13rd International Symposium on Structures, Geotechnics and Construction Materials

2nd International Workshop on the production and sustainable use of cement and concrete

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Use of calcined clays and limestone (LC²) as supplementary cementitious material in special mortars.

Abstract

The production of greener cement, mortars and concretes through the use of Supplementary Cementitious Materials (SCM) has been a global effort for several decades. Current cements contain on average only about 20% SCM replacing Portland cement clinker. A recently developed alternative low-CO₂ SCM system uses optimized combinations of calcined clays and limestone (LC²) capable of replacing up to 50% of clinker or Portland cement (OPC). Either through intergrinding (LC²+clinker) or separate grinding (LC²+OPC), Limestone Calcined Clay Cement (LC³) is obtained, which maintains a performance similar to that of existing cements. This work, in the search for alternatives for a greater sustainable use of cement, studies the formulation of special mortars that use the LC² addition in a proportion of 0.5:1 (OPC: LC²), which is equivalent to using only 35% of OPC. The experimental design presents various OPC, LC², aggregate and lime proportions as input variables to obtain a physical-mechanical analysis of the behavior of the proposed mortars. The tests carried out based on the Cuban standards for mortars show that the presence of LC² has a significant impact on the reduction of water demand, the gain in resistance, the lower capillary absorption and the adhesion. With these properties, it is possible to use LC² as SCM to obtain special mortars with various features such as: mortars resistant to aggressive environments, mortars for joints and fluid mortars.

Resumen

La producción de cemento, morteros y hormigones más ecológicos mediante el uso de Materiales Cementicios Suplementarios (SCM) ha sido un esfuerzo global durante varias décadas. Los cementos actuales contienen en promedio solo alrededor del 20 % de SCM que sustituyen al clinker de cemento Portland. Un sistema SCM alternativo bajo en CO₂ desarrollado recientemente utiliza combinaciones optimizadas de arcillas calcinadas y caliza (LC²) capaz de reemplazar hasta el 50% del clínker o el cemento Portland (OPC). Ya sea mediante una intermolienda (LC²+clinker) o molienda por separado (LC²+OPC) se obtiene el Limestone Calcined Clay Cement (LC³) que mantiene un rendimiento similar al de los cementos existentes. Este trabajo, en la búsqueda de alternativas para un mayor uso sostenible del cemento, estudia la formulación de morteros especiales que emplean la adición LC² en una proporción 0,5:1 (OPC: LC²), lo que equivale a emplear apenas un 35% de OPC. El diseño de experimento presenta como variables de entrada varias proporciones OPC, LC², árido y cal para obtener un análisis físico-mecánico del comportamiento de los morteros propuestos. Los ensayos realizados a partir de las normas cubanas para morteros evidencian que la presencia del LC² tiene un impacto significativo en la disminución de la demanda de agua, la ganancia de resistencias, la menor absorción capilar y en la adherencia. Con estas propiedades, es posible el empleo del LC² como SCM para la obtención de morteros especiales con diversas prestaciones como: morteros resistentes a ambientes agresivos, morteros para juntas y morteros fluidos.