Hydration characteristics and compressive strength of hardened cement pastes containing nano-metakaolin

Abstract

In this study the effect of inclusion of nano-metakaolin (NMK) to ordinary Portland cement (OPC) on the hydration characteristics and microstructure of hardened OPC-NMK pastes was studied. The OPC-NMK blends were prepared by the partial substitution of OPC by NMK (4, 6, 10 and 15 weight %). The fresh pastes were made using an initial water/solid (W/S) ratio of 0.27 by weight and then hydrated for various time intervals. At the end of each hydration time, the hardened blended cement pastes were tested for compressive strength, free lime content, combined water content, X-ray diffraction (XRD) analysis, differential scanning calorimetry (DSC) and scanning electron microscopy (SEM). The compressive strength results revealed that the inclusion of nano-metakaolin into OPC improved the mechanical properties of NMK-OPC pastes during almost all ages of hydration, especially with the paste containing 10 wt% NMK. The compressive strength values obtained for OPC paste blended with 4% silica fume (SF) and 6% NMK are comparable to those of the neat OPC paste. The DSC thermograms and XRD diffractograms obtained for some selected hardened pastes indicated the formation of amorphous calcium silicate hydrates, calcium sulfoaluminate hydrates, calcium aluminate hydrate and calcium hydroxide. SEM micrographs showed the formation of a dense microstructure for the hardened OPC-NMK and OPC-NMK-SF pastes as compared to the neat OPC paste after 90 days of hydration. ª 2015 Production and hosting by Elsevier B.V. on behalf of Housing and Building National Research Center. This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (http://creativecommons.org/licenses/ by-nc-nd/3.0/).

Mechanical and microstructure characteristics development of hardened oil well cement pastes incorporating fly ash and silica fume at elevated temperatures

“…The results of XRD patterns obtained for the specimens made by replacing OWC by 5 wt.% SF or FA (by mass of OWC), Mixes S1 and F1, respectively, illustrate the same diffraction patterns as those of neat OWC hardened paste (Mix A1) with similar trends after 1 and 7 days of hydrothermal hydration at100°C/0.1 MPa, although with a little decrease in the peaks' intensities district to portlandite (CH), specifically after 7 days of the hydrothermal reaction (Figures 2 and 3). This decline may be connected with the decrease in free CH amount (will be confirmed from TG/DTG data), owing to its utilization via the pozzolanic action with SF or FA [44]. Figures 4 and 5 show the XRD diffractograms of hardened OWC samples fabricated from Mixes A2, S2 and F2 after 1 and 7 days of hydrothermal curing at 150°C/0.48 MPa.…”

Efecto del residuo de mampostería en la hidratación de pastas de cemento Portland

“…Los resultados de resistencia a la compresión de las pastas endurecidas se muestran en la Fig.10. Los valores de resistencia a la compresión de las pastas aumentan continuamente hasta la edad ensayada (360 días); este comportamiento es atribuido principalmente a la formación de productos de hidratación del OPC con altas propiedades hidráulicas como el C-S-H, que actúan como centros de unión fuertes [46]. Esta tendencia también se observó en las pastas de OPC con RM.…”

“…La diferencia en la resistencia a la compresión de la mezcla PATRON en comparación con las mezclas añadidas con RM a los 28 días de curados fue 5,2% y 25,6% y de 0,95% y 16,9% a los 360 días de curado para las mezclas 20% RM y 50% RM respectivamente. Este notable aumento en los valores de resistencia a la compresión de la pasta adicionada puede atribuirse al hecho que cuando se adiciona agua a la mezcla OPC-RM, el hidróxido de calcio se libera debido a la hidratación inicial de la fracción de OPC, luego la sílice y alúmina del RM entra en solución y forman hidratos secundarios [46]. Sin embargo, la reducción de resistencia de la mezcla con 50% de RM puede atribuirse al número de fases residuales del RM que actúan como filler en esta pasta.…”

“…Para las pastas de OPC con 20% RM y 50% RM, se puede observar que la incorporación de este residuo en las primeras edades provoca un efecto dilución por lo que se observa una disminución de intensidad en los picos correspondientes a los silicatos [45]. Por otra parte, los picos correspondientes al CH disminuyen también, lo que indica el desarrollo de reacciones puzolánicas [42,46]. Este efecto se observa de manera más significativa a mayores edades, donde los picos de CH han disminuido notoriamente en comparación con la pasta PATRON.…”

Effect of Some Prepared Superplasticizers (Cyclohexanone Based) on Compressive Strength and Physico-chemical Properties of Oil Well Cement Pastes

“…The hydration stopping operation was achieved on the crushed cubic specimens after determination of the compressive strength according to the method reported (14) .…”