Evaluación de la interacción en el uso conjunto de un material arcilloso activado térmicamente, caliza y sulfato sobre la cinética de hidratación y desempeño mecánico del cemento

Abstract

En este trabajo se estudia el efecto de incorporar de forma conjunta: clinker (CK), una proporción de arcilla calcinada y caliza (AC), y sulfato (SO3) en el desempeño de cementos, siguiendo un diseño factorial 23. Se utilizaron dos arcillas de bajo grado denominadas A y B, siendo la caolinita el mineral representativo de estas. A y B fueron caracterizadas en su estado natural y después de calcinarlas para identificar la condición de máxima reactividad. Los resultados de calorimetría isotérmica mostraron que el Clinker afecta la liberación de energía (Flujo de energía y energía acumulada) y la AC y el SO3 impactaron la cinética (tiempos), la AC reduce el periodo de inducción e incrementa la reacción asociada a la depleción de sulfato. Con respecto a las resistencias a la compresión se evidencio que el clinker fue el factor más importante para el desarrollo de resistencias mecánicas a edades tempranas y su efecto fue constante durante la hidratación; la AC no tuvo mucho peso a 1 y 3 días, pero se volvió significativa conforme avanzo la hidratación, llegando a ser comparable en magnitud al clinker. El contenido de sulfato tuvo un impacto menor comparado con los otros factores y solo fue relevante a edades tempranas (1 y 3 días). Por su parte los análisis termo gravimétricos sobre pastas de cemento mostraron que la inclusión de AC incremento el contenido de agua ligada (mayor cantidad de productos de hidratación) dentro de los cuales se resalta la aparición de carboaluminatos (mono y/o hemi); adicional se evidencio un menor contenido de hidróxido de calcio en especial en los cementos con mayor cantidad de AC. Adicionalmente se realizaron pruebas de absorción capilar sobre los cementos, los resultados evidenciaron una red de poros más fina en los cementos que incluyen AC. En conclusión, los factores clinker y AC son los más significativos en la formulación de un cemento, garantizando por supuesto una condición de sulfatación adecuada. Las mejoras en el desempeño son proporcionales al contenido de arcilla calcinada en este (AC=2/1 mejor que AC=1/2).

Abstract: Clinker (CK), calcined clay to limestone ratio (AC) and sulfate content (SO3) were studied to understand their influence in cement performance. Two low grade clays were studied (Called A and B). Both clays contained kaolinite mineral and were characterized before and after calcination. Best temperature of calcination was found per clay. Isothermal calorimetry measurements showed that clinker affected energy liberation. On the other had AC and SO3 influenced kinetics of hydration, AC reduced the induction period and increased the reaction associated to sulfate depletion. Compressive strength analysis following the factorial design methodology indicated that clinker was the most important factor at early age and its effect was constant throughout hydration, AC was not significant at 1 and 3 days, this factor took relevance as hydration proceeded, getting similar effects as clinker beyond 28 days. On the other hand, SO3 (%) generated a minimum effect at early age in the range evaluated. Thermogravimetric measurements of cement pastes indicated that AC improved the bound water content (More hydration products) among which carboaluminates phases are highlighted; AC also caused a low content in calcium hydroxide. Additionally, measurements of water absorption through capillarity were carried out. The results indicated that cements including AC developed a finer porous structure. In conclusion clinker and AC factor are the most significant in a cement formulation, takinginto account an adequate SO3 content. The performance improvement is proportional to calcined clay content in the mixture, for instance AC=2/1 is better than ..