Strength and Microstructure Assessment of Partially Replaced Ordinary Portland Cement and Calcium Sulfoaluminate Cement with Pozzolans and Spent Coffee Grounds
Soorya Pushpan,
Javier Ziga-Carbarín,
Loth I. Rodríguez-Barboza,
K. C. Sanal,
Jorge L. Acevedo-Dávila,
Magdalena Balonis,
Lauren Y. Gómez-Zamorano
Affiliations
Soorya Pushpan
Programa Doctoral en Ingeniería de Materiales, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Universidad Autónoma de Nuevo León, Ave. Universidad s/n, Ciudad Universitaria, San Nicolás de los Garza 66455, Nuevo León, Mexico
Javier Ziga-Carbarín
Programa Doctoral en Ingeniería de Materiales, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Universidad Autónoma de Nuevo León, Ave. Universidad s/n, Ciudad Universitaria, San Nicolás de los Garza 66455, Nuevo León, Mexico
Loth I. Rodríguez-Barboza
Programa Doctoral en Ingeniería de Materiales, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Universidad Autónoma de Nuevo León, Ave. Universidad s/n, Ciudad Universitaria, San Nicolás de los Garza 66455, Nuevo León, Mexico
K. C. Sanal
Programa Doctoral en Ingeniería de Materiales, Facultad Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Nuevo León, Ave. Universidad s/n, Ciudad Universitaria, San Nicolás de los Garza 66455, Nuevo León, Mexico
Jorge L. Acevedo-Dávila
Centro de Investigación en Geociencias Aplicadas, Universidad Autónoma de Coahuila, Nueva Rosita 26830, Coahuila de Zaragoza, Mexico
Magdalena Balonis
Department of Materials Science and Engineering, University of California Los Angeles (UCLA), 410 Westwood Plaza, 2121K Engineering V, Los Angeles, CA 90095, USA
Lauren Y. Gómez-Zamorano
Programa Doctoral en Ingeniería de Materiales, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Universidad Autónoma de Nuevo León, Ave. Universidad s/n, Ciudad Universitaria, San Nicolás de los Garza 66455, Nuevo León, Mexico
Supplementary cementitious materials are considered a viable and affordable way to reduce CO2 emissions from the cement industry’s perspective since they can partially or nearly entirely replace ordinary Portland cement (OPC). This study compared the impact of adding spent coffee grounds (SCGs), fly ash (FA), and volcanic ash (VA) to two types of cement: OPC and calcium sulfoaluminate cement (CSA). Cement samples were characterized using compressive strength measurements (up to 210 days of curing), scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS), X-ray diffraction (XRD), attenuated total reflection infrared spectroscopy, and hydration temperature measurements. In all the studied systems, the presence of SCGs reduced compressive strength and delayed the hydration process. CSA composite cement containing 3.5% SCGs, 30% FA, and 30% VA showed compressive strength values of 20.4 MPa and 20.3 MPa, respectively, meeting the minimum requirement for non-structural applications. Additionally, the results indicate a formation of cementitious gel, calcium silicate hydrate (C-S-H) in the OPC-based composite cements, and calcium alumino-silicate hydrate (C-A-S-H) as well as ettringite in the CSA-based composite cements.