From microstructure to macrostructure: an integrated model of structure formation in polymer-modified concrete

Abstract

A model is proposed for the formation of the microstructure in polymer-modified cementitious materials. Cement hydration and polymer film formation were studied, with specific emphasis on the synergetic effect between cement particles and polymer particles. Alterations at the microstructure level result in macroscopic changes in the properties of the modified material. In this paper, the influence of the polymer addition on the appearance of the cement hydrates and the presence of the polymer film through the cement hydrates are presented in relation to the minimum film forming temperature. Owing to the presence of the cement particles and to cement hydration, film formation can take place at lower temperatures, so that a polymer dispersion with a slightly higher MFT (minimum film forming temperature) can be used. This is important for the physical and mechanical properties of the polymer-modified materials. The findings have been included in an integrated model based on the three-step model of Ohama, in which the polymer film formation and the cement hydration processes are integrated in relation to each other. A time-dependent evaluation of both processes was incorporated. The research presented in this paper was part of a PhD research at the Civil Engineering Department, University of Leuven, Belgium [1].

Résumé

L'auteur présante un modèle de la formation de la microstructure dans les matériaux hydrauliques modifiés aux polymères. L'étude porte non seulement sur l'hydratation du ciment, ainsi que la formation du film polymérique, mais aussi spécifiquement sur les effets synergétiques entre les particules de ciment et les particules de polymères. Les altérations au niveau de la microstructure entraînent des changements macroscopiques des propriétés du matériau modifié. Cette communication présente l'influence de l'ajout de polymères sur l'aspect des hydrates de ciment et la présence du film polymérique parmi les hydrates de ciment, en relation avec la température minimale de formation du film. En raison de la présence des particules de ciment et de l'hydratation du ciment, le film peut se former à des températures plus basses, si bien qu'on peut utiliser une dispersion polymérique ayant une température minimale de formation du film légèrement supérieure. Cela est important pour les propriétés physiques et mécaniques du matériau modifié aux polymères. Les résultats sont synthétisés dans un modèle intégré, basé sur le modèle à trois niveaux d'Ohama, dans lequel sont intégrés les processus de formation du film et d'hydratation du ciment, l'un par rapport à l'autre. Une évaluation des deux processus en fonction du temps est incorporée. La recherche présentée dans cette communication faisait partie d'une thèse de doctorat au département d'ingénierie civile de l'Université catholique de Louvain en Belgique [1].