Effects of different silica sources on rheological properties and 3D printability of magnesium-based cements

• Akturk, B. ^[1] ; Ulukaya, S. ^[2] ; Yazar, T. ^[1]
  1. [1] Istanbul Bilgi University

     Istanbul Bilgi University

     Turquía

     
  2. [2] Yıldız Technical University

     Yıldız Technical University

     Turquía

     
• Localización: Materiales de construcción, ISSN 0465-2746, Vol. 76, Nº. 362, 2026
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Efectos de diferentes fuentes de sílice en las propiedades reológicas y la imprimibilidad 3D de cementos a base de magnesio
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• Resumen
  • español

    Este estudio investiga el MgO reactivo (RM) sustituido con 25% en peso de microsílice (MS), metacaolín (MK), cenizas volantes (FA) o polvo de basalto (Bst) como aglomerantes sostenibles para impresión 3D de hormigón. Evaluando reología, constructabilidad y resistencia a la compresión a 28 días bajo consistencia inicial constante, la mezcla con MK exhibió un comportamiento reológico óptimo. Combinó un bajo esfuerzo de fluencia inicial para extrusión fluida con un fuerte aumento de viscosidad en el tiempo, previniendo la deformación del filamento. Todas las mezclas mostraron excelente capacidad de constructibilidad, soportando 20 capas sin colapsar. El análisis DRX confirmó que la sílice amorfa en MS y MK facilitó la precipitación de geles de silicato de magnesio hidratado (M-S-H). Esta densificación microestructural generó las mayores resistencias (16,5 y 13,9 MPa, respectivamente). Finalmente, los sistemas RM-SiO₂ destacan como materiales prometedores y de bajo carbono para la construcción digital.

  • English

    This research explores the usability of reactive MgO (RM)-based materials as sustainable, low-carbon alternative binders for 3D concrete printing. Specifically, RM was substituted with 25 wt% of diverse silica sources to assess their potential: micro-silica (MS), metakaolin (MK), fly ash (FA), and basalt powder (Bst). By evaluating rheology, buildability, and 28-day compressive strength under a constant initial consistency, results reveal that the MK blend exhibited optimal rheological behavior. It combined low initial dynamic yield stress for smooth extrusion with substantial time-dependent viscosity build-up, completely preventing filament deformation. All mixtures demonstrated excellent buildability, successfully sustaining 20-layer structures without collapse. Furthermore, XRD analysis confirmed that highly amorphous silica in MS and MK facilitated extensive precipitation of magnesium silicate hydrate (M-S-H) gels. This microstructural improvement yielded the highest compressive strengths of 16.5 MPa and 13.9 MPa, respectively. Ultimately, RM-SiO₂ systems emerge as highly promising, low-carbon materials for digital construction.