Behavior of limestone filler cement mortars exposed to magnesium sulfate attack

Comportement des mortiers à base de fillers calcaires dans une solution de sulfate de magnésium

¹ Faculté des sciences et de technologie, Université de MASCARA, Mascara 29000, Algérie
² Laboratoire Lab-Mat ENSET, Département de génie civil, Oran, Algérie
³ Laboratoire LMDC, INSA /UPS de Toulouse : 135, Avenue de Rangueil - Toulouse, France
⁴ Laboratoire LMST/UST, Faculté d’Architecture et de Génie Civil, Med Boudiaf d’Oran, Algérie
⁵ Faculté des sciences, Laboratoire de chimie des polymères, Université d’Oran Es-Sénia, Algérie

Abstract

In the cement production industry, looking for a less expensive binder using industrial waste and natural resources has become a major concern for the deficit level in the manufacture of Portland cement. However, despite the technical, economic and environmental benefits brought by the use of blended cements, they are associated with disadvantages. The objective of this paper is to study the effects of the incorporation of limestone fillers on the mechanical properties and durability of mortars prepared in different combinations based on this admixture material. The durability was evaluated after immersing the specimens in a 5% solution of magnesium sulfate for periods up to 360 days, and the penetration of chloride ions. The test results demonstrated that mortar and paste samples incorporating higher replacement levels of limestone filler were more susceptible to sulfate attack. According to microstructural analysis, such as DRX, the deterioration was significantly associated with formation of thaumasite, gypsum, and the brucite in the deteriorated parts of the specimens.

Résumé

Dans l’industrie cimentaire, la recherche d’un liant moins coûteux en utilisant des déchets industriels et des ressources naturelles est devenue une préoccupation majeure pour palier au déficit dans la fabrication du ciment Portland. Cependant, malgré les avantages techniques, économiques et écologiques rapportés par l’utilisation des ciments composés, ces derniers restent associés à des inconvénients. L’objectif de notre travail consiste en l’étude des effets de l’incorporation des fillers calcaires, sur les propriétés mécaniques et la durabilité des mortiers élaborés selon différentes combinaisons à base de cet ajout. La durabilité a été évaluée après immersion des échantillons dans une solution de 5% de sulfate de magnésium pour des périodes allant jusqu'à 360 jours, ainsi que la pénétration des ions Chlores. Les résultats des tests ont montré que les échantillons de mortier et pâte incorporant des teneurs plus élevés de remplacement de filler calcaire sont plus sensibles aux attaques des sulfates. Selon les analyses microstructurales, tel que la DRX, la détérioration a été fortement associée à la thaumasite, au gypse, et à la formation de la brucite dans la partie dégradéedu matériau.