Evaluación del efecto del peso molecular de agentes de sacrificio en la interacción de los aditivos superplastificantes con las arcillas presentes en mezclas base cemento

Abstract

La baja compatibilidad entre los aditivos superplastificantes base policarboxilato (PCE) y los agregados con trazas de arcilla, se ha considerado uno de los retos a resolver en la producción de concreto en los últimos años. A partir de una arena natural, se identificaron fases arcillosas tipo caolinita e Illita, mediante ensayos de Difracción de rayos X (DRX) y por tanto se seleccionaron 2 arcillas puras caolinita (KGa-2) e illita-esmectita (ISCz-1) de capacidad de intercambio catiónico (CIC) de 2.75 meq/100 g y de 27.50 meq/100 g respectivamente. Se evaluaron isotermas de adsorción entre la arcilla y el PCE mediante carbono orgánico total (COT) y se cuantificó una adsorción del 99% del aditivo en la arcilla ISCz-1 así como un incremento de la distancia interplanar de la arcilla de 10.68 Å hasta 11.54 Å, lo que sugiere la intercalación del PCE en la arcilla. Para KGa-2, la adsorción del PCE fue 79 % y no presentó cambios en la distancia interplanar, ni variaciones significativas en el área superficial específica debido a que la interacción entre ambas fases fue fundamentalmente física. Como estrategia de mitigación, se emplearon 2 aminas cuaternarias como agentes de sacrificio de diferente peso molecular; bromuro de hexadeciltrimetil amonio (HTB) y bromuro de tetraetil amonio (TTB) variando las proporciones en función de la capacidad de intercambio catiónico de la arcilla. Los cambios en ISCz-1 funcionalizada mostraron una reducción de 76% en el área superficial específica (BET) para 1.0 CIC-HTB y del 21 % a una relación 1.5 CIC-TTB. Los ensayos de mini-slump y reología mostraron que a mayor peso molecular, en especial para HTB, que presenta una cadena unida al átomo de nitrógeno más larga que TTB, puede ocurrir un efecto sinérgico entre el aditivo y la arcilla funcionalizada que aumenta la fluidez del mortero y reduce el esfuerzo de cedencia de la mezcla, así como una disminución del 25 % para HTB y 4% a 28 días para TTB en la resistencia a compresión de los morteros debido a poca adherencia de la arcilla funcionalizada con la pasta y a la alta fluidez que se obtiene en los morteros con la arcilla funcionalizada, específicamente con HTB. (Texto tomado de la fuente)

The low compatibility between polycarboxylate-based superplasticizer admixtures and aggregates with traces of clay has been considered one of the challenges in concrete production in recent years. Therefore, kaolinite and illite clay minerals were identified in natural sand by X-ray diffraction (XRD), and two pure clays were selected for the study, kaolinite (KGa-2) and illite (ISCz-1) with cation exchange capacity (CEC) 2.75 meq/100 g y de 27.50 meq/100 g respectively. The adsorption isotherms with PCE using Total organic carbon (TOC) showed 99% adsorption of admixture on ISCz-1 and interplanar spacing increase from 10,68 Å to 11.54 Å, suggesting intercalation between the admixture and the clay. For KGa-2, the PCE adsorption was 79 % and did not change the interplanar spacing or specific surface area associated with physical interaction. A mitigation strategy based on two quaternary ammonium compounds as sacrificial agents with different molecular weight were tested: hexadecyltrimethylammonium bromide (HTB) and tetraethylammonium bromide (TTB) varying their proportions based on the cation exchange capacity of clay. The surface changes on functionalized ISCz-1 showed a reduction of 76 % on the surface area for 1.0 CEC HTB and 22 % for 1.5CEC TTB. The results by mini-slump tests and rheology measurements suggest that with higher molecular weight, in fact for HTB , that has a long chain linked to nitrogen atom, a synergistic effect may occur between the PCE increasing the mortar fluidity and cause a reduction in shear stress. A 25 % compressive strength decreased was measured at 28 days for HTB molecule and 4 % for TTB to low bond functionalized clay-paste and higher slump on functionalized mortar, mainly for HTB.