Geopolymeric and cementitious mortars for buildings: comparison at the same strength class

The work deals with the study of geopolymeric and cementitious mortars with the same mechanical strength class (R1, R2, R3 and R4 according to UNI EN 1504-3:2006) for building applications. In the first part, cementitious mortars strengthened with fibres or textiles applied to masonry panels assembled with hydrated lime- or cement-based joining mortar were compared. R2 mortar with polypropylene fibres is the best reinforcement, since it hinders the collapse under axial compression and enhances of 47% the diagonal strength of masonry panels assembled with cement-based joining mortar. In the second part, cementitious and geopolymeric mortars belonging to R1, R2, R3 and R4 strength classes were tested and compared in terms of density, workability, dynamic modulus of elasticity, adhesive strength, porosimetry and water vapour permeability. Capillary water absorption, drying and restrained shrinkage, resistance to sulphate attack, corrosion behaviour of embedded black and galvanized reinforcements in chloride-rich solution and after carbonation were also investigated. In geopolymers, drying shrinkage is higher than that of cementitious mortars, but restrained shrinkage is lower due to lower modulus of elasticity. Pore dimensions affect water vapour permeability, more pronounced in geopolymers, and capillary water absorption, much lower in fly ash ones. The high alkalinity of geopolymers delays the achievement of the passive state in particular for galvanized steels, but after one month of curing they reach the same corrosion rates of those embedded in cementitious mortars. During chlorides exposure and after carbonation, fly ash geopolymers offer the highest protection to embedded black bars. On the other hand, cementitious mortars maintain the lowest corrosion rates of galvanized steels. To permit easier practical use, the manufacture of one-part “just add water” geopolymers by substituting the alkaline activators with biomass ash was also investigated.

La tesi ha riguardato lo studio di malte geopolimeriche e cementizie a parità di classe di resistenza meccanica (R1, R2, R3 e R4 secondo la UNI EN 1504-3:2006) per applicazioni edili. Nella prima parte sono state testate malte cementizie contenenti fibre o tessuti come rinforzo di pannelli murari assemblati con malta di allettamento in calce aerea o cementizia. I rinforzi migliori sono risultate le malte di classe R2 contenenti fibre in polipropilene, poiché hanno impedito il collasso sotto compressione assiale e incrementato del 47% la resistenza diagonale dei pannelli murari assemblati con malta cementizia. Nella seconda parte, malte cementizie e geopolimeriche appartenenti alle classi R1, R2, R3 e R4 sono state confrontate in termini di densità, lavorabilità, modulo elastico dinamico, tensione di aderenza, porosità, permeabilità al vapore acqueo, assorbimento d’acqua per capillarità, ritiro igrometrico libero e contrastato, resistenza ai solfati e comportamento a corrosione di eventuali barre immerse in acciaio nero e zincato indotta da cloruri o carbonatazione. Nei geopolimeri il ritiro libero è maggiore rispetto alle malte cementizie, ma quello contrastato è minore per via del basso modulo elastico. Le dimensioni dei pori influenzano la permeabilità al vapore, maggiore nei geopolimeri, e l’assorbimento d’acqua, minore nei geopolimeri con cenere volante. L’alta alcalinità dei geopolimeri ritarda il raggiungimento dello stato passivo delle armature, soprattutto se zincate, ma dopo un mese di stagionatura si ottengono velocità di corrosione simili a quelle riscontrate nelle malte cementizie. Durante l’esposizione ai cloruri e dopo carbonatazione, i geopolimeri in cenere volante proteggono maggiormente le armature in acciaio nero; mentre le malte cementizie proteggono maggiormente gli acciai zincati. Infine, è stata studiata la possibilità di ottenere geopolimeri “one-part” aggiungendo solo acqua agli ingredienti solidi per renderne più facile l’utilizzo pratico.