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.