ω-Methoxypoly(ethylenoxid)-Methacrylsäureester-co-Methacrylsäure-co-Methallylsulfonsäure-Polycarboxylate als Fließmittel für ultra-hochfesten Beton: Synthese, Wirkmechanismus und Untersuchungen zum Synergismus von selektiv adsorbierenden Polymergemischen: Fid-Bau Portal

ω-Methoxypoly(ethylenoxid)-Methacrylsäureester-co-Methacrylsäure-co-Methallylsulfonsäure-Polycarboxylate als Fließmittel für ultra-hochfesten Beton: Synthese, Wirkmechanismus und Untersuchungen zum Synergismus von selektiv adsorbierenden Polymergemischen

Schröfl, Christof Peter

Abstract

Kamm-Copolymere aus Methacrylsäure, ω-Methoxypoly(ethylenoxid)-Methacrylsäure-Ester und Methallylsulfonsäure wurden mittels radikalischer Copolymerisation in wässriger Lösung synthetisiert und als Fließmittel für ultra-hochfesten Beton (UHPC) getestet. Neben den reinen Methacrylsäureester-basierten Polycarboxylaten wurden Gemische mit einem Allylether-Maleinsäureanhydrid-Copolymer untersucht. Als Testsystem diente ein Feinststoffgemisch aus Zement (CEM I 52,5 R HS/NA) und Mikrosilika bei einem Wasser/Zement-Wert von 0,22. Eine gute Fließfähigkeit des Leims wird durch Anmischen unter Einsatz eines Intensivmischers mit sehr hoher Scherrate erreicht. Leime aus Zement und Mikrosilika waren grundsätzlich erheblich schlechter zu verflüssigen als Zementleime ohne Silikastaub. Daraus folgt, dass Mikrosilika nicht als inerter Füllstoff der Betonrezeptur zu betrachten ist, sondern eine wesentliche Rolle bei der Dispergierung von UHPC spielt. Wesentlich für eine gute Wirksamkeit der Methacrylsäureester-basierten Polycarboxylate ist die Molekülarchitektur, d. h. die Balance zwischen Hauptkettenlänge, dem Stoffmengenverhältnis der ladungstragenden Monomere (Methacrylsäure, Methallylsulfonsäure) zum seitenkettentragenden Monomer Polyethylenoxid-Methacrylsäureester sowie der Seitenkettenlänge. Polymergemische aus den wirksamsten Methacrylsäureester- und Allylether-basierten Polycarboxylaten verflüssigen den Zement-Mikrosilika-Leim erheblich effektiver als die Einzelpolymere. Ein Masseverhältnis von Methacrylsäureester- zu Allylether-basiertem Polymer von drei zu eins erwies sich als das Optimum. Die Adsorption der Polycarboxylate auf Mikrosilika wurde durch ein zweistufiges Adsorptionsmodell erklärt; daraus wird die verbesserte Wirksamkeit der Polymergemische deutlich. Die Praxistauglichkeit der Polycarboxylate sowie der Polycarboxylatgemische wurde in Betonversuchen überprüft. Als Festbetoneigenschaft wurde die Druckfestigkeit bestimmt. Die Früh- und Endfestigkeiten waren bei Verwendung der synthetisierten Fließmittel ähnlich denen der kommerziellen Produkte. Weiterhin wurde die Verträglichkeit der Polycarboxylate mit alternativen Zementen in der UHPC-Rezeptur getestet. Darüberhinaus wurde die Wirkung der selbst synthetisierten Polycarboxylate und insbesondere der Polycarboxylat-Kombinationen an einem Gemisch aus Zement und Kalksteinmehl mittels Rheometrie untersucht. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass das Konzept der synergistischen Fließmittel-Kombination nicht auf das Zement-Mikrosilika-Gemisch beschränkt ist. Diese Erkenntnis zeigt, dass generell im Bindemittelgemisch aus Zement und einem mehlfeinen mineralischen Zuschlag eine Verflüssigung des Zements alleine nicht ausreicht. Vielmehr müssen alle Pulver-Partikel des Baustoffs durch möglichst umfangreiche Polymeradsorption dispergiert werden. Dies ist durch synergistisch und selektiv adsorbierende Komponenten eines Polymergemisches möglich.