einfluss von k 2 so 4 auf das rheologische verhalten von zementleimen mit fließmitteln hana...
TRANSCRIPT
Einfluss von K2SO4 auf das rheologische Verhalten von Zementleimen mit Fließmitteln
Hana Kučerová Christiane RößlerInstitut für Baustofftechnologie
und Bauteile
Technische Universität in Brno (CZ)
F.A. Finger-Institut
für Baustoffkunde
Bauhaus-Universität Weimar
Mögliche Reaktionen am Beginn Zementhydratation
Ettringit (Monosulfat)-Bildung / pH (Locher) 3K2SO4+ C3A + 3Ca(OH)2 + 32H2O C3A.3CaSO4.32H2O + 6KOH K2SO4+ C3A + Ca(OH)2 + 12H2O C3A.CaSO4.12H2O + 2KOH
Erhöhung des pH – Wertes der Porenlösung Auflösung von Aluminat und Sulfatträger
Syngenitbildung (Glasser et.al.) CaSO4.2H2O + K2SO4 K2SO4.CaSO4.H2O + H2O
falsches Erstarren
Kompetetive Adsorption zwischen SO4 – Ionen und Fließmittelmolekülen Verminderung der Adsorption von Fließmitteln an die Oberfläche von
Zementteilchen
(Yamada et.al., Aïtcin et.al. – Untersuchungen mit Na2SO4)
Ziel der Untersuchungen
Der Verlust der Zementleimfließfähigkeit in Anwesenheit von Fließmitteln und Alkalisulfaten wird oft nur mittels der Fließmitteladsorption erklärt. Erweiterung des Models um die Erkenntnisse mikrostrukureller
Untersuchungen (ESEM – FEG, XRD – Rietveld etc.)
Einfluss von Fließmitteln auf die Bildung von Syngenit
Kombination der rheologischen Daten und Adsorptionmessungen
mit mikrostrukurellen Untersuchungsmethoden.
Methoden
Fließfähigkeit und Rücksteifen des Zementleimes: VISKOMAT NT (Messung des Drehmoments unter
kontinuierlicher Scherbelastung während der ersten zwei Stunden der Hydratation)
Adsorption von FMn: TOC-Analyse der Porenlösung Phasenzusammensetzung der Zementleime:
quantitative XRD-Analyse (Rietveld-Methode) an Rückständen von Salicylsäureaufschlüssen
Art und Morphologie der Hydratationsprodukte: ESEM-FEG Untersuchungen
Verwendete Materialien: Zement
CEM I 52,5 RC3S C2S C3A C4AF K2Owl Na2Owl Blaine
61,5 ± 0,9 % 15,9 ± 0,8% 7,5 ± 0,3 % 2,3 ± 0,1% 0,4% 0,06%5170 cm2/g
Bezeichnung
von ZementleimenK2SO4-Lösung
Z_0M K2SO4 0 M
Z_0,12M K2SO4 0,12 M
Z_0,18M K2SO4 0,18 M
Z_0,29M K2SO4 0,29 M
M = mol/l
K2SO4-Zugabe
K2Owl
K2SO4
gesamt.
0% 0,4% 0,74%*
0,83% 0,85% * 1,57%*
1,2% 1,05% * 1,94%*
2,74% 1,48% * 2,74%*
* theoretisch
XRD-Rietveld-Analyse
Verwendete Materialien: Fließmittel
Fließmittel PC 1 PC 2 NSF
Basis PCE PCE NSF
Verhältnis
COO- / Ester3,5 8 --
Molekulargewicht der Seitenketten
niedrig hoch --
Anwendung Transportbeton Fertigteilbeton Transportbeton
COO-: negativ
Ester: neutral
COO- / Ester = hochCOO- / Ester = klein
Wasser/Zement-Wert = 0,39
Vorversuch: Messung des DrehmomentsAuswahl der FM-Dosierung für die Untersuchungen
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2
FM-Dosierung in %
Dre
hm
om
en
t n
ac
h 3
0 m
in (
Nm
m)
PC1_0 M K2SO4 PC2_0 M K2SO4 NSF_0M K2SO4
Messfehler: ± 8,4 Nmm (für 220 Nmm) ± 1,3 Nmm (für 45Nmm)
Messung mit dem Viskomat NTEinfluss der K2SO4-Konzentration auf das Ansteifen
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
0 20 40 60 80 100 120Zeit (min)
Dre
hm
om
ent
(Nm
m)
PC 1 PC 2 NSF ohne Fließmittel
K2SO4 -Konzentration
0 mol/l (M)
0,12 M
0,18 M
0,29 M
FM-Dosierung: 1,5%
W/Z=0,39
0,18M
0M0,12M
0,29 M – nicht messbar
Messung mit dem VISKOMAT NTEinfluss der K2SO4-Konzentration auf die Verflüssigung eines Fließmittels auf NSF-Basis
(NSF -Dosierung 1,5%, W/Z=0,39)
0M
0,18M K2SO4
0,12M K2SO4
0,29M K2SO4
0
30
60
90
120
150
0 20 40 60 80 100 120
Zeit (min)
Dre
hm
om
en
t (N
mm
)
(PC1, PC2 -Dosierung 0,4%, W/Z=0,39)
Messung mit dem VISKOMAT NTEinfluss der K2SO4-Konzentration auf die Verflüssigung eines Fließmittels auf PCE-Basis: PC1
0M
0,18M K2SO4
0,12M K2SO4
0,29M K2SO4
0
30
60
90
120
150
0 20 40 60 80 100 120
Zeit (min)
Dre
hm
om
en
t (N
mm
)
Messung mit dem VISKOMAT NTEinfluss der K2SO4-Konzentration auf die Verflüssigung eines Fließmittels auf PCE-Basis: PC2
(PC1, PC2 -Dosierung 0,4%, W/Z=0,39)
0M
0,18M K2SO4
0,12M K2SO4
0,29M K2SO4
0
30
60
90
120
150
0 20 40 60 80 100 120
Zeit (min)
Dre
hm
om
en
t (N
mm
)
TOC-Analyse der PorenlösungAdsorption von FMn nach 10 min Einfluss der K2SO4-Konzentration
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Ads
orpt
ion
%
PC 1 -1,5% PC 2 -1,5% NSF -1,5%PC 1 0,4%
PC 2 0,4%
0 0,18 0 0,18 0 0,12 0,18 0,29 0 0,12 0,18 0,29 0 0,12 0,18 0,29
[M ]K2SO4
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
unhydratisiert 0M K2SO4 0,12M K2SO4 0,18M K2SO4
Ge
ha
lt a
n S
yng
en
it (%
)
unhydratisiert
referenz
PC1-1,5%
PC2-1,5%
NSF-1,5%
XRD-Rietveld-Analyse: Syngenitbildung nach 10 min Hydratation
(0,4% K2Owl) (0,85% K2Owl)(1,05% K2Owl)
XRD-Rietveld-Analyse: C3A-Gehalt nach 10 min Hydratation
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
unhydratisiert 0M K2SO4 0,12M K2SO4 0,18M K2SO4
Ge
ha
lt a
n C
3A (
%)
unhydratisiert
referenz
PC 1-1,5%
PC 2-1,5%
NSF-1,5%
ESEM-FEG: Hydratationsprodukte nach 10min Hydratation
Syngenit
Ettringit
Ettringit
Referenzprobe + 0 M K2SO4
Referenzprobe + 0,18 M K2SO4
Zusammenfassung
Fließmittel – Eigenschaften: Verflüssigung: PCE (PC1 > PC2) >> NSF Rücksteifen: in Zementleimen mit PC 2 und NSF
Adsorption von FMn: tendenzielle Verminderung durch K2SO4-Zugabe Bei gleicher FM-Dosierung: NSF > PCE (PC2 > PC1)
Mittels Rietveld-Analyse an Rückständen vom Salicylsäureaufschluß ist es möglich Syngenit in allen Proben nachzuweisen.
Durch Zugabe von K2SO4 erhöht sich die Syngenitmenge während der Hydratation.
Fließmittel beeinflussen die Syngenitbildung spezifisch. Die höchste Verflüssigung wurde mit PC 1 erzielt. Dies korreliert mit dem
geringeren Syngenitgehalt. Der C3A-Abbau wird im untersuchten Zement durch Zugabe von FMn
und K2SO4 nicht nachweisbar verändert.