007). Effective utilization of using natural gas injection in the production of pig iron. Materials Letters, 61(14-15), 3281-3286.‏

Schupsky, J. P., Wu, G., Guo, M., & Müller, M. (2020). Crystallisation characteristics and crystal phase quantification of a synthetic lignite gasifier slag system. Fuel processing technology, 201, 106345.‏

Huaiwei, Z., & Xin, H. (2013). An overview for the utilization of wastes from stainless steel industries. Resources, Conservation and Recycling, 65, 69–78.

Shen, D., Jiao, Y., Gao, Y., Zhu, S., & Jiang, G. (2020). Influence of ground granulated blast furnace slag on cracking potential of high-performance concrete at early age. Construction and Building Materials, 241, 117839.‏

Qi, A., Liu, X., Wang, Z., & Chen, Z. (2020). Mechanical properties of the concrete containing ferronickel slag and blast furnace slag powder. Construction and Building Materials, 231, 117120.‏

Cristelo, N., Coelho, J., Rivera, J., Garcia-Lodeiro, I., Miranda, T., & Fernandez-Jimenez, A. (2023). Application of electric arc furnace slag as an alternative precursor to blast furnace slag in alkaline cements. Journal of Sustainable Cement-Based Materials, 12(9), 1081-1093.‏

Piatak, N. M., Parsons, M. B., & Seal, R. R. (2015). Characteristics and environmental aspects of slag: A review. Applied Geochemistry, 57, 236–266.

Vance, K., Aguayo, M., Dakhane, A., Ravikumar, D., Jain, J., & Neithalath, N. (2014). Microstructural, mechanical, and durability related similarities in concretes based on OPC and alkali-activated slag binders. International Journal of Concrete Structures and Materials, 8(4), 289-299.‏

Paillard, C., Sanson, N., de Lacaillerie, J. B. D. E., Palacios, M., Boustingorry, P., Jachiet, M., ... & Kocaba, V. (2025). An experimental review of the reaction paths followed by alkali-activated slag pastes. Cement and Concrete Research, 189, 107765.‏

Wan, X., Ren, L., Lv, T., Wang, D., & Wang, B. (2025). Research on alkali-activated systems based on solid waste-derived activators: A review. Sustainability, 17(1), 254.‏

Bílek Jr, V., Hrubý, P., Iliushchenko, V., Koplík, J., Kříkala, J., Marko, M., ... & Kalina, L. (2021). Experimental study of slag changes during the very early stages of its alkaline activation. Materials, 15(1), 231.

Kassim, D. A. K. (2024). Alkali-activated electric arc furnace slag as full replacement for ordinary Portland cement.‏

Nikolić, I., Drinčić, A., Djurović, D., Karanović, L., Radmilović, V. V., & Radmilović, V. R. (2016). Kinetics of electric arc furnace slag leaching in alkaline solutions. Construction and Building Materials, 108, 1-9.‏

Ozturk, M., Bankir, M. B., Bolukbasi, O. S., & Sevim, U. K. (2019). Alkali activation of electric arc furnace slag: Mechanical properties and micro analyzes. Journal of Building Engineering, 21, 97-105.‏

Lu, T. H., Chen, Y. L., Wang, H. P., & Chang, J. E. (2022). The volume stability of alkali-activated electric arc furnace ladle slag mortar and its performance at high temperatures. Processes, 10(4), 700.

Marvila, M. T., de Azevedo, A. R. G., Júnior, J. A. T. L., & Vieira, C. M. F. (2023). Activated alkali cement based on blast furnace slag: effect of curing type and concentration of Na20. Journal of Materials Research and Technology, 23, 4551-4565.‏

Lu, T. H., Chen, Y. L., Wang, H. P., & Chang, J. E. (2022). The volume stability of alkali-activated electric arc furnace ladle slag mortar and its performance at high temperatures. Processes, 10(4), 700.‏

Kumar, S., Kumar, R., & Mehrotra, S. P. (2010). Influence of granulated blast furnace slag on the reaction, structure and properties of fly ash based geopolymer. Journal of materials science, 45(3), 607-615.‏

Shi, C., Roy, D., & Krivenko, P. (2003). Alkali-activated cements and concretes. CRC press.‏

Altan, E., & Erdoğan, S. T. (2012). Alkali activation of a slag at ambient and elevated temperatures. Cement and Concrete Composites, 34(2), 131-139.‏

Marvila, M. T., de Azevedo, A. R. G., Júnior, J. A. T. L., & Vieira, C. M. F. (2023). Activated alkali cement based on blast furnace slag: effect of curing type and concentration of Na20. Journal of Materials Research and Technology, 23, 4551-4565.‏

National Cement Company (NCC) – Egypt. (n.d.). Askary CEM I 42.5 NR details. NCC Egypt. http://www.nccegypt.com/ar/pdf/askry%20CEM%20I%2042.5%20NRdetails%20en.pdf

عبد الحميد صالح، ح. (2026). دور مونة خبث الأفران المنشطة قلويا كحل داعم للبيئة والإنشاءات في ليبيا (رسالة ماجستير غير منشورة). الأكاديمية الليبية، فرع الجبل الأخضر، ليبيا