Sustainable magnesium phosphate micromortars formulated with PAVAL® alumina by-product as micro-aggregate

• Published in: Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (1983) 2023-11, Vol.62 (6), p.543-557
• Main Authors: Huete-Hernández, Sergio, Maldonado-Alameda, Alex, Alfocea-Roig, Anna, Giro-Paloma, Jessica, Chimenos, Josep Maria, Formosa, Joan
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Cemento de fosfato de magnesio; Composites; Magnesium phosphate cement; Materiales compuestos; Mechanical properties; Microestructura; Microstructure; Propiedades mecánicas; Valorisation; Valorización
• ISSN: 0366-3175
• DOI: 10.1016/j.bsecv.2023.02.001

Magnesium phosphate cement (MPC) is an attractive alternative to Portland cement (PC) since it can also be obtained using by-products and wastes as raw materials. This research uses low-grade MgO (LG-MgO) as a magnesium source to obtain MPC, reducing CO2 emissions related to MPC production. The obtained binder can be referred to as “sustainable MPC” (sust-MPC). Moreover, this investigation incorporates a by-product obtained in the aluminium recycling process, named PAVAL® (PV). The addition of PV (5, 17.5, and 35wt.%) and water to solid (W/S) ratio (0.23, 0.25, 0.28, and 0.31) were studied in terms of mechanical and fresh properties, leaching behaviour, and microstructure to evaluate the degree of PV inclusion in the K-struvite matrix. The addition of PV into sust-MPC improves the mechanical behaviour of the micromortars, indicating a good inclusion of PV. The mechanical and fresh behaviour of the formulations, and BSEM-EDS analysis revealed the potential chemical interaction between Al and K-struvite matrix. The addition of 17.5wt.% of PV with a W/S of 0.25 showed the best mechanical performance (∼40MPa of compressive strength at 28 days of curing). The amount of PV should be lower than 17.5wt.% to classify it as non-hazardous material at the end-of-life. El cemento de fosfato de magnesio (MPC) puede obtenerse empleando residuos y subproductos como materias primas, siendo una alternativa atractiva al cemento Portland (PC). Este estudio desarrolla un cemento de fosfato (MPC), mediante un subproducto de MgO (LG-MgO), que permite reducir las emisiones de CO2 y llamarlo «MPC sostenible» (sust-MPC). Además, incorporamos un subproducto obtenido del proceso de reciclaje del aluminio, PAVAL® (PV). Para evaluar el grado de inclusión del PV en la matriz de K-estruvita, se han estudiado propiedades en estado fresco, mecánicas, el potencial de lixiviación, y la microestructura de formulaciones con PV (5, 17,5 y 35% en masa) y relación agua sólido (W/S) (0,23, 0,25, 0,28 y 0,31). La adición de PV mejora el comportamiento mecánico de los micromorteros de sust-MPC, indicando buena inclusión del PV. El análisis BSEM-EDS, el comportamiento en fresco y mecánico de las formulaciones revela una potencial interacción entre el Al y la K-estruvita. La adición de 17,5% de PV con W/S de 0,25 presentó las mejores propiedades mecánicas (∼40 MPa de resistencia a compresión a 28 días de curado). Para clasificarlo como no peligroso al final de su vida útil, la adición de PV debe ser m