Fuerzas de repulsión de aditivos superplastificantes en sistemas de escoria granulada de horno alto en medios alcalinos, desde medidas de AFM a propiedades reológicas
DOI:
https://doi.org/10.3989/mc.2012.01612Palabras clave:
dispersión, escoria granulada de horno alto, superficies, suspensiones, reologíaResumen
En este trabajo se ha estudiado la repulsión electrostática y estérica inducida por diferentes aditivos superplastificantes en sistemas de escoria de horno alto en medios alcalinos. Se han estudiado aditivos superplastificantes basados en naftaleno, melamina, copolímeros vinílicos y basados en policarboxilato. Estos aditivos inducen en la escoria un potencial zeta negativo, entre -3 y -10 mV. Por primera vez, se ha determinado el grosor de la capa de aditivo adsorbido sobre la escoria mediante microscopía de fuerzas atómicas (AFM). Para modelizar las fuerzas de interacción entre partículas, se ha determinado la constante efectiva de Hamaker de la escoria a partir de las propiedades dieléctricas de una muestra de escoria obtenida mediante sinterización spark plasma sintering. Los resultados obtenidos concluyen que el mecanismo de dispersión de los superplastificantes estudiados en este trabajo está gobernado fundamentalmente por la repulsión estérica. Utilizando el modelo YODEL se ha podido predecir el esfuerzo de cizalla umbral de sistemas de escoria con y sin superplastificantes. Los resultados calculados están de acuerdo con los valores de esfuerzo de cizalla determinados experimentalmente.
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Citas
(1) Mollah, M. Y. A.; Adams, W. J.; Schennach, R.; Cocke, D. L.: "A review of cement - superplasticizer interactions and their models", Adv. Cem. Res. (2000); 12, pp. 153-161. http://dx.doi.org/10.1680/adcr.2000.12.4.153
(2) Houst, Y.; Bowen, P.; Siebold, A.: Some basic aspects of the interaction between cement and superplasticizers. Innovations and developments in Concrete Materials and Construction. Ed. R. K. Dhir, P. C. Hewlett, L. J. Csetenvi; (2002), pp. 225-234.
(3) Alonso, M. M.; Palacios, M.; Puertas, F.; de la Torre, A. G.; Aranda, M. A. G.: "Effect of polycarboxylate admixture structure on cement paste rheology", Mater. Construcc. (2007); 57, n. 286, pp. 65-81.
(4) Flatt, R.; Houst, Y.: "A simplified view on chemical effects perturbing the action of superplasticizers", Cem. Concr. Res. (2001); 31, pp. 1169-1176. http://dx.doi.org/10.1016/S0008-8846(01)00534-8
(5) Zingg, A.; Winnefeld, F.; Holzer, L.; Pakusch, J.; Becker, S.; Gauckler, L.: "Adsorption of polyelectrolytes and its influence on the rheology, zeta potential, and microstructure of various cement and hydrate phases", J. Coll. Interface Sci. (2008); 323, pp. 301-312. http://dx.doi.org/10.1016/j.jcis.2008.04.052 PMid:18502439
(6) Uchikawa, H.; Hanehara, S.; Sawaki, D.: "The role of steric repulsive force in the dispersion of cement particles in fresh paste prepared with organic admixture", Cem. Concr. Res. (1997); 27, pp. 37-50. http://dx.doi.org/10.1016/S0008-8846(96)00207-4
(7) Flatt, R.; Schober, I.; Raphael, E.; Plassard, C.; Lesniewska, E.: "Conformation of Adsorbed Comb Copolymer Dispersants", Langmuir (2009); 25, pp. 845-855. http://dx.doi.org/10.1021/la801410e PMid:19086886
(8) Houst, Y. F.; Bowen, P.; Perche, F.; Kauppi, A.; Borget, P.; Galmichei, L.; Le Meins, J.-F.; Lafuma, F.; Flatt, R. J.; Schober, I.; Banfill, P. F. G.; Swift, D. S.; Myrvold, B. O.; Petersen, B. G.; Reknes, K.: "Design and function of novel superplasticizers for more durable high performance concrete (superplast project)", Cem. Concr. Res. (2008); 38, pp. 1197-1209. http://dx.doi.org/10.1016/j.cemconres.2008.04.007
(9) Ran, Q.; Somasundaran, P.; Miao, C.; Liu, J.; Wu, S.; Shen, J.: "Effect of the length of the side chains of comb-like copolymer dispersants on dispersion and rheological properties of concentrated cement suspensions", J. Coll. Interface Sci. (2009); 336, pp. 624-633. http://dx.doi.org/10.1016/j.jcis.2009.04.057 PMid:19500795
(10) Sánchez, R.; Palacios, M.; Puertas, F.: "Characteristics and propierties of oil-well cements additioned with blast furnace slag", Mater. Construcc. vol. 61, n. 302, (2011), pp.
(11) Puertas, F.: "Cementos de Escoria Activados Alcalinamente: Situación Actual y Perspectivas de Futuro", Mater. Construc. (1995); 45, n. 239, pp. 53-64. http://dx.doi.org/10.3989/mc.1995.v45.i239.553
(12) Palacios, M.; Houst, Y. F.; Bowen, P.; Puertas, F.: "Adsorption of superplasticizer admixtures on alkali-activated slag pastes", Cem. Concr. Res. (2009); 39, pp. 670-677. http://dx.doi.org/10.1016/j.cemconres.2009.05.005
(13) Palacios, M.; Banfill, P. F. G.; Puertas, F.: "Rheology and Setting of Alkali-Activated Slag Pastes and Mortars: Effect of Organic Admixture", ACI Materials Journal (2008); 105, pp. 140-148.
(14) Bakharev, T.; Sanjayan, J. G.; Cheng, Y.-B.: "Effect of admixtures on properties of alkali-activated slag concrete", Cem. Concr. Res. (2000); 30, pp. 1367-1374. http://dx.doi.org/10.1016/S0008-8846(00)00349-5
(15) Palacios, M.; Puertas F.: "Effect of superplasticizer and shrinkage-reducing admixtures on alkali-activated slag pastes and mortars", Cem. Concr. Res. (2005; 35, pp. 1358-1367. http://dx.doi.org/10.1016/j.cemconres.2004.10.014
(16) Palacios, M.; Puertas, F.: "Stability of superplasticizer and Shrinkage-reducing admixtures in high basic media", Mater. Construcc. (2004); 54, n. 276, pp. 65-86.
(17) Flatt, R. J.; Bowen, P.: "Yodel: A Yield Stress Model for Suspensions", J. Am. Ceram. Soc. (2006); 89 [4], pp. 1244–1256. http://dx.doi.org/10.1111/j.1551-2916.2005.00888.x
(18) Hamaker software download; http://ltp.epfl.ch/page65254.html - see also reference 28
(19) Flatt, R. J.: "Dispersion forces in cement suspensions", Cem. Concr. Res. (2004); 34, pp. 399-408. http://dx.doi.org/10.1016/j.cemconres.2003.08.019
(20) Palacios, M.; Sierra, C.; Puertas, F.: "Techniques and methods of characterization of admixtures for concrete", Mater Construc. (2003): vol. 53, n. 269, pp. 89-105.
(21) Stark, R.: Surface layer formation in polymer melts and in solutions, PhD thesis, University of Mainz, (2007).
(22) Stark, R.; Nicoleau, L.; Hu.bsch, C.; Kappl, M.; Butt, H. J.: 3rd Meeting of the German Colloid Society, Mainz, Germany, (2007).
(23) Ferrari, L.; Kaufmann, J.; Winnefeld, F.; Plank, J.: "Interaction of cement model systems with superplasticizers investigated by atomic force microscopy, zeta potential, and adsorption measurements", J. Coll. Interface Sci. (2010); 347, pp. 15-24. http://dx.doi.org/10.1016/j.jcis.2010.03.005 PMid:20356605
(24) Kauppi, A.; Andersson, K. M.; Bergström, L.: "Probing the effect of superplasticizer adsorption on the surface forces using the colloidal probe AFM technique", Cem. Concr. Res. (2005); 35, pp. 133-140. http://dx.doi.org/10.1016/j.cemconres.2004.07.008
(25) Díaz-Benito, B.; Velasco, F.; Guzmán, S.; Calabrés, R.: "AFM study of steel corrosion in aqueous solutions in concrete", Mater. Construcc., vol 61, nº 301, (2011), pp. 27-37.
(26) Bowen, P.; Carry, C.; Luxembourg, D.; Hofmann, H.: "Colloidal processing and sintering of nanosized transition aluminas" Powder Technology, (2005); 157, pp. 100-107. http://dx.doi.org/10.1016/j.powtec.2005.05.015
(27) Stuer, M.; Zhao, Z.; Aschauer, U.; Bowen, P.: "Transparent polycrystalline alumina using spark plasma sintering: Effect of Mg, Y and La doping", J. Eur Ceram Soc. (2010); 30, pp. 1335-1343. http://dx.doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2009.12.001
(28) Pederson, H. G.; Bergström, L.: "Forces Measured between Zirconia Surfaces in Poly(acrylic acid) Solutions", J. Am. Ceram. Soc. (1999); 82 (5), pp. 1137-1145. http://dx.doi.org/10.1111/j.1151-2916.1999.tb01887.x
(29) Butt, H.-J.; Cappella, B.; Kappl, M.: "Force measurements with the atomic force microscope: Technique, interpretation and applications", Surface Science Reports (2005); 59, pp. 1-152. http://dx.doi.org/10.1016/j.surfrep.2005.08.003
(30) Pecharromán, C.; Iglesias, J. E.: "A method for the determination of infrared optical constants from reflectance measurements on powdered samples", J. Phys. Condens Matter. (1994); 6, pp. 7125-7141. http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/6/35/021
(31) Russel, W. B.; Saville, D. A.; Schowalter, W. R.: Colloidal Dispersions. Cambridge Press, Cambridge, U.K., (1985).
(32) Aschauer, U.; Burgos-Montes, O.; Moreno, R.; Bowen, P.: "Hamaker 2: A toolkit for the calculation of particle interactions and suspension stability and its application to mullite synthesis by colloidal methods", J. Dispersion Science Technology, (2011); 32(4), pp. 470-479. http://dx.doi.org/10.1080/01932691003756738
(33) Song, S.; Sohn, D.; Jennings, H. M.; Mason, T. O.: "Hydration of alkali-activated ground granulated blast furnace slag", J. Mat. Scien. (2000); 35, pp. 249-257. http://dx.doi.org/10.1023/A:1004742027117
(34) Lewis, J. A.; Matsuyama, H.; Kirby, G.; Morissette, S.; Young, J. F.: "Polyelectrolyte Effects on the Rheological Properties of Concentrated Cement Suspensions", J. Am. Ceram. Soc. (2000); 83 (8), pp. 1905-1913. http://dx.doi.org/10.1111/j.1151-2916.2000.tb01489.x
(35) Flatt, R. J.; Bowen, P.: "Yield Stress of Multimodal Powder Suspensions: An Extension of the YODEL (Yield Stress mODEL)", J. Am Ceram Soc. (2007); 90 (4), pp. 1038-1044. http://dx.doi.org/10.1111/j.1551-2916.2007.01595.x
(36) Nägele, E.; Schneider U.: "The zeta-potential of blast furnace slag and fly ash", Cem. Concr. Res. (1989); 19, pp. 811-820. http://dx.doi.org/10.1016/0008-8846(89)90052-5
(37) Palacios, M.; Puertas, F.; Bowen, P.; Houst, Y. F.: "Effect of PCs on the rheological properties and hydration process of slag portland cement pastes", J. Mat. Scien. (2009); 44, pp. 2714-2723. http://dx.doi.org/10.1007/s10853-009-3356-4
(38) Yilmaz, H.; Sato, K.; Watari, K.: "AFM interaction study of ·-alumina particle and c-sapphire surfaces at high-ionic-strength electrolyte solutions", J. Coll. Interface Sci. (2007); pp. 307: 116-123.
(39) Kerisit, S.; Cooke, D. J.; Marmier, A.; Parker, S. C.: "Atomistic simulation of charged iron oxyhydroxide surfaces in contact with aqueous solution", Chemical Communications (2005); 24, pp. 3027-3029. http://dx.doi.org/10.1039/b503899e PMid:15959573
(40) Roussel, N.; Lemaître, A; Flatt, R. J.; Coussot, P.: "Steady state flow of cement suspensions: A micromechanical state of the art", Cem. Concr. Res. (2010); 40, pp. 77-84. http://dx.doi.org/10.1016/j.cemconres.2009.08.026
(41) Flatt, R. J.; Bowen, P.: "Electrostatic repulsion between particles in cement suspensions: Domain of validity of linearized Poisson-Boltzmann equation for nonideal electrolytes", Cem. Concr. Res. (2003); 33, pp. 781-791. http://dx.doi.org/10.1016/S0008-8846(02)01059-1
(42) Banfill, P. F. G.: A discussion of the papers "Rheological properties of cement mixes by M. Daimon and D. M. Roy". Cem Concr Res (1979); 9, pp. 795-796. http://dx.doi.org/10.1016/0008-8846(79)90075-9
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