Continuity threshold of the polymer phase in polymer-cement composites

• Autorzy: Łukowski P.

Warianty tytułu

PL

Próg ciągłości fazy polimerowej w kompozytach polimerowo-cementowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Polymer-cement composites (PCC) are quick developing and largely used group of the building materials. The problem of the quantitative definition of continuity threshold of the polymer phase in the composite is one of the problems involved with PCC. The subject of the paper is verification and justification of the continuity threshold of the polymer phase in polymer-cement composites. Analysis of experimental data concerning changes of various PCC properties along with content of polymer, as well as SEM photographs shows that the threshold can be found at the level close to 5% of polymer w/w cement content. Theoretical calculations have been carried out using sterical considerations and percolation theory. The results obtained have confirmed the possibility of the threshold value being equal to 6% of polymer. Good consistence between theoretical and experimental values is confirmation of the models used. Performed computer simulations point also to the geometrical aspects as more significant for polymer film creation than the chemical nature of the polymer. In spite of a number of limitations, the proposed course of consideration is promising way to justify the continuity threshold of the polymer phase in the polymer-cement composites. Application of the percolation theory seems to be effective method for analysis of the microstructure of the building composites.

PL

Kompozyty polimerowo-cementowe (PCC, Polymer-Cement Composites) stanowią szybko rozwijającą się grupę materiałów budowlanych o rosnącym zastosowaniu. Zagadnienie ilościowego określenia progu ciągłości fazy polimerowej w kompozycie PCC jest jednym z problemów, które nie zostały jeszcze ostatecznie rozstrzygnięte. Przedmiotem niniejszej pracy jest weryfikacja i uzasadnienie tego progu. Analiza danych doświadczalnych, dotyczących zmian właściwości kompozytów polimerowo-cementowych wraz ze zmianą zawartości polimeru, jak również fotografii mikroskopowych wskazuje, że poszukiwana wartość progowa może być bliska 5% zawartości polimeru w stosunku do masy cementu. W celu teoretycznego uzasadnienia tej wartości przeprowadzono rozważania i obliczenia z zastosowaniem analizy aspektów geometrycznych oraz teorii perkolacji. Uzyskane wyniki potwierdziły, że próg ciągłości fazy polimerowej w PCC wynosi około 6% w stosunku do masy cementu. Tak dobra zgodność stanowi potwierdzenie adekwatności przyjętego modelu. Przeprowadzone symulacje komputerowe wskazują także, że aspekty geometryczne mogą mieć większe znaczenie dla formowania się ciągłej warstwy polimeru, niż jego natura chemiczna. Pomimo licznych ograniczeń, zaproponowany tok rozważań można uznać za obiecujący sposób uzasadnienia progu ciągłości fazy polimerowej w PCC, a zastosowanie teorii perkolacji wydaje się być efektywną metodą analizy mikrostruktury kompozytów budowlanych.

Słowa kluczowe

EN

continuity threshold; polymer phase; polymer-cement composites; modification

PL

próg ciągłości; faza polimerowa; kompozyt polimerowo-cementowy; modyfikacja

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 54, nr 3
• Strony: 559--571
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., il.

Twórcy

autor

Łukowski P.

• University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warszawa, Poland,

Bibliografia

• 1. P. ŁUKOWSKI, Admixtures to concrete and mortar, Polski Cement, Kraków 2003.
• 2. A. BEELDENS, Influence of polymer modification on the behaviour of concrete under severe conditions, Ph.D. Thesis, Katholieke Universiteit Leuven, 2002.
• 3. Z. Su, Microstructure of polymer-cement concrete, Delft University Press, Delft 1995.
• 4. L. CZARNECKI, Repair and protection of concrete structures [in Polish], Polski Cement, Kraków 2002.
• 5. J. B. KARDON, Polymer-modified concrete: review, Journal of Materials in Civil Engineering, 5, 85-92, 1997.
• 6. L. CZARNECKI, Trends of development - perspectives and innovations; researches and education, Proc. of 6th Int. Colloquium Industrial Floors '07, Esslingen, Germany, 63-72, 2007.
• 7. Z. RYDZ, Rozwój posadzek betonowych [in Polish], Materiały Budowlane, 9, 12-13, 1995.
• 8. EN 934-2:2001: Admixtures for concrete, mortar and grout - Part 2: Concrete admixtures - Definitions, requirements, conformity, marking and labelling.
• 9. L. CZARNECKI, P. ŁUKOWSKI, Influence of polymer admixtures and additives on durability of concrete, Cement Wapno Beton, l, 38-47, 2004.
• 10. Y. OHAMA, K. DEMURA, K. KOBAYASHI, Y. SATOH, M. MORIKAWA, Pore size distribution and oxygen diffusion resistance of polymer-modified mortars, Cement and Concrete Research, 2-3, 309-315, 1991.
• 11. H. JUSTNES, T. REYNAERS, W. VAN ZUNDERT, Moisture transport in polymer cement mortars based on latices and redispersible polymer powders, Proc. of 9th Int. Congress on Polymers in Concrete, 633-645, Bologna 1998.
• 12. PN-85/B-04500, Mortars - Physical and mechanical tests.
• 13. J. CHERKINSKY, Polymer-cement concrete, Stroyisdat, Moscow 1984.
• 14. A. M. NEYILLE, Properties of concrete, Fourth Edition, Pearson Education Limited, London 1995.
• 15. L. CZARNECKI, Polymers in concrete - personal reflections on the edge of the new century, Concrete International, 8, 1-7, 2005.
• 16. M. SAHIMI, Applications of percolation theory, Taylor & Francis, London - Bristol 1994.
• 17. P. ŁUKOWSKI, Application of percolation theory for explaining of microstructure forming in polymer-cement concretes, International Symposium Polymers in Concrete, Guimaraes, Portugal, 2006, 111-118.
• 18. P. ŁUKOWSKI, Continuity threshold of the polymer phase in polymer-cement composites [in Polish], L Scientific Conference KILiW and KN PZITB, Krynica, 2004, vol. 3, 141-148.
• 19. D. P. BENTZ, E. J. GARBOCZI, R. T. COYERDALE, Computational materials science of cement-based mateials: an education module, NIST Technical Note 1405, United States Department of Commerce, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg MD 1993.
• 20. E. J. GARBOCZI, D. P. BENTZ, Percolation aspects of cement paste and concrete: properties and durability, high-performance concrete: research to practice, American Concrete Institute Spring Convention, ACI Special Publication SP-189, 147-164, Chicago 1999.
• 21. K. SUJATA, J. BIJEN, H. JENNINGS, Z. Su, A. FRAAIJ, The evolution of the microstructure in styrene acrylate polymer-modified cement pastes at the early stage of cement hydration, Advanced Cement Based Materials, 3, 87-93, 1996.