2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid-methacrylic acid copolymer and its polyethyleneglycol derivatives as superplasticizers in concrete

Abstract

Betonda polimer kullanımı, son 30 yılda hatırı sayılır bir dikkat topladı. Süperakışkanlaştırıcılar da betonda kullanılan polimer yapılı katkılardan bir tanesidir. Polikarboksilat tipi yayılma artırıcı bir kopolimer olan 2-akrilamido?2-metil?1-propansülfonik asit (AMPS) ve metakrilik asidin (MAA) kopolimeri farklı besleme oranları ile sentezlenmiştir. Bu kopolimerin sentez yöntemi literatürden alınmıştır. Suda çözünebilen bir kopolimer olan AMPS-MAA kopolimerinin farlı türevleri, poli(etilen glikol) metil eter (PEG) ve metakrilik asidin (MAA) esterifikasyonu ile bir makromonomer sentezlenmesi (PEGMA) ve bu makromonomerin AMPS monomeriyle kopolimerizasyonu ile sentezlenmiştir (AMPS-PEGMA). Ayrıca, metil grubunun akışkanlık ve kompozisyon üzerine etkilerini incelemek için, PEG ve akrilik asidin (AA) esterifikasyonu ile elde edilen makromonomerin AMPS ile kopolimerizasyonu sonucunda oluşan kopolimer (AMPS-PEGA) sentezlenmiştir. Sentezlenen kopolimerlerin yapıları FT-IR ve NMR spektrumları ile tasdik edilmiştir. Sentezlenen kopolimerlerin çimento pastasının akışkanlığı üzerinde olan etkisi, reaksiyon pH'ı, kompozisyon, moleküler ağılık, PEG yan zincir miktarı ve PEG yan zincirinin moleküler ağırlığı açısından incelenmiştir. %40 AMPS içeren AMPS-MAA kopolimeri çimento pastasının akışkanlığı üzerinde en çok etkiye sahip olmuştur. Reaksiyon pH'ı açısından, pH 11'de sentezlenen AMPS-MAA kopolimeri en yüksek akışkanlığı göstermiştir. PEG Akrilat ve AMPS monomerlerinin oluşturduğu kopolimerler arasında, %5 PEG akrilat içeren kopolimerler (akrilat ve metakrilat) çimento pastasının yayılmasında en yüksek etkiyi göstermiştir. PEG akrilatlı kopolimerler arasında pH 6' da sentezlenen 15% AMPS-PEGA kopolimeri en yüksek yayılmayı göstermiştir. Mekanik özellikleri bakımından, 25% PEGMA ihtiva eden AMPS-PEGMA kopolimeri en yüksek bükülme dayanımını, pH 11' de sentezlenen % 60 AMPS ihtiva eden AMPS-MAA kopolimeri en yüksek basınç dayanımını göstermiştir. Bu çalışmada, ayrıca, kopolimerlerin akışkanlık davranışlarını analiz edebilmek için, zeta potansiyel ölçümleri gerçekleştirilmiştir.

Polymers in concrete have received considerable attention over the past 30 years. Superplasticizers are one of the admixtures which have polymeric structure. In this study, polycarboxylate type slump-releasing dispersant, which is a copolymer of 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid (AMPS) and methacrylic acid (MAA), was synthesized in different feed compositions. The synthesis procedure of this copolymer was retrieved from literature. The derivatives of this water-soluble copolymer (AMPS-MAA) were synthesized by a macromonomer which was synthesized by the esterification of poly(ethylene glycol) methyl ether (PEG) with MAA (PEGMA) and then copolymerizing this macromonomer with AMPS monomer, the resulting copolymer is AMPS-PEGMA. In order to study the methyl group effect on fluidity, the other type of macromonomer (PEGA), composed of PEG and acrylic acid (AA), was synthesized and copolymerized with AMPS monomer, giving AMPS-PEGA. The structures of synthesized polymers were verified by NMR and FT-IR analysis. The slump-releasing effect of the synthesized copolymers was studied in terms of reaction pH, composition, molecular weight, amount of PEG side chains, and molecular weight of PEG side chains. The AMPS-MAA copolymer with 40% AMPS content was the most effective in promoting the fluidity of cement pastes. In scope of reaction pH, the AMPS-MAA copolymer, synthesized at a pH of 11, gave the most effective result on fluidity of the cement pastes. In copolymers of PEG acrylate macromonomers and AMPS monomers, copolymers with 5% PEG acrylate content showed the highest fluidity both in copolymers of PEGA and PEGMA. In copolymers with PEG side chains, the 15% AMPS-PEGA copolymer synthesized at pH of 6 gave the most effective result on fluidity of cement pastes. In the study of mechanical properties of the mortar samples prepared by the copolymers selected, AMPS-PEGA copolymer with 25% PEG content showed the highest flexural strength, and AMPS-MAA copolymer with 60% AMPS content and a reaction pH of 11 gave the highest compressive strength. In this study, zeta potential measurements were also performed to analyze the fluidity behavior of the copolymers.