Zu Einflüssen von hüttensandhaltigen und kalksteinhaltigen Zementen auf die Wirkungsweisen von Fließmitteln basierend auf Polycarboxylatether : ein multimethodaler Ansatz von der molekularen Ebene bis in Beton
Aus der Praxis ist von sog. Unverträglichkeiten zwischen Fließmitteln basierend auf dem Wirkstoff Polycarboxylatether und Zementen mit durch bspw. Hüttensand und/oder Kalkstein verringertem Klinkergehalt berichtet worden. Um die Akzeptanz jener klinkereffizienten Zemente in der Baupraxis zu erhöhen, wurde in einem multimethodalen Ansatz mit systematisch durchgeführten Untersuchungen von der molekularen Ebene bis in Beton der Kenntnisstand zu Einflüssen von hüttensand- bzw. kalksteinhaltigen Zementen auf die dosis- und zeitabhängige dispergierende Wirkung von Fließmitteln auf Basis von Polycarboxylatether zur Anwendung in Fertigteil- bzw. Transportbeton erweitert. Dazu wurden an praxisüblich konzentrierten Zementsuspensionen Konsistenzveränderungen per Rotationsrheometer und Setzfließversuch ermittelt. Zetapotenziale wurden elektroakustisch, Phasenentwicklungen differentialthermoanalytisch/röntgenografisch und das Sorptionsverhalten der Fließmittelwirkstoffe per Verarmungsmethode bestimmt. Ionische Zusammensetzungen der wässrigen Lösungen wurden u. a. chromatografisch analysiert. Sich ergänzende Untersuchungen wurden an Teilproben der gleichen Suspension durchgeführt. Mit den genannten Methoden wurden auch die sich mit steigendem Hüttensand- bzw. Kalksteingehalt im Zement einstellenden Veränderungen der fließmittelfreien Systeme bestimmt, um Einflüsse der Zementbestandteile auf die dispergierende Wirkung der Fließmittel systematisch diskutieren zu können. Die Fließmittel waren im Handel erhältliche, übliche Produkte zur Anwendung in Fertigteil- bzw. Transportbeton. Die Zemente enthielten den gleichen Klinker, sodass Ergebnisse miteinander verglichen werden können, und die Gehalte an Hüttensand bzw. Kalkstein in den Zementen wurden systematisch variiert. Die Hüttensande und Kalksteine unterschieden sich vorrangig in der für die Fließmittelwirkung vorrangig maßgebenden Mahlfeinheit oder spezifischen BET-Oberfläche bzw. im Tonmineralgehalt. Sie werden zur Zementherstellung im Werk verwendet. Betone mit hüttensand- bzw. kalksteinhaltigen Zementen können durch Polycarboxylatether verflüssigt werden. Betontechnologinnen und -technologen werden praxisnahe Empfehlungen gegeben, solche Betone zielsicherer zu verflüssigen und so das Potenzial dieser klinkereffizienten Zemente noch umfangreicher ausschöpfen zu können. Ein Modell wurde entwickelt, mit dem die Wirkungsweisen der Polycarboxylatether erklärt werden können. Eine Methode wurde erarbeitet, wässrige Lösungen zu erhalten, die die ionischen Umgebungen der Bestandteile von Suspensionen mit hüttensand- bzw. kalksteinhaltigen Zementen nachstellen. Werden sie eingesetzt, können die wirksamen Ladungsdichten von Fließmittelwirkstoffen und deren wirkliches Sorptionsverhalten an den einzelnen Zementbestandteilen sowie die realen Zetapotenziale der Bestandteile von Zementsuspensionen analysiert werden. Ein Modell zum Potenzialverlauf und zur elektrochemischen Doppelschicht in Portlandzementsuspensionen wurde auf Suspensionen mit hüttensand- bzw. kalksteinhaltigen Zementen weiterentwickelt.
In practice there have been reports of so-called incompatibilities between superplasticizers based on the active ingredient polycarboxylate ether and cements with a reduced clinker content through the use of e.g. blast furnace slag and/or limestone. In order to increase the acceptance of those clinker-efficient cements in building practice, the state of knowledge on the influences of cements containing blast furnace slag or limestone on the dose- and time-dependent dispersing effect of superplasticizers based on polycarboxylate ether for use in precast concrete products or ready-mixed concrete was expanded in a multi-method approach with systematic investigations from the molecular level to concrete. For this purpose, consistency changes of cement suspensions concentrated as usual in practice were determined by means of rotational rheometry and mini-slump flow testing. Zeta potentials were measured by electroacoustics, phase developments by differential thermal analyses/X-ray analyses and the sorption behaviour of the superplasticizers’ active ingredients by the depletion method. Ionic compositions of the aqueous solutions were analysed chromatographically. Complementary tests were carried out on subsamples of the same suspension. The methods mentioned were also used to determine the changes in the superplasticizer-free systems that occur with increasing blast furnace slag or limestone content in the cement, in order to be able to systematically discuss the influences of the cement constituents on the dispersing effect of the superplasticizers. The superplasticizers were commercially available and common products for use in precast concrete products or ready-mixed concrete. The cements contained the same clinker, so that results can be compared with each other, and the contents of blast furnace slag or limestone in the cements were systematically varied. The blast furnace slags and limestones differed in fineness or specific BET surface area or clay mineral content, which is mainly decisive for the dispersing effect. They are used for cement production in the plant. Concretes with cements containing blast furnace slag or limestone can be reliably plasticised using polycarboxylate ethers. Practical recommendations are given to concrete technologists on how to plasticise such concretes more accurately and thus exploit the potential of these clinker-efficient cements to an even greater extent. A model was developed that explains the action mechanisms of the polycarboxylate ethers. A method was developed to obtain aqueous solutions that mimic the ionic environments of the constituents of suspensions with blast furnace slag or limestone in cement. If they are used, the effective charge densities of superplasticisers’ active ingredients and their actual sorption behaviour on the individual cement constituents, as well as the real zeta potentials of the constituents in cement suspensions can be analysed. A model for the potential curve and the electro-chemical double layer in Portland cement suspensions was developed further for suspensions with cements containing blast furnace slag or limestone.
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