Cured alkali-activated heated clay-cellulose composites: Microstructure, effect of glass addition and performances

• Main Authors: Abdellah Mourak, Mohamed Hajjaji, Abdelhakim Alagui
• Format: Article
• Language: English
• Published: Elsevier 2021-01-01
• Series: Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio
• Subjects: Geopolímeros; Arcilla calentada; Celulosa; Activación alcalina; Microestructura; Rendimiento
• Online Access: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0366317520300054

The co-presence of geopolymers and cellulose in clay-based materials could improve their performances. Thus, cured NaOH-activated heated clay-cellulose (up to 10 mass%) composites were prepared, and their microstructural characteristics were investigated. Moreover, the effect of waste glass addition on the composites characteristics was evaluated. The results showed that zeolite (chabazite) and sodium carbonate were formed from metakaolin and by carbonation respectively, and the zeolization process slowed down after 5 days of curing because of ions immobilization. The coating of metakaolin particles by the amorphous cellulose II-Na formed reduced drastically the formation of zeolite. The presence of cellulose II-Na resulted in the porosity decrease, and consequently the mechanical strength and density enhanced. The results also showed that the kinetics of water absorption by the composites followed the pseudo-first order equation, and the rate constant was found to be 4.3 × 10−3 s−1. Moreover, the reinforcing effect of the cellulose fibbers was annihilated by the formation of glass derivatives. Resumen: La co-presencia de geopolímeros y celulosa en materiales a base de arcilla podría mejorar sus rendimientos. De este modo, se prepararon compuestos de arcilla-celulosa calentada activados con NaOH (hasta un 10% en masa) y se investigaron sus características microestructurales. Además, se evaluó el efecto de la adición de residuos de vidrio sobre las características de los composites. Los resultados mostraron que la zeolita (chabasita) y el carbonato de sodio se formaron a partir de metacaolín y por carbonación, respectivamente, y el proceso de zeolización se ralentizó después de 5 días de curado debido a la inmovilización de iones. El recubrimiento de partículas de metacaolín por la celulosa amorfa II-Na formada redujo drásticamente la formación de zeolita. La presencia de celulosa II-Na resultó en la disminución de la porosidad y, en consecuencia, la resistencia mecánica y la densidad aumentaron. Los resultados también mostraron que la cinética de la absorción de agua por los compuestos siguió la ecuación de pseudo primer orden, y se encontró que la constante de velocidad era 4,3 × 10−3 s−1. Además, el efecto de refuerzo de las fibras de celulosa fue aniquilado por la formación de derivados de vidrio.