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Hydratation, Fließfähigkeit und Festigkeitsentwicklung von Portlandzement - Einfluss von Fließmitteln, Alkalisulfaten und des Abbindereglers
Eine Anwendung von Zusatzmitteln bei der Ausführung anspruchsvoller Betonbauten setzt Kenntnisse bezüglich der Wirkungsmechanismen der Betonkomponenten voraus. Hier werden Aspekte der Wechselwirkung von Zement und Fließmitteln diskutiert. Die Adsorption von Polycarboxylat-basierten Fließmitteln (Kammpolymere) ist abhängig von der Anzahl der anionischen Ladungen, der Länge der Seitenketten und dem Polymerisationsgrad der Fließmittelmoleküle. Mit der verflüssigenden Wirkung der Fließmittel wurde gezeigt, dass diese nicht am stärksten ausgeprägt ist, wenn ein hoher Adsorptionsgrad vorliegt. Vielmehr bestimmt das Verhältnis der Anzahl anionischer Ladungen zur Anzahl der Seitenketten bei polycarboxylathaltigen Fließmitteln die verflüssigende Wirkung. Polycarboxylat-Fließmittel mit hoher Anzahl anionischer Ladung benötigen längere Seitenketten für eine hohe verflüssigende Wirkung als Fließmittel mit einer geringeren Anzahl von anionischen Ladungen. Die Dispergierfähigkeit der Fließmittel korreliert mit der verflüssigenden Wirkung; unter den Fließmitteln erzielte das mit hoher Dispergierfähigkeit die höchste verflüssigende Wirkung. Die Sedimenthöhe in Gegenwart von Fließmitteln wird vermindert und der Verdichtungsgrad des Zementleimes erhöht. Besonders hohe Verdichtung wurde mit Polycarboxylat-Fließmitteln erzielt. Das Wasserangebot bei diesem Sedimentationstest war für alle Zementleime gleich. Bei gleichem Wasserangebot kann in Gegenwart von Fließmitteln aufgrund der dispergierenden Wirkung eine hohe Verdichtung erzielt werden. Hier belegten Druckfestigkeitsmessungen an Zementleimprismen, dass bei der Verwendung moderner Fließmittel auch ohne Reduktion des Wasserzementwertes eine Festigkeitssteigerung erzielt werden kann. Demnach kann der Porenraum auch bei konstantem Wasserangebot vermindert werden. Eine erhöhte Packungsdichte resultiert aus der entschäumenden Wirkung der Polycarboxylat-Fließmittel. In Gegenwart von stark dispergierenden Fließmitteln bzw. hohem Wasserangebot kann die dispergierende Wirkung zu Entmischungserscheinungen des Zementleimes führen. Um den Effekt der durch Fließmittel veränderten Zementhydratation auf die Druckfestigkeit zu evaluieren, wurde der Hydratationsgrad des Tricalciumsilicats im Zement bestimmt. Nach 7 Tagen Hydratation konnte mittels festgestellt werden, dass der Hydratationsgrad fließmittelspezifisch beeinflusst wird. Bis zum 28. Hydratationstag erfolgt eine weitgehende Angleichung des Hydratationsgrades. Eine Ausnahme stellt das am stärksten dispergierende Fließmittel dar, das nach 28 Tagen die höchste Druckfestigkeit erzielt; aber im Vergleich zu allen andern Fließmitteln einen geringeren Hydratationsgrad aufweist. Im Vergleich zur Referenzprobe ohne Fließmittel wurde gezeigt, dass der Hydratationsgrad immer erniedrigt ist. Somit spielt in Gegenwart von Polycarboxylat-Fließmitteln der Hydratationsgrad eine untergeordnete Rolle für die 28 Tage-Festigkeit. Demgegenüber wird die Festigkeitsentwicklung von Zementstein stark durch die dispergierende Wirkung dieser Fließmittel und damit der Struktur des Zementleimes bestimmt. Die Verzögerung der Hydratation in Tricalciumsilicat -Pasten ist stärker ausgeprägt als in Zementleimen. Das SNF-basierte Fließmittel (sulfoniertes Naphthalinformaldehydpolykondensat) zeigte die größten Unterschiede; in der Tricalciumsilicat-Paste wurde die Haupthydratation stark, im Zement kaum verzögert. Bei den Polycarboxylat-basierten Fließmitteln ist die Verzögerung der Haupthydratation im Zementleim deutlich stärker ausgeprägt. Demnach ist die Affinität zur bevorzugten Adsorption am Tricalciumaluminat bei dem SNF-Fließmittel stärker ausgeprägt als bei den Polycarboxylat-Fließmitteln. Die Verzögerung der Haupthydratation der Tricalciumsilicat-Pasten korreliert mit einem verzögerten Auftreten der spitznadeligen Calciumsilicathydrat-Phasen (Outer Product=Op-Calciumsilicathydrat). Das Erstarren der Zementleime beginnt mit der Haupthydratation. Die festigkeitsbildenden Hydratphasen werden durch Fließmittel beeinflusst. Bei Polycarboxylat-Fließmitteln wird ein höherer Anteil an dichten Ip- Calciumsilicathydrat Phasen gebildet. Ohne Fließmittelzugabe und in Gegenwart des Polykondensat-Fließmittels ist der Anteil an spitznadeligen Op-Calciumsilicathydrat-Phasen erhöht. Die erhöhte Verdichtung des Zementleimes am Anfang der Hydratation und damit die dispergierende Wirkung der Fließmittel auf Polycarboxylat-Basis ermöglichen eine Vernetzung der Zementkörner durch das dichte Ip- Calciumsilicathydrat. Bei erhöhtem Anteil von Ip-Calciumsilicathydrat ist es möglich, auch bei vermindertem Hydratationsgrad eine Festigkeitssteigerung zu erzielen.
Hydratation, Fließfähigkeit und Festigkeitsentwicklung von Portlandzement - Einfluss von Fließmitteln, Alkalisulfaten und des Abbindereglers
Eine Anwendung von Zusatzmitteln bei der Ausführung anspruchsvoller Betonbauten setzt Kenntnisse bezüglich der Wirkungsmechanismen der Betonkomponenten voraus. Hier werden Aspekte der Wechselwirkung von Zement und Fließmitteln diskutiert. Die Adsorption von Polycarboxylat-basierten Fließmitteln (Kammpolymere) ist abhängig von der Anzahl der anionischen Ladungen, der Länge der Seitenketten und dem Polymerisationsgrad der Fließmittelmoleküle. Mit der verflüssigenden Wirkung der Fließmittel wurde gezeigt, dass diese nicht am stärksten ausgeprägt ist, wenn ein hoher Adsorptionsgrad vorliegt. Vielmehr bestimmt das Verhältnis der Anzahl anionischer Ladungen zur Anzahl der Seitenketten bei polycarboxylathaltigen Fließmitteln die verflüssigende Wirkung. Polycarboxylat-Fließmittel mit hoher Anzahl anionischer Ladung benötigen längere Seitenketten für eine hohe verflüssigende Wirkung als Fließmittel mit einer geringeren Anzahl von anionischen Ladungen. Die Dispergierfähigkeit der Fließmittel korreliert mit der verflüssigenden Wirkung; unter den Fließmitteln erzielte das mit hoher Dispergierfähigkeit die höchste verflüssigende Wirkung. Die Sedimenthöhe in Gegenwart von Fließmitteln wird vermindert und der Verdichtungsgrad des Zementleimes erhöht. Besonders hohe Verdichtung wurde mit Polycarboxylat-Fließmitteln erzielt. Das Wasserangebot bei diesem Sedimentationstest war für alle Zementleime gleich. Bei gleichem Wasserangebot kann in Gegenwart von Fließmitteln aufgrund der dispergierenden Wirkung eine hohe Verdichtung erzielt werden. Hier belegten Druckfestigkeitsmessungen an Zementleimprismen, dass bei der Verwendung moderner Fließmittel auch ohne Reduktion des Wasserzementwertes eine Festigkeitssteigerung erzielt werden kann. Demnach kann der Porenraum auch bei konstantem Wasserangebot vermindert werden. Eine erhöhte Packungsdichte resultiert aus der entschäumenden Wirkung der Polycarboxylat-Fließmittel. In Gegenwart von stark dispergierenden Fließmitteln bzw. hohem Wasserangebot kann die dispergierende Wirkung zu Entmischungserscheinungen des Zementleimes führen. Um den Effekt der durch Fließmittel veränderten Zementhydratation auf die Druckfestigkeit zu evaluieren, wurde der Hydratationsgrad des Tricalciumsilicats im Zement bestimmt. Nach 7 Tagen Hydratation konnte mittels festgestellt werden, dass der Hydratationsgrad fließmittelspezifisch beeinflusst wird. Bis zum 28. Hydratationstag erfolgt eine weitgehende Angleichung des Hydratationsgrades. Eine Ausnahme stellt das am stärksten dispergierende Fließmittel dar, das nach 28 Tagen die höchste Druckfestigkeit erzielt; aber im Vergleich zu allen andern Fließmitteln einen geringeren Hydratationsgrad aufweist. Im Vergleich zur Referenzprobe ohne Fließmittel wurde gezeigt, dass der Hydratationsgrad immer erniedrigt ist. Somit spielt in Gegenwart von Polycarboxylat-Fließmitteln der Hydratationsgrad eine untergeordnete Rolle für die 28 Tage-Festigkeit. Demgegenüber wird die Festigkeitsentwicklung von Zementstein stark durch die dispergierende Wirkung dieser Fließmittel und damit der Struktur des Zementleimes bestimmt. Die Verzögerung der Hydratation in Tricalciumsilicat -Pasten ist stärker ausgeprägt als in Zementleimen. Das SNF-basierte Fließmittel (sulfoniertes Naphthalinformaldehydpolykondensat) zeigte die größten Unterschiede; in der Tricalciumsilicat-Paste wurde die Haupthydratation stark, im Zement kaum verzögert. Bei den Polycarboxylat-basierten Fließmitteln ist die Verzögerung der Haupthydratation im Zementleim deutlich stärker ausgeprägt. Demnach ist die Affinität zur bevorzugten Adsorption am Tricalciumaluminat bei dem SNF-Fließmittel stärker ausgeprägt als bei den Polycarboxylat-Fließmitteln. Die Verzögerung der Haupthydratation der Tricalciumsilicat-Pasten korreliert mit einem verzögerten Auftreten der spitznadeligen Calciumsilicathydrat-Phasen (Outer Product=Op-Calciumsilicathydrat). Das Erstarren der Zementleime beginnt mit der Haupthydratation. Die festigkeitsbildenden Hydratphasen werden durch Fließmittel beeinflusst. Bei Polycarboxylat-Fließmitteln wird ein höherer Anteil an dichten Ip- Calciumsilicathydrat Phasen gebildet. Ohne Fließmittelzugabe und in Gegenwart des Polykondensat-Fließmittels ist der Anteil an spitznadeligen Op-Calciumsilicathydrat-Phasen erhöht. Die erhöhte Verdichtung des Zementleimes am Anfang der Hydratation und damit die dispergierende Wirkung der Fließmittel auf Polycarboxylat-Basis ermöglichen eine Vernetzung der Zementkörner durch das dichte Ip- Calciumsilicathydrat. Bei erhöhtem Anteil von Ip-Calciumsilicathydrat ist es möglich, auch bei vermindertem Hydratationsgrad eine Festigkeitssteigerung zu erzielen.
Hydratation, Fließfähigkeit und Festigkeitsentwicklung von Portlandzement - Einfluss von Fließmitteln, Alkalisulfaten und des Abbindereglers
Hydration, flow behaviour and strength development of portland cement - influence of deflocculators, alkali sulfates and setting modifiers
Rößler, Christiane (author)
2006
100 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen
Theses
German
Zement , Portlandzement , Adsorption , Polycarbonsäure , Polymerisationsgrad , Verflüssigen , Dispergieren , Wasser-Zement-Wert , Wasserabbinden von Zement , Zementpaste , Festigkeitserhöhung , Hydratisieren , Abbinderegulierer , Erhärten (Zementabbinden) , Druckfestigkeit , Tricalciumsilicat , Tricalciumaluminat , Erstarren , Calciumsilicathydrat , Naphthalinformaldehydsulfonat , Alkalisulfat , Fließen