Estudio sobre el uso potencial de arcillas tunecinos como material puzolnico

Las muestras de arcillas de Tnez desde diferentes ubicaciones se calcinan a 600 , 700 y 800 C . Geotcnica , qumica y fsica propiedades de ambas muestras no tratadas y se calcina se estudian . La

actividad puzolnica de las arcillas calcinadas se evala resistencia a la compresin a cabo en hidrxido de calcio arcilla - mini- cilindros calcinadas . El estudio geotcnico asociado con fue encontrado el

anlisis qumico para ser til para predecir la actividad puzolnica de las arcillas . Las arcillas ricas en caolinita se muestran para tener la mayor resistencia y por lo tanto la mejor actividad puzolnica . La

presencia de algunas arcillas minerales tales como ilita , montmorillonita y moscovita no mejora la actividad puzolnica a pesar de su relativamente alto nivel de slice, almina y hierro. 2006 Elsevier

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Ciencia aplicada a la arcilla

A. Chakchouk a, B. Samet a,, T. Mnif b

Laboratoire de Chimie Industrielle , Escuela Nacional de Ingenieros de Sfax , BP W 3038 , Sfax , Tnez b Unit de Recherche et

Environnement Matriaux Gnie Civil , Escuela Nacional de Ingenieros de Sfax , BP W 3038 , Sfax , Tnez

Palabras clave : arcilla ; La calcinacin ; puzolana ; Fuerza compresiva; Pruebas geotcnicas ; Las pruebas qumicas

1. Introduccin

El uso de arcillas calcinadas como un material puzolnico para mortero y hormign ha recibido considerable

atencin en los ltimos aos (Ambroise et al., 1992;. Sabir et al, 2001; Al Rawas et al., 2001; Shvarzman et al.,

2002). Esta inters es parte de la atencin ampliamente extendido dirigido hacia la utilizacin de residuos y

subproductos industriales con el fin de minimizar el consumo de cemento Portland, la fabricacin de los cuales

es ambientalmente perjudicial (Nkinamubanzi y Aitcin, 2000). Otra razn es que el mortero y hormign, que

contienen materiales puzolnicos exhiben mejora considerable en propiedades de durabilidad (Kostuch et al.,

1993; Bager et al., 2001). En Tnez, no hay subproductos industriales que se puede utilizar como materiales

puzolnicos, excepto la escoria granulada de alto horno, producida por una nica planta. Este subproducto se

ha considerado previamente como sustituto del cemento en el mortero (Samet y Chaabouni, 2004). Por esta

razn, la atencin en particular se debe dar a la explotacin de arcillas que son abundante en el pas y puede

presentar potencial actividad puzolnica, si se calcinan apropiadamente a temperaturas relativamente bajas

(

2. Materiales y mtodos experimentales

2.1. Materiales

Las arcillas utilizadas en este estudio se recogen de cinco diferentes sitios en Tnez: Mednine (A3), Zarmdine (Zr), Gabes (Gb) y Tabarka (Tb2 y Tb3) y Zarmdine (Zr). Las arcillas de la primera dos sitios (Mednine y Zarmdine) se utilizan en la industria del ladrillo mientras que los de estos ltimos (Tabarka y Gabs) se consideran en la mano la cermica y la industria del cemento, respectivamente. El restante muestra, denominado A1 y recogido de la regin Seliana, es una arcilla utilizado por una industria cermica local. La ubicacin de estos sitios se muestran en la Fig. 1. 2.2. Mtodos experimentales Las propiedades bsicas de ingeniera ndice incluyendo lquido lmite, lmite plstico y plasticidad ndice de las arcillas primas eran determinado de acuerdo con la norma francesa NF P 94-051. Las arcillas se presentaron tambin a calcimetra (por CaCO3 determinacin) y la prueba de metileno azul (para la superficie especfica determinacin) de conformidad con la norma NF P 18-592. La composicin qumica de las muestras se determin por Fluorescencia de rayos X (ARL 8400). Difraccin de rayos X (XRD) era llevado a cabo para determinar la composicin mineralgica de la muestras. El difractmetro de rayos X utilizado en esta investigacin es un Pro Sistema Philips X'Pert. Los ajustes del generador son 45 kV y 40 mA y la longitud de onda () es 1,5418 (Cu Ka). Se considera una velocidad de barrido de 1 2 / min a partir de 5 a 60 . El comportamiento trmico de las arcillas se llev a cabo por anlisis trmico diferencial junto con termogravimetra (ATD / TG). El aparato usado en este estudio es un SETARAM escriba 24. La velocidad de calentamiento es de 10 C / min y la referencia material es almina. Todas las muestras se molieron a ms fino que 75m. El tratamiento trmico de las arcillas se llev a cabo en un horno programable de laboratorio. Se calentaron las muestras desde temperatura ambiente hasta 600, 700 o 800 C, donde permanecen durante 5h. Luego se inactivaron por el aire a temperatura ambiente. Los materiales deshidratados posteriormente se sometieron a la mismo procedimiento de molienda y para el examen XRD. los actividad puzolnica de las mezclas de arcilla-cal puede ser calcinadas medido por varios mtodos que se pueden agrupar en pruebas qumicas y fsicas. En este estudio, slo la compresin Se consideraron los ensayos de resistencia porque dan directa y medicin fiable de la actividad puzolnica. El calcinado arcillas mezcladas con cal y agua fueron arrojados en mini cilindros moldes (20 mm de dimetro y 40 mm de altura), desmoldearon despus de 7 das y luego curadas en agua a 20 C durante 28 das (Gniewek, 1987). Los mini-cilindros se ensayaron en compresin de acuerdo con la norma EN 196-1.

3. Resultados y discusin

3.1 . estudio geotcnico

Como se mencion anteriormente , los ensayos geotcnicos eran llevado a cabo de acuerdo con las normas francesas NF P 94- 051 y NF P 18-592 . Los resultados del ensayo se muestran en la Mesa 1.

Muestra Gb muestra el ms alto contenido de CaCO3 . Ello significa que esta muestra no contiene importante cantidades de arcillas minerales, mientras que las muestras Tb2 y Tb3 no contienen ninguna calcita.

Las muestras Tb2 y Tb3 muestran los valores ms bajos de la superficie especfica ( 94 y 104m2 / g , respectivamente ) . Esto implicara que estas muestras son ricas en caolinita ( Jamoussi , 2001) asociado con otros minerales de arcilla ( Beaulieu, 1979 ) . Adems, estas dos muestras contienen una fraccin orgnica , demostrado por una disminucin importante de la superficie especfica despus del tratamiento trmico . Para el otras muestras (A1 , A3 y Zr) , las superficies son especficos relativamente alto ( 257-356m2 / g) que puede indicar el presencia de otras arcillas tales como ilita , clorita o esmectita

Tabla 1

1 Propiedades geotcnicas de arcillas primas

Las muestras Tb2 y Tb3 muestran la ms alta plasticidad ndice ( 34,8 % y 31,0 % respectivamente). esto indica la presencia de una alta proporcin de la fraccin de arcilla. De hecho , la posicin de estas arcillas en la Holtz y Diagrama Kovacs ( Holtz y Kovacs , 1981 ) , muestra que son arcillas caolinticas . Por otra parte , las muestras A1, A3 y Zr son arcillas de baja plasticidad y despus que contiene menos minerales de arcilla . Su posicin en el mismo diagrama muestra que las muestras A1 , A3 estn presentes en el dominio iltica mientras que la muestra est en el Zr campo montmorillontico (Fig. 2 ) . Gb no se represent en el diagrama , ya que es pobre en minerales de arcilla (muy rica en calcita ) .

3.2 . estudio de qumica

Composiciones qumicas de las arcillas de crudo determinaron por fluorescencia de rayos X se presentan en la Tabla 2.

Puede observarse que en todas las muestras, la cantidad de slice es relativamente alto (50,80 a 62,96%). La cantidad de almina Tambin es bastante alto (16,08 a 28,74%), excepto en la muestra Gb (Al2O3 = 7,54%). Para este ltimo, tomamos nota de su alto CaO contenido y una alta prdida por ignicin debido a la descomposicin de los carbonatos de calcio, en comparacin con el otras arcillas. Este resultado concuerda con la de calcimetra. Estndar ASTM C618 (1980), especificando la criterios actividad puzolnica de adiciones minerales, requiere de la arcilla calcinada tener una slice total almina y el contenido de xido de hierro mayor que 70%, azufre dixido de menos de 4% y la prdida por ignicin de menos de 10%. En relacin a estos criterios, Norma de la India, especifica que, para una buena puzolana, el contenido de CaO no debera superar el 10% y el contenido de SiO2 y Al2O3 total debe ser mayor que 50% (Varshney, 1982). De acuerdo con estos criterios, calcinacin de la muestras estudiadas a 800 C y luego anlisis de calor tratados- muestras por fluorescencia de rayos X se llevaron a cabo. Datos reportado en la Tabla 3 se calcularon. Indican que, excepto para la muestra Gb que no est de acuerdo con la primera Criterio de la India, todas las muestras son susceptibles de producir buenas puzolanas. Sin embargo, es importante sealar que la el anlisis qumico no se puede utilizar como un nico factor de la prediccin de la actividad puzolnica de las arcillas pero slo como una gua para la reactividad potencial.

3.3. Estudio de difraccin de rayos X

Patrones de XRD de las muestras estudiadas se muestran en la Fig. 3. Los resultados obtenidos tambin se presentan en la Tabla 4. Los resultados indican la presencia de caolinita, illita, montmorillonita en las muestras. Tales minerales de arcilla son capaces de producir por calentamiento puzolanas (Ayub et al., 1988). Adems, algunos no arcilla Tambin se observan los minerales, como el cuarzo y calcita. Estos resultados de DRX, que se resumen en la Tabla 4, indican que muestra Gb, que se compone esencialmente de cuarzo y calcita no puede presentar ninguna puzolnico actividad, mientras que las muestras Tb2 y Tb3 muy rico en caolinita, parece ser materiales puzolnicos potenciales. Para las muestras A1, A3 y Zr, que se componen de una mezcla de minerales de arcilla y minerales no arcillosos, es difcil de predecir su capacidad puzolnica en el base de los resultados de la radiografa. Los minerales de arcilla son caolinita, ilita y montmorillonita en muestras A3 y Zr y caolinita con illita en la muestra A1. La falta de arcilla minerales son principalmente cuarzo y calcita.

Como muestra Gb tiene un ndice de plasticidad baja , un alto Contenido de CaCO3 (determinado por

calcimetra ) y porque que se compone esencialmente de cuarzo y calcita (de acuerdo con XRD) , se puede concluir que este muestra no puede presentar ninguna actividad puzolnica . Para esto razn, slo las muestras A1 , A3, Tb2 , Tb3 y Zr son retenido para la continuacin de este estudio.

3.4. Anlisis trmico diferencial (DTA)

DTA traza para la muestra Tb2, A1, A3 y Zr son se muestra en la Fig. 4. Estos datos se utilizan para determinar la intervalo ptimo de temperatura de calcinacin de la muestras estudiadas. Cuando se calienta una muestra de arcilla, una serie de reacciones lugar y causar una serie de mineralgica y cambios cristalogrficos. En la gama baja temperatura 50 a 200 C, una reaccin endotrmica se produce debido a la eliminacin del agua unida fsicamente. Como la la temperatura aumenta, se produce una reaccin endotrmica debido a la eliminacin de agua y red cristalina deshidroxilacin de la estructura de la arcilla y la formacin de casi amorfa material que es reactivo con cal (puzolnico). Por encima de 850 C, se producen reacciones exotrmicas como resultado de la reorganizacin estructural de la amorfo materiales y la formacin de una nueva alta temperatura silicatos y xidos. Por otro lado es importante observar que cada arcilla tiene una calcinacin ptima temperatura que produce una alta actividad puzolnica. Esta temperatura est justo por encima de la finalizacin de la pico deshidroxilacin y por debajo del inicio de la pico de recristalizacin (Al Rawas et al., 1998). Los resultados obtenidos (Fig. 4) muestran que, en la muestra Tb2, se produce la reaccin endotrmica deshidroxilacin entre 430 y 620 C (pico a 520 C). A 970 C una exotrmica fenmeno relativo a la reorganizacin estructural fue detectado. Para las muestras A1, A3 y Zr, que son mezclas de illita, montmorillonita y caolinita, deshidroxilacin se produce como para minerales de arcilla entre 350 y 565 C (alrededor de 500 C). Adems, en muestras A1 y A3 la reaccin de descarbonatacin de la calcita (660 a 780 C) y la dolomita (630-840 C) fueron detectado. La reorganizacin estructural es dbil alrededor 930 C.

CaO residual , producido por la descarbonatacin de la calcita y dolomita en muestras A1 y A3 , respectivamente , podr influir en la reactividad de la correspondiente calcinado arcillas. Estos datos nos permiten elegir una gama de calcinacin temperaturas entre 600 y 800 C , lo que asegura una deshidroxilacin completa y evita la reorganizacin estructural.

3.5 . efecto de calcinacin

Todas las muestras se calientan a tres temperaturas de 600, 700 y 800 C . Los patrones de difraccin de rayos X de un tratamiento trmico y sin tratar arcilla Tb2 se muestran en la Fig . 5 . Fig. 5 muestra que los picos correspondientes a caolinita, inicialmente presente en la arcilla en bruto , desaparecen en todos los patrones de muestras calentadas. La presencia de una cpula de entre 20 y 30 confirma la transformacin de la caolinita a una fase amorfa . Adems, en las muestras calcinadas , observamos la aparicin de un pequeo pico a 2 = 9,5 (d = 10 ) en relacin con ilita que era no se ve afectado por el tratamiento trmico. Este pico es demasiado pequeos para ser detectados en la muestra en bruto.

Table 4

XRD results

La persistencia del pico en relacin con illita fue sealado por varios autores (Wild et al., 1996, Wild, 1996) en el estudio de la uso de suelo de ladrillos de arcilla de residuos como sustituto del cemento material. De hecho, Wild et al. (1997) reportaron que de rayos X anlisis de la arcilla dispar entre 600 y 800 C mostr fase de arcilla sustancial (illita) que an permanecen. Tambin, He et al. (1995) indicaron que ptima temperatura de calcinacin de illita es 930 C. Como los difractogramas de las muestras calcinadas son similar en 600, 700 y 800 C, se puede concluir que la temperatura de 600 C es suficiente para producir el deshidroxilacin de caolinita. El comportamiento trmico de la muestra Tb3 es anloga a la de Tb2. En el caso de las muestras A1, A3 y Zr, la comparacin entre los patrones de XRD de no tratada y muestras calentadas tambin muestra la desaparicin de los picos correspondientes a caolinita en las muestras tratadas y el surgimiento de la cpula a 20-30 en relacin con el estado amorfo. Una vez ms, el pico en relacin con illita permanece intacta incluso despus de la calcinacin a 800 C, mientras que los picos relativos a cambio de montmorillonita 14 o 15 a aproximadamente 10 (Gniewek, 1987). En adicin, tomamos nota de la persistencia de los picos correspondientes a la muscovita en la muestra tratada con calor A1. Para resumir la situacin, la calcinacin de Tb2 y Tb3 muestras a 600, 700 o 800 C transforma el caolinita a una fase amorfa potencialmente reactivos con cal, mientras que la illita, que est presente en una muy baja fraccin, permanece intacta incluso despus de calentar a 800 C. En Muestras A1, A3 y Zr, que son mezclas de arcilla minerales, solamente caolinita se transforma en una amorfa fase, mientras que ilita y montmorillonita no se activan por tratamiento trmico.

3.6 . Evaluacin eficaz de la actividad puzolnica Como se mencion anteriormente , la evaluacin de la

puzolnica la actividad se estim midiendo la compresin fuerza de tubos de ensayo de arcilla calcinada - cal mezclas. En este estudio, dos relaciones de arcillas calcinadas (CC) a hidrxido de calcio ( CH ) se utilizaron ( 1 y 3 con una relacin de agua a slido igual a 0,75 ) . Las resistencias a la compresin obtenidos se presentan en Tabla 5 y en las Figs. 6 y los datos muestran que el 7.These resistencia a la compresin aumenta al aumentar la relacin de CC / CH independientemente de la temperatura . El excedente de CH en muestras con CC / CH = 1 es responsable del disminucin de Rc a 28 das . Como era de esperar por geotcnico y fsico- qumica estudios , las siguientes observaciones se pueden notar :

la ms alta resistencia a la compresin y por lo tanto la mejor actividad puzolnica se obtienen para

muestras Tb2 y Tb3 ya que contienen grandes cantidad de caolinita. Adems, como Tb3 es ms rico

en caolinita y contiene menos de cuarzo (qumico anlisis) que Tb2, muestra una compresin mayor

fuerza.

- Las muestras A1, A3 y Zr muestran relativamente baja resistencia a la compresin debido a su alto

contenido en minerales no arcillosos tales como calcita y cuarzo. En Adems, el tratamiento trmico

lleva a cabo a menos de 800 C transforma la fraccin caolintica a una fase amorfa pero mantiene el iltica y la arcillas montmorillontico en formas cristalinas que son incapaces de reaccionar con la cal

(Gniewek, 1987). los calcinacin de estas muestras por encima de 800 C no es, econmicamente interesante. - Muestra A1 presenta la compresin ms baja la fuerza, ya que tambin contiene

moscovita que permanece en una forma cristalina, incluso despus de la calcinacin a 800 C. - La variacin de la resistencia a la compresin con la calcinacin temperatura muestra que la temperatura

ptima es 800 C durante Tb2 y 700 C durante Tb3. - En el caso de las muestras A1 y A3, la reactividad aumenta ligeramente con la temperatura de calcinacin. Esta aumento de la actividad es,

por una parte, debido a la desordenando a la estructura de la arcilla, y por el otro parte, a la presencia

de cal calcitic (CaO), que es el resultado de calcita y dolomita descarbonatacin durante el proceso

de calcinacin (Hago et al., 1995) respectivamente en las muestras A1 y A3.

Estos resultados nos permiten seleccionar Tb3 para su posterior investigaciones. La temperatura de

calcinacin de 700 C es elegido como ptimo de acuerdo a la trama se muestra en las Figs. 6 y 7. Estas parcelas indican un aumento en actividad entre 600 y 700 C debido a la disordering de la estructura de arcilla y una disminucin por encima de 700 C debido a un principio recristalizacin.

4.conclusion

Seis arcillas locales estn recogidas y analizadas para estudiar su uso potencial como un material puzolnico. Se demostr ese: - Pruebas Geotcnica y fsico-qumicas son tiles para predecir la actividad puzolnica de varias muestras de arcillas tunecinas.

La difraccin de rayos X es una herramienta importante para identificar los minerales. La presencia de minerales de arcilla, tales como caoln, da una indicacin de su capacidad para producir buen puzolana al calentarse.

DTA es extremadamente til para predecir los calcinacin intervalo de temperatura.

- La actividad puzolnica de las arcillas calcinadas evaluada por ensayos de resistencia a compresin aplicada en mini-cilindros confirma que las muestras que son ricos en caolinita presentar la mejor actividad puzolnica, mientras que las muestras que contiene ilita y montmorillonita y un alto contenido de minerales no arcillosos tales como cuarzo y calcita presentan un puzolnico dbil actividad.

- La muestra de ubicacin Tabarka (Tb3), que es rica en caolinita, es seleccionado para una mayor investigacin. Esta muestra se calcin a diferentes temperaturas revel que su mayor actividad puzolnica es obtenido a 700

- C. Agradecimientos

- Los autores agradecen al Sr. Arezki Tagnit- Hamou de la Universidad de Sherbrooke (Canad) y La seora Agnes Smith de ENSCI-Limoges (Francia) por emprender el DRX y ATD / TG pruebas respectivamente. Debo dar las gracias al Sr. Moncef Chaabouni del Laboratoire de Chimie Industrielle-Sfax (Tnez) para su ayuda.