Evaluarea argilei ilmenitice ca substitut al cenușii zburătoare din ciment

Un articol publicat recent în Material a prezentat o evaluare a microstructurii deșeurilor de argilă ilmenită clătită (R-MUD) în compozitele de ciment Portland. Studiul a comparat efectul R-MUD cu cel al cenușii zburătoare (FA) în compuși similari de ciment.

fundal

Industria cimentului contribuie cu peste 5% din totalul dioxidului de carbon generat de activitățile umane₂ emisii. Pentru a atenua aceste emisii, multe deșeuri și produse secundare, cum ar fi zgura de furnal, cenușa zburătoare și fumul de silice, sunt deja utilizate în producția de ciment. Cenușa zburătoare produsă de arderea cărbunelui este deosebit de utilă pentru beton. Cu toate acestea, pe măsură ce industria construcțiilor se îndreaptă către durabilitate, cererea de cenușă zburătoare de înaltă calitate a crescut, necesitând noi aditivi în producția de ciment pentru a aborda deficitul de cenușă zburătoare.

Argila ilmenită, un produs secundar al producției de dioxid de titan, poate fi prețată în siguranță în plante ca R-MUD. Prezintă activitate puzolanică similară sau chiar superioară cenușii zburătoare și este utilă ca aditiv în compușii de ciment. Cu toate acestea, în ciuda conținutului său relativ scăzut de dioxid de siliciu reactiv în comparație cu cenușa zburătoare, comportamentul R-MUD nu a fost pe deplin explicat în studiile anterioare. Prin urmare, acest studiu a evaluat microscopic activitatea puzolanică a R-MUD în comparație cu cenușa zburătoare din matricea de ciment.

Metode

Baza de mortar standard a fost modificată prin înlocuirea a 10,8% în greutate de ciment fie cu R-MUD, fie cu FA. Două probe de suspensie din fiecare compoziție au fost formate și studiate după perioade de întărire de 7, 14, 28, 90, 180 și 360 de zile. Analiza prin difracție cu raze X (XRD) a fost efectuată pe probe de pământ cu o dimensiune a particulei mai mică de 0,063 mm pentru a determina compoziția de fază a suspensiei, modificările semicantitative în timp și modificările fazei amorfe.

Proprietățile termice ale probelor de pulbere au fost analizate prin analiză termică diferențială (DTA) pentru a determina cu exactitate modificările cantităților constituente, în special portlandit și calcit, în timpul procesării. R³ Testarea apei legate a fost efectuată pentru a dovedi activitatea puzolanică a R-MUD și pentru a o compara cu FA. Analiza activității materialelor cimentare suplimentare (SCM) implică prepararea pastei acestora folosind hidroxid de calciu, apă și alte ingrediente.

Porosimetria cu infiltrare cu mercur (MIP) a fost efectuată pentru a analiza variațiile distribuției porilor în matricea de ciment care conține R-MUD și FA în timpul întăririi. Parametrii studiați au inclus porozitatea totală, intervalul de mărime a porilor, dimensiunea și diametrul mediu al porilor și dimensiunea și diametrul mediu al porilor.

Morfologia de suprafață a mortarului cu R-MUD și FA a fost examinată folosind un microscop electronic cu scanare (SEM) după 360 de zile de întărire. Acest lucru a ajutat la identificarea diferențelor de microstructură a ambelor mortare prin analiza fazei de silicat de calciu hidrat (CSH).

Rezultate și discuții

Cercetătorii au comparat reactivitatea puzolanică a mortarului R-MUD cu mortarul FA analizând rezultatele testelor. Datele XRD au arătat că R-MUD are un conținut mai mic de dioxid de siliciu și oxid de aluminiu în comparație cu cenușa zburătoare. Cu toate acestea, R-MUD a arătat o reactivitate mai mare, probabil datorită conținutului său mai mare de dioxid de siliciu coloidal.

Termogramele suspensiei FA întărite timp de 360 ​​de zile au fost similare cu cele ale suspensiei R-MUD, dar compoziția fazei CSH a fost diferită. Suspensia FA a arătat o pierdere de masă mai mare asociată cu portlandit, ceea ce indică faptul că interacțiunea dintre FA și portlandit a fost mai slabă în comparație cu R-MUD. Mai mult, R³ Testarea cu apă legată a arătat că FA conține mai multă apă legată decât R-MUD, ceea ce îi afectează activitatea potențială.

Testul MIP a evidențiat diferențe în eficiența de etanșare microstructurală a mortarelor R-MUD și FA. În timp ce tipul de conversie a dimensiunii porilor a fost similar în ambele, a fost mai lentă în probele FA. Inițial, procesul de închidere microstructurală a fost același pentru ambele tipuri de mortar, dar pentru FA, în cele din urmă a încetinit și aproape s-a oprit după 360 de zile de întărire.

Imaginile SEM au analizat microstructura mortarelor R-MUD și FA întărite timp de 360 ​​de zile, dezvăluind proprietățile de etanșare ale fazei CSH și diferite zone de tranziție dintre chitul, agregatul, cenușa zburătoare și componentele R-MUD. Ambele mortare au prezentat o închidere similară, dar în mortarul R-MUD au dominat zonele închise, în timp ce opusul a fost valabil pentru mortarul FA.

Concluzie

În general, R-MUD s-a dovedit a fi o alternativă valoroasă la FA în compozitele de ciment. Studiul a arătat că R-MUD este un material puzolanic reactiv care are proprietăți similare sau mai bune decât FA ca material cimentant suplimentar. Această activitate puzolanică a R-MUD afectează pozitiv distribuția dimensiunii porilor și microstructura matricei de ciment.

Cu toate acestea, mecanismul din spatele activității R-MUD diferă de cel al FA datorită conținutului său mai scăzut de dioxid de siliciu. Reactivitatea ridicată a R-MUD poate fi probabil atribuită formei coloidale a dioxidului de siliciu pe care o conține. Sunt necesare investigații suplimentare pentru a înțelege mecanismele din spatele activității puzolanice ridicate a R-MUD și potențialul său ca alternativă la cenușa zburătoare de înaltă calitate.

Referința jurnalului

Chelinsky, F. (2024). Evaluarea microscopică a activității puzolanice a deșeurilor de argilă ilmenită în comparație cu cenușa zburătoare din compușii de ciment. Material, 17(11), 2483. https://doi.org/10.3390/ma17112483, https://www.mdpi.com/1996-1944/17/11/2483

Disclaimer: Opiniile exprimate aici sunt cele ale autorului exprimate în calitate personală și nu reprezintă neapărat punctele de vedere ale AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, proprietarul și operatorul acestui site web. Această declinare a răspunderii face parte din termenii și condițiile de utilizare a acestui site web.