An experimental study on blastfurnace slag activated with quicklime and magnesia

Cement industry is the third largest producer of CO2 being responsible of 5-7% of the world emissions. Many alternative and complementary hydraulic binders have been studied and introduced in the norms: ground-granulated-blastfurnace-slag (GGBFS), silica fume, fly ashes, artificial and natural pozzolanas. In particular BFS-clinker cements have shown tha highest potential of environmental impact reduction because they uses in high quantities a byproduct of metallurgy that otherwise would have to be disposed as industrial waste. In the norm EN206 the use of BFS is proposed together with clinker because the latent hydraulic properties of BFS need the presence of an alkaline activator, as clinker, to manifest. The purpose of totally eliminating the use of clinker has lead to the study of other activators as sodium hydroxide and sodium metasylicate but quite recently CaO and MgO, relatively cheap and widely present on the market, have been taken into consideration. The present work focuses on the use of quicklime, magnesia, clinker and their mix to activate BFS in mortar samples. The effects of the nature of the activator have been observed on chemical composition of the hydrated paste, porosity, setting time, hydration heat, delayed deformation, strength and stffness. In general the achieved compressive strength is between 20 and 30 MPa after 90 days of curing and the fact that the presence of additive MgO can compromise the integrity of the cement paste and the strength has been observed.

L'industria del cemento è responsabile del 5-7% delle emissioni artificiali di CO2 risultando il terzo settore industriale più impattante. Diversi leganti idraulici alternativi o complemen- tari al clinker sono stati studiati e il loro uso è già previsto dalle normative: loppa granulata d'altoforno, fumo di silice, ceneri volanti, pozzolane artificiali e naturali. In particolare i ce- menti misti clinker-loppa d'altoforno promettono le più alte riduzioni di impatto ambientale perché utilizzano in grande quantità un sottoprodotto della siderurgia che altrimenti dovrebbe essere smaltito come rifiuto industriale. Nella normativa EN 206 l'uso della loppa d'altoforno è previsto in miscela con il clinker in quanto le proprietà idrauliche della loppa sono latenti, cioè per manifestarsi necessitano della presenza di un attivatore alcalino, ruolo rivestito dal clinker. In ottica di totale eliminazione del clinker attivatori come idrossido di sodio e metasilicato di sodio sono stati studiati ma l'interesse è anche caduto su calce e magnesia, prodotti relativamente economici e ampiamente disponibili sul mercato. Il presente lavoro ha testato l'utilizzo di calce in purezza e non, di magnesia, di clinker e di loro miscele come attivatori su provini di malta. Sono stati osservati gli effetti della natura dell'attivatore su lavorabilità, resistenza, rigidezza, porosità, velocità di presa, calore di idratazione, deformazioni da ritiro ed espansione, composizione chimica della pasta idratata. Nel complesso si sono ottenute resistenze a compressione comprese tra 20 e 30 Mpa a 90 giorni di stagionatura e si è verificato che l'uso di MgO può compromettere l'integrità della pasta e la resistenza meccanica.