Adsorption of plasticizers on Portland cement surface

Abstract

The purpose of the thesis was to study the manufacture of cement and the additives used in this process. The research was focused on the use of plasticizers, and on the methods of researching their adsorption. The aim was to find a way to measure adsorption on the surface of the Portland cement (CEM I) particle. Two commercial plasticizers were analyzed, as well as two new lignin-based plasticizers. The work was carried out for VTT Oy.

Literature was studied to define adsorption and to describe its isotherms, concrete production and the additives used in it. Then, On the basis of other reports, various methods to analyze the ability of plasticizer adsorption were investigated to form a method that combined the various steps from these reports.

Small cement paste samples were made by mixing water, cement, and plasticizer with each other. These paste samples were centrifuged. The centrifuged samples were separated by pipetting the liquid which was then filtered. The amount of unadsorbed plasticizer was measured by the UV spectrophotometer. Over 40% of commercial plasticizers with a dose of 1% adsorbed, and according to graphs, the adsorption would have continued. About 30% of the lignin-based plasticizers with a dose of 1% adsorbed, and the adsorption maximum were found.

The method used was easy and accurate. When analyzing the method, the dispersion was small for all phases, producing accurate results. The results behaved like the Langmuir isotherm. The results also revealed that the larger particle size was adsorbed more easily on the surface of the cement particle than the smaller ones.

Työn tarkoituksena oli tutustua sementin valmistukseen ja valmistuksessa käytettäviin lisäaineisiin. Työssä tutkittiin erityisesti notkistimien käyttöä sekä niitten adsorption tutkimismenetelmiä ja tarkoituksena oli löytää menetelmä, jolla adsorptiota portlandsementti (CEM I) -partikkelin pinnassa voi mitata. Työssä oli tutkittavana kaksi kaupallista notkistinta sekä kaksi uutta ligniinipohjaista notkistinta. Työ tehtiin VTT Oy:lle.

Työssä esiteltiin ensin kirjallisuuden pohjalta, mitä on adsorptio, sen isotermejä, betonin valmistusta ja siinä käytettäviä lisäaineita. Sen jälkeen tutkittiin raporttien pohjalta erilaisia menetelmiä analysoida notkistimien adsorptionkykyä ja tehtiin menetelmä, joka yhdisteli eri vaiheita näistä raporteista.

Työssä tehtiin pieniä sementtipastanäytteitä sekoittamalla vettä, sementtiä ja notkistinta keskenään. Tämä sekoitettu pasta lingottiin sentrifugilla. Lingotusta näytteestä erotettiin pipetoimalla nestettä, joka suodatettiin. Suodoksesta mitattiin adsorboitumattoman notkistimen määrä UV-spektrofotometrillä. Kaupallisista notkistimista 1-prosentin annostelulla oli yli 40 % adsorboitunut sementin pintaan, ja käyrien mukaan adsorptio olisi jatkunut. Ligniinipohjaisista 1 -prosentin annostelu tuotti noin 30-prosenttisen adsorption ja adsorptiomaksimi löydettiin.

Käytetty menetelmä oli helppo ja tarkan oloinen. Sitä tutkiessa hajonta oli pientä kaikkien vaiheiden kohdalla, mikä loi tarkkoja tuloksia. Tulokset näyttivät käyttäytyvän oletetun Langmuirin isotermin mukaisesti. Tuloksissa huomattiin myös notkistimen isomman partikkelikoon adsorboituvan helpommin sementin pinnalle, kuin pienemmät partikkelikoot.