Valutazione dell’argilla ilmenitica come sostituto delle ceneri volanti nel cemento

Un articolo recentemente pubblicato su Materiale hanno presentato una valutazione della microstruttura dei rifiuti di argilla ilmenite risciacquata (R-MUD) nei compositi di cemento Portland. Lo studio ha confrontato l’effetto dell’R-MUD con quello delle ceneri volanti (FA) in composti cementizi simili.

sfondo

L’industria del cemento contribuisce per oltre il 5% al ​​totale dell’anidride carbonica generata dalle attività umane₂ emissioni. Per mitigare queste emissioni, molti rifiuti e sottoprodotti, come scorie di altoforno, ceneri volanti e fumi di silice, sono già utilizzati nella produzione di cemento. Le ceneri volanti prodotte dalla combustione del carbon fossile sono particolarmente utili per il calcestruzzo. Tuttavia, man mano che il settore edile si muove verso la sostenibilità, la domanda di ceneri volanti di alta qualità è aumentata, rendendo necessari nuovi additivi nella produzione di cemento per colmare il deficit di ceneri volanti.

L’argilla ilmenite, un sottoprodotto della produzione del biossido di titanio, può essere tranquillamente valutata negli impianti come R-MUD. Presenta un’attività pozzolanica simile o addirittura superiore alle ceneri volanti ed è utile come additivo nei composti del cemento. Tuttavia, nonostante il contenuto di biossido di silicio reattivo relativamente basso rispetto alle ceneri volanti, il comportamento dell’R-MUD non è stato completamente spiegato negli studi precedenti. Pertanto, questo studio ha valutato microscopicamente l’attività pozzolanica di R-MUD rispetto alle ceneri volanti nella matrice cementizia.

Metodi

La base di malta standard è stata modificata sostituendo il 10,8% in peso di cemento con R-MUD o ​​FA. Due campioni di impasto liquido di ciascuna composizione sono stati formati e studiati dopo periodi di indurimento di 7, 14, 28, 90, 180 e 360 ​​giorni. L’analisi di diffrazione dei raggi X (XRD) è stata eseguita su campioni macinati con una dimensione delle particelle inferiore a 0,063 mm per determinare la composizione di fase del liquame, i cambiamenti semiquantitativi nel tempo e i cambiamenti nella fase amorfa.

Le proprietà termiche dei campioni di polvere sono state analizzate mediante analisi termica differenziale (DTA) per determinare con precisione i cambiamenti nelle quantità dei costituenti, in particolare portlandite e calcite, durante la lavorazione. R³ Sono stati eseguiti test sull’acqua legata per dimostrare l’attività pozzolanica di R-MUD e confrontarla con FA. L’analisi dell’attività dei materiali cementizi supplementari (SCM) prevede la preparazione della loro pasta utilizzando idrossido di calcio, acqua e altri ingredienti.

È stata eseguita la porosimetria di infiltrazione di mercurio (MIP) per analizzare le variazioni della distribuzione dei pori nella matrice cementizia contenente R-MUD e FA durante la polimerizzazione. I parametri studiati includevano porosità totale, intervallo di dimensioni dei pori, dimensione e diametro medi dei pori e dimensione e diametro medi dei pori.

La morfologia superficiale della malta con R-MUD e FA è stata esaminata mediante microscopio elettronico a scansione (SEM) dopo 360 giorni di stagionatura. Ciò ha aiutato a identificare le differenze nella microstruttura di entrambe le malte analizzando la fase di silicato idrato di calcio (CSH).

Risultati e discussione

I ricercatori hanno confrontato la reattività pozzolanica della malta R-MUD con quella della malta FA analizzando i risultati dei test. I dati XRD hanno rivelato che l’R-MUD ha un contenuto inferiore di biossido di silicio e ossido di alluminio rispetto alle ceneri volanti. Tuttavia, R-MUD ha mostrato una reattività più elevata, probabilmente a causa del suo maggiore contenuto di biossido di silicio colloidale.

I termogrammi dell’impasto liquido FA polimerizzato per 360 giorni erano simili a quelli dell’impasto liquido R-MUD, ma la composizione della fase CSH differiva. Il liquame di FA ha mostrato una maggiore perdita di massa associata alla portlandite, indicando che l’interazione tra FA e portlandite era più debole rispetto a R-MUD. Inoltre, R³ I test sull’acqua legata hanno dimostrato che FA contiene più acqua legata rispetto a R-MUD, il che influisce sulla sua potenziale attività.

Il test MIP ha evidenziato differenze nell’efficienza di sigillatura microstrutturale delle malte R-MUD e FA. Sebbene il tipo di conversione della dimensione dei pori fosse simile in entrambi, era più lenta nei campioni FA. Inizialmente il processo di chiusura microstrutturale era lo stesso per entrambe le tipologie di malte, ma per la FA ha poi subito un rallentamento fino quasi ad arrestarsi dopo 360 giorni di stagionatura.

Le immagini SEM hanno analizzato la microstruttura delle malte R-MUD e FA stagionate per 360 giorni, rivelando le proprietà di tenuta della fase CSH e le diverse zone di transizione tra la malta, l’aggregato, le ceneri volanti e i componenti R-MUD. Entrambe le malte hanno mostrato una chiusura simile, ma nella malta R-MUD dominavano le aree chiuse, mentre per la malta FA era vero il contrario.

Conclusione

Nel complesso, l’R-MUD ha dimostrato di essere una valida alternativa all’FA nei compositi cementizi. Lo studio ha dimostrato che R-MUD è un materiale pozzolanico reattivo che ha proprietà simili o migliori dell’FA come materiale cementizio supplementare. Questa attività pozzolanica di R-MUD influenza positivamente la distribuzione dimensionale dei pori e la microstruttura della matrice cementizia.

Tuttavia, il meccanismo alla base dell’attività dell’R-MUD differisce da quello dell’FA a causa del suo minor contenuto di biossido di silicio. L’elevata reattività dell’R-MUD può probabilmente essere attribuita alla forma colloidale del biossido di silicio in esso contenuto. Sono necessarie ulteriori indagini per comprendere i meccanismi alla base dell’elevata attività pozzolanica di R-MUD e il suo potenziale come alternativa alle ceneri volanti di alta qualità.

Riferimento al giornale

Chelinsky, F. (2024). Valutazione microscopica dell’attività pozzolanica dei rifiuti di argilla ilmenite rispetto alle ceneri volanti nei composti cementizi. Materiale, 17(11), 2483. https://doi.org/10.3390/ma17112483, https://www.mdpi.com/1996-1944/17/11/2483

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