Impact of carbonation on chemical and mineralogical properties of stabilized and solidified matrices

Sarra El Bedoui, François Duhaime, Jean-Sébastien Dubé

In the proceedings of: GeoEdmonton 2018: 71st Canadian Geotechnical Conference; 13th joint with IAH-CNC

Session: Geoenvironmental Engineering I

ABSTRACT: The purpose of this study is to determine the impact of carbonation, the reaction of atmospheric CO2 with the cementitious matrix, on the chemical and mineralogical properties of stabilized and solidified (S/S) matrices. The evolution of carbonation with time was followed using thermogravimetric analyses (TGA). X-ray powder diffraction (XRD) allowed the mineral phases of S/S matrices to be identified before and after carbonation. The results showed that carbonation causes the complete and partial transformation of portlandite and C-S-H respectively to calcium carbonate. Geochemical modeling of long-term carbonation of monoliths using PHREEQC showed a decrease in monolith pH, an increase in the calcium, silicon and aluminum concentrations in solution because of the dissolution of the portlandite and the anhydrous tricalcium aluminate and the decalcification of C-S-H. Calcium concentration decreased with acidification of the solution because of precipitation of calcium carbonate. Silicon concentration has been stabilized in acidic medium because of the formation of silica gel by the C-S-H carbonation. The immobilization of lead by carbonation was also shown.

RÉSUMÉ: Le but de cette étude est de déterminer l'impact de la carbonatation, la réaction du CO2 atmosphérique avec la matrice cimentaire, sur les propriétés chimiques et minéralogiques des matrices stabilisées et solidifiées (S/S). L'évolution de la carbonatation avec le temps a été suivie par des analyses thermogravimétriques (TGA). La diffraction des rayons X (DRX) a permis d'identifier les phases minérales des matrices S/S avant et après carbonatation. Les résultats ont montré que la carbonatation provoque la transformation complète et partielle de la portlandite et du C-S-H respectivement en carbonate de calcium. La modélisation géochimique de la carbonatation à long terme des monolithes en utilisant PHREEQC a montré une diminution du pH monolithique, une augmentation des concentrations en calcium, silicium et aluminium en solution à cause de la dissolution de la portlandite et de l'aluminate tricalcique anhydre et la décalcification des C-S-H. La concentration en calcium diminue avec l'acidification de la solution à cause de la précipitation du carbonate de calcium. La concentration en silicium a été stabilisée à pH faible à cause de la formation de gel de silice par la carbonatation des C-S-H. L'immobilisation du plomb par la carbonatation a également été montrée.

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