Wpływ grup estrowych w łańcuchu bocznym superplastyfikatorów polikarboksylanowych na płynność zaczynu cementowego z montmorillonitem

• Autorzy: Hongbo T. , Sheng W. , Shouwei J. , Baoguo M. , Xin L. , Muyu L.

Warianty tytułu

EN

Effect of ester group in side chain of polycarboxylate superplasticizer on fluidity of cement-montmorillonite paste

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Powszechnie wiadomo, że superplastyfikatory polikarboksylanowe (PC) są wrażliwe na minerały ilaste wprowadzane wraz z kruszywem oraz charakteryzują się niską tolerancją na ich obecność. Wśród minerałów ilastych, montmorillonit (MMT), jest uznawany za mający najbardziej niekorzystny wpływ na płynność zaczynu cementowego i mieszanki betonowej. W artykule przedyskutowano wpływ domieszki PC1 bez grup estrowych oraz domieszki PC2 z grupami estrowymi w łańcuchu bocznym, na zaczyn cement-MMT. Strukturę domieszek PC i stabilność grup estrowych w środowisku alkalicznym przeanalizowano metodą FTIR, mierząc zmiany pH oraz metodą 1H-NMR. Oddziaływania pomiędzy domieszkami PC i MMT przedyskutowano na podstawie wyników XRD, TEM i FTIR. Adsorpcję domieszek PC na ziarnach cementu i MMT badano metodą TOC. Przeanalizowano płynność zaczynu cement-MMT (1,5% mas.) modyfikowanego domieszkami PC i jej utrzymanie w czasie. Wyniki pokazały, że: grupy estrowe w łańcuchu bocznym domieszek PC mogą rozkładać się do grup karboksylowych w środowisku alkalicznym, charakterystycznym dla hydratacji cementu. Prowadzi to do obniżenia początkowej zdolności adsorpcyjnej i początkowej dyspersji domieszek PC, z drugiej strony zaś, może prowadzić do wzrostu zdolności adsorpcyjnej w późniejszym czasie co z kolei spowoduje lepsze utrzymanie konsystencji. Grupy estrowe nie ograniczają wbudowywania się domieszek PC w strukturę warstwową MMT. Domieszki PC z lub bez grup estrowych mogą reagować z montmorillonitem oraz wchodzić pomiędzy jego warstwy, co jest główną przyczyną absorpcji dużej ilości domieszek PC. Możliwe jest dobranie takiej ilości domieszki z grupami estrowymi w łańcuchu bocznym w superplastyfikatorze, aby zapewnić początkową dyspersję ziaren cementu oraz jej zachowanie w czasie, w celu poprawy płynności i jej utrzymania w zaczynach cement-MMT. Zasugerowano, że taka mieszanina polimerów PC różniących się strukturą może prowadzić do zwiększenia tolerancji superplastyfikatora na glinę.

EN

It is known that polycarboxylate superplasticizer (PC) has a poor clay tolerance, because it is considerably sensitive to clay in aggregates. Montmorillonite (MMT), one of clay minerals, is considered to have a significantly negative impact on fluidity of cement paste and fresh concrete. The performance of PC in the presence and absence of ester group in side chain was discussed. The stability of ester group under alkaline condition was analyzed by Fourier-transform infrared spectrometer (FTIR), pH value measurements and nuclear magnetic resonance (NMR). The intercalation of PC into MMT was investigated by X-ray diffractometer (XRD), transmission electron microscope (TEM) and FTIR. The adsorbing behavior of PC on cement and MMT was tested by total organic carbon (TOC). The fluidity and fluidity loss of cement-MMT pastes (1.5 wt%), was tested to analyze dispersing ability and dispersing retention ability of PC. The results shown that: ester groups in side chain of PC was partly decomposed to release carboxyl group during cement hydration process. The presence of ester group reduces the initial adsorbing ability and initial dispersing ability, but increases the later dispersing ability and dispersing retention ability of PC. Ester group cannot impede the intercalation of PC into MMT, and it is to say that PC, no matter containing the ester group in side chain or not, can be inserted into the layer structure of MMT, which is the main reason for its high adsorption in PC-MMT pastes. It is possible that the superplasticizer system consisting of two types of PC: with and without ester groups in side chains can be employed to balance initial dispersing ability as well as dispersing retention ability and improve fluidity and fluidity loss of cement-MMT paste. It suggests that different structural PCs can be used together to enhance the clay tolerance.

Słowa kluczowe

PL

domieszka do betonu; superplastyfikator karboksylanowy; grupa estrowa; łańcuch boczny; zaczyn cementowo-montmorylonitowy; adsorpcja polimeru; płynność zaczynu

EN

concrete admixture; polycarboxylate superplasticizer; polymer structure; ester group; side chain; cement-montmorillonite paste; polymer adsorption; paste fluidity

• Wydawca: Fundacja Cement, Wapno, Beton
• Czasopismo: Cement Wapno Beton
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 21/83, nr 3
• Strony: 157--168
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., il.

Twórcy

autor

Hongbo T.

• State Key Laboratory of Silicate Materials for Architectures, Wuhan University of Technology, China

autor

Sheng W.

• State Key Laboratory of Silicate Materials for Architectures, Wuhan University of Technology, China

autor

Shouwei J.

• State Key Laboratory of Silicate Materials for Architectures, Wuhan University of Technology, China

autor

Baoguo M.

• State Key Laboratory of Silicate Materials for Architectures, Wuhan University of Technology, China

autor

Xin L.

• State Key Laboratory of Silicate Materials for Architectures, Wuhan University of Technology, China

autor

Muyu L.

• State Key Laboratory of Silicate Materials for Architectures, Wuhan University of Technology, China

Bibliografia

• 1. O. Burgos-Montes, M. Palacios, P. Rivilla, “Compatibility between superplasticizer admixtures and cements with mineral additions”, Constr. Build. Mater., 31, 300-309 (2012).
• 2. B. Felekoglu, H. Sarikahya, “Effect of chemical structure of polycarboxylate-based superplasticizers on workability retention of self-compacting concrete”, Constr. Build. Mater., 22, 1972-1980 (2008).
• 3. A. Tafraoui, G. Escadeillas, S. Lebaili, “Metakaolin in the formulation of UHPC”, Constr. Build. Mater., 23, 669-674 (2009).
• 4. M. L. Nehdi, “Clay in cement-based materials: Critical overview of state-of-the-art”, Constr. Build. Mater., 51, 372-382 (2014).
• 5. E. Sakai, D. Atarashi, M. Daimon, „Interaction between superplasticizers and clay minerals”, Proc of the 6th Int. Symposium on Cement & Concrete and CANMET/ACI Int. Symposium on Concrete Technology for Sustainable Development, Vol 1 and 2. 1560-1566 (2006).
• 6. W. S. Wang, B. C. Zheng, Z. J. Feng, “Adsorption of Polycarboxylate-based Superplasticizer onto Natural Bentonite”, J. Adv. Concr .Tech., 10, 323-331 (2012).
• 7. H. Tan, C. Qi, B. Ma, „Effect of polycarboxylate superplasticizer adsorption on fluidity of cement-clay system”, Mater. Res. Innov., 19, 423-428 (2015).
• 8. H. B. Tan, C. L. Lin, H. Yang, “Effect of clay minerals on the properties of cement paste with the addition of sodium naphthalene sulphonate superplasticizer”, Cement Wapno Beton, 82, 3, 193-200 (2015).
• 9. P. G. Stampino, L. Zampori, G. Dotelli, „Use of admixtures in organic-contaminated cement-clay pastes, J. Hazard Mater., 161, 862-870 (2009).
• 10. K. L. Konan, C. Peyratout, M. Cerbelaud, “Influence of two dispersants on the rheological behavior of kaolin and illite in concentrated calcium hydroxide dispersions”, Appl. Clay Sci., 42, 252-257 (2008).
• 11. R. Ait-Akbour, P. Boustingorry, F. Leroux, “Adsorption of PolyCarboxylate Poly(ethylene glycol) (PCP) esters on Montmorillonite (Mmt): Effect of exchangeable cations (Na+, Mg2+ and Ca2+) and PCP molecular structure”, J. Colloid Interface Sci., 437, 227-234 (2015).
• 12. L. Lei, J. Plank, “Synthesis and Properties of a Vinyl Ether-Based Polycarboxylate Superplasticizer for Concrete Possessing Clay Tolerance”, Ind. Eng. Chem. Res., 53, 1048-1055 (2014).
• 13. L. Lei, J. Plank, “A study on the impact of different clay minerals on the dispersing force of conventional and modified vinyl ether based polycarboxylate superplasticizers”, Cem. Concr. Res., 60, 1-10 (2014).
• 14. E. Janowska-Renkas, “The effect of superplasticizers’ chemical structure on their efficiency in cement pastes”. Constr. Build. Mater., 38, 1204-1210 (2013).
• 15. K. Yamada, T. Takahashi, S. Hanehara, „Effects of the chemical structure on the properties of polycarboxylate-type superplasticizer”, Cem. Concr. Res., 30, 197-207 (2000).
• 16. F. Winnefeld, S. Becker, J. Pakusch, “Effects of the molecular architecture of comb-shaped superplasticizers on their performance in cementitious systems”, Cem. Concr. Compos., 29, 251-262 (2007).
• 17. R. Zhang, H. Guo, J. Lei, “Effect of molecular structure on the performance of polyacrylic acid superplasticizer”, Journal of Wuhan University of Technology-Material Sci., 22, 245-249 (2007).
• 18. J. Liu, Q. Ran, C. Miao, „Synthesis and Characterization of Comb-Like Copolymer Dispersant with Methoxy Poly (Ethylene Oxide) Side Chains”, Polym.-Plast. Technol., 50, 59-66 (2011).
• 19. Q. P. Ran, P. Somasundaran, C. W. Miao, “Adsorption Mechanism of Comb Polymer Dispersants at the Cement/Water Interface”, J. Dispersion Sci. Technol., 31, 790-798 (2010).
• 20. J. Liu, Q. Ran, C. Miao, “Effects of Grafting Densities of Comb-Like Copolymer on the Dispersion Properties of Concentrated Cement Suspensions”, Mater. Trans., 53, 553-558 (2012).
• 21. M. M. Alonso, M. Palados, F. Puertas, “Effect of polycarboxylate admixture structure on cement paste rheology”, Mater. Construcc., 57, 65-81 (2007).
• 22. R. J. Flatt, I. Schober, E. Raphael, “Conformation of Adsorbed Comb Copolymer Dispersants”, Langmuir, 25, 2, 845-855 (2009).
• 23. L. Lei, J. Plank, “A concept for a polycarboxylate superplasticizer possessing enhanced clay tolerance”, Cem. Concr. Res., 42, 1299-1306 (2012).
• 24. S. Lv, H. Ju, C. Qiu, „Effects of connection mode between carboxyl groups and main chains on polycarboxylate superplasticizer properties”, J. Appl. Polym. Sci., 128, 3925-3932 (2013).
• 25. X. Peng, X. Li, D. Chen, “Effect of side chains on the dispersing properties of polycarboxylate-type superplasticizers in cement systems”, Mag. Concrete. Res., 65, 422-429 (2013).

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.