Aging effects on the structure and properties of recycled wastepaper fiber cement composites

Abstract

Dry-processed wastepaper (magazine) fibers possess desirable mechanical characteristics as reinforcing fibers in cement-based matrices; up to 50% of virgin wood fibers have been replaced with wastepaper fibers in cement composites without any significant change in short-term performance characteristics. The large volumes of fibrous cement board used in building construction promise to provide wastepaper with a large-volume and high-value application. In this study, the effects of weathering on the performance of recycled wastepaper fiber-cement composites were investigated through accelerated aging tests simulating natural aging conditions. Microstructural studies were conducted in order to establish the mechanisms of aging in the composite material. These mechanisms provided the basis for the selection of certain refinements in the matrix composition, which were successfully evaluated for the control of weathering effects on the composite material structure and properties. The effects of aging and moisture on composites were best controlled by measures which reduced the calcium hydroxide content of hydration products and improved the watertightness and the structure of interface zones; these refinements were made using relatively high levels of cement replacement with silica fume or through full substitution of Portland cement with a special cement.

Résumé

Les fibres de papier journal recyclées à sec présentent des propriétés mécaniques permettant de les utiliser comme fibres de renforcement dans des matrices cimentaires; on a remplacé jusqu'à 50% de fibres de bois viege par des fibres de papier de récupération dans des composites cimentaires sans qu'il se produise de changement significatif dans les performances à court terme. Les vastes quantités de panneaux de ciment fibreux utilisées dans la construction promettent de fournir en quantité importante, du papier de rebut pour des applications de qualité. On a étudié ici les effets du vieillissement sur la performance de composites ciment/fibres de papier de récupération recyclé par des essais accélérés simulant les conditions naturelles du vieillissement. On s'est livré à des études microstructurales afin de déterminer les mécanismes de vieillissement du composite; grâce à quoi on a pu opérer certaines améliorations de la matrice dont l'évaluation a permis de contrôler les effets du vieillissement sur la structure et les propriétés du matériau composite. L'influence du vieillissement et de l'humidité sur les composites a été la mieux contrôlée par des mesures réduisant la teneur en hydroxyde de calcium des produits d'hydratation et améliorant l'étanchéité et la structure des zones d'interface; ces améliorations ont été pratiquées en utilisant des taux assez élevés de fumées de silice en remplacement du ciment ou en substituant entièrement un ciment spécial au ciment Portland.