Einfluss von Alkalisulfaten auf das rheologische

Einfluss von K2SO4 auf das
rheologische Verhalten von
Zementleimen mit Fließmitteln
Hana Kučerová
Institut für Baustofftechnologie
und Bauteile
Technische Universität in Brno (CZ)
Christiane Rößler
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 R
C 3S
C 2S
C 3A
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
XRD-Rietveld-Analyse
Bezeichnung
von Zementleimen
K2SO4-Lösung
K2SO4Zugabe
K2Owl
K2SO4
gesamt.
0M
0%
0,4%
0,74%*
Z_0,12M K2SO4
0,12 M
0,83%
0,85% *
1,57%*
Z_0,18M K2SO4
0,18 M
1,2%
1,05% *
1,94%*
Z_0,29M K2SO4
0,29 M
2,74%
1,48% *
2,74%*
Z_0M K2SO4
M = mol/l
* theoretisch
Verwendete Materialien: Fließmittel
Fließmittel
PC 1
PC 2
NSF
Basis
PCE
PCE
NSF
3,5
8
--
niedrig
hoch
--
Transportbeton
Fertigteilbeton
Transportbeton
Verhältnis
COO- / Ester
Molekulargewicht
der Seitenketten
Anwendung
Wasser/Zement-Wert = 0,39
COO-: negativ
Ester: neutral
COO- / Ester = klein
COO- / Ester = hoch
Vorversuch: Messung des Drehmoments
Auswahl der FM-Dosierung für die Untersuchungen
Drehmoment nach 30 min (Nmm)
220
200
PC1_0 M K2SO4
PC2_0 M K2SO4
NSF_0M K2SO4
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
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 %
Messfehler: ± 8,4 Nmm (für 220 Nmm)
± 1,3 Nmm (für 45Nmm)
Messung mit dem Viskomat NT
Einfluss der K2SO4-Konzentration auf das Ansteifen
0,29 M – nicht messbar
270
Drehmoment (Nmm)
K2SO4 -Konzentration
0,18M
240
210
0 mol/l (M)
180
0,12 M
150
0,12M
0M
0,18 M
120
90
0,29 M
60
FM-Dosierung: 1,5%
30
W/Z=0,39
0
0
20
PC 1
40
60
PC 2
80
100
NSF
120
Zeit (min)
ohne Fließmittel
Messung mit dem VISKOMAT NT
Einfluss der K2SO4-Konzentration auf die
Verflüssigung eines Fließmittels auf NSF-Basis
150
Drehmoment (Nmm)
120
0M
90
0,29M K2SO4
60
0,18M K2SO4
30
0,12M K2SO4
Zeit (min)
0
0
20
40
(NSF -Dosierung 1,5%, W/Z=0,39)
60
80
100
120
Messung mit dem VISKOMAT NT
Einfluss der K2SO4-Konzentration auf die Verflüssigung
eines Fließmittels auf PCE-Basis: PC1
150
Drehmoment (Nmm)
120
90
0,29M K2SO4
60
0,18M K2SO4
0,12M K2SO4
30
0M
Zeit (min)
0
0
20
40
60
(PC1, PC2 -Dosierung 0,4%, W/Z=0,39)
80
100
120
Messung mit dem VISKOMAT NT
Einfluss der K2SO4-Konzentration auf die
Verflüssigung eines Fließmittels auf PCE-Basis: PC2
150
Drehmoment (Nmm)
120
0,29M K2SO4
90
0M
0,18M K2SO4
60
0,12M K2SO4
30
Zeit (min)
0
0
20
40
(PC1, PC2 -Dosierung 0,4%, W/Z=0,39)
60
80
100
120
TOC-Analyse der Porenlösung
Adsorption von FMn nach 10 min
Einfluss der K2SO4-Konzentration
100
90
80
Adsorption %
70
60
50
40
30
20
10
PC 1
0,4%
PC 2
0,4%
0 0,18
0
PC 1 -1,5%
PC 2 -1,5%
NSF -1,5%
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
XRD-Rietveld-Analyse:
Syngenitbildung nach 10 min Hydratation
3
unhydratisiert
Gehalt an Syngenit (%)
2,5
referenz
2
PC1-1,5%
PC2-1,5%
1,5
NSF-1,5%
1
0,5
0
unhydratisiert
0M K2SO4
(0,4% K2Owl)
0,12M K2SO4
0,18M K2SO4
(0,85% K2Owl)
(1,05% K2Owl)
XRD-Rietveld-Analyse:
C3A-Gehalt nach 10 min Hydratation
9
8
Gehalt an C 3A (%)
7
6
unhydratisiert
5
referenz
4
PC 1-1,5%
3
PC 2-1,5%
2
NSF-1,5%
1
0
unhydratisiert
0M K2SO4
0,12M K2SO4
0,18M K2SO4
ESEM-FEG: Hydratationsprodukte nach 10min
Hydratation
Referenzprobe + 0,18 M K2SO4
Syngenit
Referenzprobe + 0 M K2SO4
Ettringit
Ettringit
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.