Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Sep 2023)
Carbonation of alkali-activated and hybrid mortars manufactured from slag: Confocal Raman microscopy study and impact on wear performance
Abstract
This work aims to contribute to reducing environmental damage caused by the manufacturing of Portland cements (PC), through in-depth exploration into the durability of two mortars manufactured from blast furnace slag: an alkaline-activated one (AAS) and a hybrid cement (HS) with less than 20% clinker. The carbonation resistance of these eco-friendly mortars is compared to that of a mortar based on Portland IV cement. From a mineralogical point of view, DTA-TG and confocal Raman microscopy (CRM) tests have been carried out, along with measurement of pH changes, compression strength and total porosity. Böhme tests have been performed to evaluate changes due to carbonation in the wear behavior of the mortars under study. Using the CRM technique, it has been possible to establish a relationship between the carbonation of the systems with the unbound carbon content, as well as identify the different polymorphic phases of CaCO3 formed. The results obtained reveal that alternative AAS and HS mortars are more difficult to carbonate than Portland cement mortars, and that the effect of this process on the porosity depends on the nature of the hydroxides previously present in the pore solution. The carbonation of the surfaces also improves the abrasive wear resistance of the mortars under study. Resumen: Este trabajo pretende contribuir a la reducción de los daños medioambientales causados por la fabricación de cementos Portland (CP), mediante la profundización en la durabilidad de dos morteros fabricados a partir de escorias de alto horno: uno activado alcalinamente (AAS) y uno híbrido (HS) con menos del 20% de clínker. La resistencia a la carbonatación de estos morteros ecológicos se compara con la de un mortero a base de cemento Portland tipo IV. Desde el punto de vista mineralógico, se han realizado ensayos de DTA-TG y de microscopía confocal Raman (CRM), junto con la medición de los cambios de pH, la resistencia a la compresión y la porosidad total. Se han realizado ensayos Böhme para evaluar los cambios debidos a la carbonatación en el comportamiento a desgaste de los morteros estudiados. Mediante la técnica CRM se ha podido establecer una relación entre la carbonatación de los sistemas con el contenido de carbono no ligado, así como identificar las diferentes fases polimórficas de CaCO3 formadas. Los resultados obtenidos revelan que los morteros alternativos (AAS y HS) son más difíciles de carbonatar que el mortero de cemento Portland, y que el efecto de este proceso sobre la porosidad depende de la naturaleza de los hidróxidos previamente presentes en la solución de los poros. La carbonatación de las superficies también mejora la resistencia al desgaste abrasivo de los morteros estudiados.
