Mechanical Strength Optimization of Alkali-Activated MK/GBFS Binary Cements Through the Response Surface Methodology

The present article shows the compressive strength modeling and optimization for a non-conventional binder free of clinker, which was produced by the alkali activation of a binary mixture of metakaolin (MK) and a granulated blast furnace slag (GBFS). A GBFS/(GBFS+MK) ratio between 0,0 and 0,8; and the overall SiO2⁄Al2O3 molar ratio from 2,8 to 4,2 were considered as the main factor of this study. Sodium hydroxide and sodium silicate were used as alkali activator. The overall SiO2⁄Al2O3 molar ratio corresponds to the silica and alumina contribution from the precursor (MK+GBFS), as well as the alkali activator used. The statistical assessment through response surface methodology (MSR) showed a considerable effect between the SiO2⁄Al2O3 molar ratio, GBFS content and the compressive strength. Complementary, a microstructural characterization of the materials produced through X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) was performed. The GBFS inclusion leads to an increasing of reaction kinetic and the formation of a more compact structure. These new reaction products gives to the material a higher mechanical performance than those based on a 100% of MK. The study shows the performance prediction in materials with 7 days of curing through the adjustment of some design criteria in order to obtain a binder with a particular mechanical performance.El presente artículo muestra la modelación y optimización de la resistencia a la compresión de un conglomerante no convencional libre de cemento Portland, el cual fue producido a partir de la activación alcalina de una mezcla binaria de un metacaolín (MK) y una escoria siderúrgica de alto horno (GBFS). Como factores de estudio se consideró una relación GBFS/(GBFS/MK) entre 0,0-0,8 y una relación molar total SiO2⁄Al2O3 entre 2,8-4,2. La relación SiO2⁄Al2O3 fue ajustada a través de la contribución del precursor (MK+GBFS) y el activador alcalino. La evaluación estadística mediante la metodología de superficie de respuesta (MSR) mostró un efecto significativo entre la relación molar SiO2=Al2O3 y el contenido de GBFS sobre la resistencia a compresión. Complementariamente se desarrolló una caracterización microestructural a través de difracción de rayos X y microscopía electrónica de barrido. La incorporación de GBFS incrementó la cinética de reacción y la formación de una estructura más densa y compacta. Estos nuevos productos de reacción le otorgaron al material un mayor desempeño mecánico comparado con los constituidos con un 100% de MK