Análisis de la mineralogía y del desempeño en cementos híbridos de sulfoaluminato de calcio y Pórtland

Abstract

Las mezclas de cemento base sulfoaluminato de calcio (CSA) y cemento Pórtland ordinario (OPC) han sido utilizadas para producir aglutinantes con propiedades específicas. Sin embargo, la composición del cemento CSA y finura, entre otras características varían y pueden afectar las propiedades del cemento híbrido OPC-CSA. Por lo tanto, esta investigación estudia las propiedades mecánicas, la durabilidad y el proceso de hidratación de las mezclas de cementos OPC-CSA (75 %-25 %/25 %-75 %/0-100 %) usando un cemento CSA (CSA1) y dos mezclas de 86.5 % de dos clínkeres CSA y 13.5 % de anhidrita (CSA2 y CSA3). El OPC también fue estudiado como referencia. Se realizaron ensayos de resistencia a compresión y flexión en morteros (0.25, 1, 3, 7, and 28 días) y se evaluó la durabilidad mediante el ensayo de expansión por sulfatos. Ensayos de succión capilar también fueron realizados. La hidratación fue estudiada en pastas usando calorimetría isotérmica de conducción, difracción de rayos X y análisis térmico. Se obtuvieron imágenes de la microestructura mediante microscopía electrónica de barrido para las muestras que presentaron expansión considerable luego del ataque por sulfatos. Asimismo se analizó la modificación del porcentaje de anhidrita en los cementos CSA2-25 y CSA3-25. Los resultados mostraron que la composición del cemento CSA tiene una gran influencia en las propiedades mecánicas a edades tempranas y en la hidratación. Por ejemplo, la resistencia a la compresión y el calor de hidratación resaltan la influencia del tipo de cemento CSA en las propiedades de las mezclas OPC-CSA. Más allá de la cantidad de yelemita, los experimentos complementarios con adición de anhidrita en CSA2 y CSA3 señalan la gran influencia que tiene la relación yelemita/anhidrita en las propiedades del cemento híbrido OPC-CSA. Asimismo se encontró que los cementos con 25 % de CSA no tienen buena resistencia al ataque por sulfatos, presentando rotura desde la semana 6.

Abstract: Calcium sulfoaluminate cement (CSA) and Ordinary Pórtland cement (OPC) blends are used to produce binders with specific properties. However, calcium sulfoaluminate cements composition, finesse, etc. vary and could affect the OPC-CSA cement blend properties. Therefore, the current research studies the mechanical properties and hydration of OPC-CSA (75%-25%/25%-75%/0-100%) cement blends using one CSA cement (CSA1) and two blends of 86.5% of CSA clinkers and 13.5% of anhydrite (CSA2 and CSA3). OPC was also studied as reference. Compressive and flexion strength (0.25, 1, 3, 7, and 28 days) were determined on mortars, durability was also studied by sulfate expansion test and the capillary suction test. Hydration was studied on paste using isothermal calorimetry, X-ray diffraction and thermal analysis. Microstructure images were obtained by scanning electron microscopy for the samples that showed considerable expansion after the attack by sulfates. Another part of the investigation analyses the modification of the anhydrite percentage for CSA2 and CSA3 cements. Results show that CSA binder composition can have a large influence in the early hardening and hydration. For example, mortars compressive strength and hydration heat highlight the CSA binder influence on the blend properties. Beyond the quantity of ye’elimite, complementary experiments with addition of anhydrite in CSA2 and CSA3 point out the major influence of the ye’elimite/anhydrite ratio on the properties of OPC and CSA blends. It was also found that cements with 25 % CSA do not have good resistance to attack by sulfates, presenting rupture from week 6.