Modelling the cement-latex interactions : experimental and simulation approach : Consequences on the rheological propertiec
Etude des interactions latex-ciment modèle : conséquences sur les propriétés rhéologiques
Résumé
Latex is used in industrial mortars to improve the material properties. This behaviour is obviously related to the interactions between cement phases and latex which are still not understood. In this frame, the aim of the present work is to understand the role of latexes in mortar in particular how the various latex characteristics, such as the latex chemistry surface, or the latex size, influence the characteristics of this complex granular system. The major issue concerns the reactivity of the cement: indeed, several parameters are modified during cement hydration which governs the development of the paste mechanical properties. Consequently in order to avoid side effects due to cement hydration, we studied the effect of different latexes on an inert model system able to mimic cement paste. Three different latexes differing from each other in their size and also in their surface charge and surface chemistry were used. The distribution of the different latexes between the interstitial solution and the mineral surface was evaluated using microscopy methods for different latex amounts and correlated to mechanical characteristics of the paste estimated from dynamic rheometry measurements.The adsorption measurements are performed on a flat surface (glass slide) covered by C-S-H in equilibrium with saturated lime solution. The adsorption of latex particles on mineral surface is observed by Atomic Force Microscopy for the smallest latex (210nm) and optical microscopy for the biggest one (1µm). The results obtained show a difference of adsorption latex and how the particles are arranged onto the surface. For the same mass of latex introduced initially, the charged latex are the most adsorbed and appear more aggregated than no charged latex, the small latex is adsorbed more than the big one. The latex filmification is not observed in the case of our study. Qualitatively, the numerical simulations using Monte Carlo simulations are in agreement with experiments.Concerning the rheological measurements, we used calcite suspensions in equilibrium with saturated lime solution. The results report the contribution of different latex characteristics on mechanical properties of mineral particles and latex networks. The critical strain (maximum strain supported by the solid network) increases with the amount of latex.
Le latex est utilisé dans les mortiers industriels dans le but d’améliorer les propriétés de ce matériau, tels que la maniabilité de la pâte à l’état frais, l’adhésion sur le support pour les mortiers-colles et les propriétés mécaniques à l’état durci du matériau. Ainsi l’adsorption du latex sur les phases minérales du ciment a un impact sur la rhéologie et les propriétés mécaniques du mortier frais et durci. Ce comportement résulte des interactions du latex avec les phases cimentaires et de l’avancement des différentes réactions d’hydratation elles-mêmes affectées par la présence de latex. Or, ces interactions ne sont toujours pas bien comprises du fait de la réactivité du ciment. L’objectif de ce travail est de mieux comprendre le rôle du latex en particulier l’influence de ses caractéristiques notamment la taille, le dosage et la densité surfacique de charge du latex, sur le comportement rhéologique du mortier au jeune âge et de ses propriétés à long terme en s’affranchissant de tous les effets liés à l’hydratation du ciment. Pour cela, nous travaillons avec un système modèle inerte qui permet de rendre compte des effets induits par le latex en s’affranchissant de la réactivité du ciment. L’influence des caractéristiques du latex sur les propriétés mécaniques d´une suspension de minéral inerte est estimée par des mesures de rhéométrie dynamique. Les résultats sont corrélés à l’adsorption des particules de latex sur la surface du minéral inerte qui estimée à travers l’établissement des isothermes d’adsorption. Pour ce faire, l’adsorption des différents latex est réalisée sur des surfaces planes de silice (lames de verre) couvertes d’hydrates de silicates de calcium C-S-H (principal hydrate de ciment). L’adsorption du latex sur le minéral inerte est observée directement par microscopie : soit par microscopie optique dans le cas des latex de grande taille (1µm) soit par microscopie à force atomique dans le cas de latex de petite taille (210nm). Les isothermes d’adsorption obtenues des trois latex étudiés, différant soit par la taille soit par la charge, ont montré que, à concentration massique équivalente, le latex chargé s’adsorbe plus que le non chargé, et le latex de petite taille s’adsorbe plus que le gros latex parce qu’il y a plus de particules en interaction avec la surface. La topographie d’adsorption des particules de latex sur la surface est également différente : les latex chargés apparaissent beaucoup plus agrégés que le latex non chargé. La filmification des latex n’est pas observée pour les dosages de latex étudiés. Un accord qualitatif a été obtenu avec les simulations numériques, par méthode Monte Carlo, de l’adsorption des latex.En ce qui concerne les propriétés rhéologiques, les mesures ont été réalisées sur des suspensions de calcite dans une solution saturée d’hydroxyde de calcium. Ces mesures mettent en évidence la contribution des particules de latex au réseau granulaire qui se traduit par l’augmentation de la déformation critique avec la quantité de latex.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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