View
2
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Einfluss von K2SO4 auf dasrheologische Verhalten vonZementleimen mit Fließmitteln
F.A. Finger-Institutfür Baustoffkunde
Bauhaus-Universität Weimar
Institut für Baustofftechnologieund BauteileTechnische Universität in Brno (CZ)
Christiane RößlerHana Kučerová
Mögliche Reaktionen am BeginnZementhydratation
Ettringit (Monosulfat)-Bildung / pH (Locher)3K2SO4+ C3A + 3Ca(OH)2 + 32H2O C3A.3CaSO4.32H2O + 6KOHK2SO4+ 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 undFließmittelmolekülen
Verminderung der Adsorption von Fließmitteln an die Oberfläche vonZementteilchen
(Yamada et.al., Aïtcin et.al. – Untersuchungen mit Na2SO4)
Ziel der Untersuchungen
Der Verlust der Zementleimfließfähigkeit in Anwesenheit vonFließmitteln und Alkalisulfaten wird oft nur mittels derFließmitteladsorption erklärt.
Erweiterung des Models um die Erkenntnisse mikrostrukurellerUntersuchungen (ESEM – FEG, XRD – Rietveld etc.)
Einfluss von Fließmitteln auf die Bildung von Syngenit
Kombination der rheologischen Daten und Adsorptionmessungen mitmikrostrukurellen Untersuchungsmethoden.
Methoden
Fließfähigkeit und Rücksteifen des Zementleimes:VISKOMAT NT (Messung des Drehmoments unterkontinuierlicher Scherbelastung während der ersten zweiStunden der Hydratation)
Adsorption von FMn: TOC-Analyse der Porenlösung
Phasenzusammensetzung der Zementleime:quantitative XRD-Analyse (Rietveld-Methode) an Rückständen vonSalicylsäureaufschlüssenArt und Morphologie der Hydratationsprodukte:ESEM-FEG Untersuchungen
Verwendete Materialien: Zement
5170cm2/g0,06%0,4%2,3 ± 0,1%7,5 ± 0,3 %15,9 ± 0,8%61,5 ± 0,9 %
BlaineNa2OwlK2OwlC4AFC3AC2SC3S
CEM I 52,5 R
M = mol/l0,29 MZ_0,29M K2SO4
0,18 MZ_0,18M K2SO4
0,12 MZ_0,12M K2SO4
0 MZ_0M K2SO4
K2SO4-LösungBezeichnungvon Zementleimen
* theoretisch2,74%*1,48% *2,74%1,94%*1,05% *1,2%1,57%*0,85% *0,83%0,74%*0,4%0%
K2SO4
gesamt.K2Owl
K2SO4-Zugabe
XRD-Rietveld-Analyse
Verwendete Materialien: Fließmittel
TransportbetonFertigteilbetonTransportbetonAnwendung
--hochniedrigMolekulargewichtder Seitenketten
--83,5VerhältnisCOO- / Ester
NSFPCEPCEBasis NSFPC 2PC 1Fließmittel
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 2FM-Dosierung in %
Dre
hmom
ent n
ach
30 m
in (N
mm
)
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)
Dreh
mom
ent (
Nmm
)
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 dieVerflüssigung 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
hmom
ent (
Nm
m)
(PC1, PC2 -Dosierung 0,4%, W/Z=0,39)
Messung mit dem VISKOMAT NTEinfluss der K2SO4-Konzentration auf die Verflüssigungeines Fließmittels auf PCE-Basis: PC1
0M
0,18M K2SO40,12M K2SO4
0,29M K2SO4
0
30
60
90
120
150
0 20 40 60 80 100 120
Zeit (min)
Dre
hmom
ent (
Nm
m)
Messung mit dem VISKOMAT NTEinfluss der K2SO4-Konzentration auf dieVerflüssigung eines Fließmittels auf PCE-Basis: PC2
(PC1, PC2 -Dosierung 0,4%, W/Z=0,39)
0M0,18M K2SO4
0,12M K2SO4
0,29M K2SO4
0
30
60
90
120
150
0 20 40 60 80 100 120
Zeit (min)
Dre
hmom
ent (
Nm
m)
TOC-Analyse der PorenlösungAdsorption von FMn nach 10 minEinfluss der K2SO4-Konzentration
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
����������������
����������������
����������������
����������������
����������������
����������������
����������������
����������������
����������������
����������������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Adso
rptio
n %
PC 1 -1,5% PC 2 -1,5% NSF -1,5%PC 10,4%
PC 20,4%
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
Geh
alt a
n S
ynge
nit (
%)
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
Geh
alt a
n C
3A (%
)
unhydratisiert
referenz
PC 1-1,5%
PC 2-1,5%
NSF-1,5%
ESEM-FEG: Hydratationsprodukte nach 10minHydratation
Syngenit
EttringitEttringit
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 istes möglich Syngenit in allen Proben nachzuweisen.Durch Zugabe von K2SO4 erhöht sich die Syngenitmenge während derHydratation.Fließmittel beeinflussen die Syngenitbildung spezifisch.Die höchste Verflüssigung wurde mit PC 1 erzielt. Dies korreliert mitdem geringeren Syngenitgehalt.Der C3A-Abbau wird im untersuchten Zement durch Zugabe von FMnund K2SO4 nicht nachweisbar verändert.
Einfluss von Na2SO4auf das Ansteifen
150
180
210
240
270
300
0 20 40 60 80 100 120
Zeit (min)
Dre
hmom
ent (
Nm
m)
Z_0M
Z_0.12M K2SO4
Z_0.18M K2SO4
150
180
210
240
270
300
0 20 40 60 80 100 120
Zeit (min)
Dre
hmom
ent (
Nm
m) Z_0M
Z_0.12M Na2SO4
Z_0.18M Na2SO4
Z_0,29M Na2SO4
Z_0.29M K2SO4 – nicht messbar
Zementleime ohne FMmit K2SO4 - Zugabe
Zementleime ohne FMmit Na2SO4 - Zugabe
Messung mit demViskomat NTK2SO4-Zugabe
versus
Na2SO4-Zugabe
REFERENZ
0M
0,18M Na2SO4
0,12M Na2SO4
0,29 M Na2SO4
0
30
60
90
120
150
0 20 40 60 80 100 120
Zeit (min)
Dre
hmom
ent (
Nm
m)
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
hmom
ent (
Nm
m)
Zementleime mit NSF-1,5%mit Na2SO4 - Zugabe
Zementleime mit NSF-1,5%mit K2SO4 - Zugabe
Messung mit demViskomat NTK2SO4-Zugabe
versus
Na2SO4-Zugabe
NSF
0M
0,18M Na2SO40,12M
Na2SO4
0,29M Na2SO4
0
30
60
90
120
150
0 20 40 60 80 100 120
Zeit (min)
Dre
hmom
ent (
Nm
m)
0M
0,18M K2SO40,12M K2SO4
0,29M K2SO4
0
30
60
90
120
150
0 20 40 60 80 100 120
Zeit (min)
Dre
hmom
ent (
Nm
m)
Zementleime mit PC1-0,4%
mit Na2SO4 - Zugabe
Zementleime mit PC1-0,4%mit K2SO4 - Zugabe
Messung mit demViskomat NTK2SO4-Zugabe
versus
Na2SO4-Zugabe
PC 1
0M
0,18M Na2SO40,12M Na2SO4
0,29M Na2SO4
0
30
60
90
120
150
0 20 40 60 80 100 120
Zeit (min)
Dre
hmom
ent (
Nm
m
0M0,18M K2SO4
0,12M K2SO4
0,29M K2SO4
0
30
60
90
120
150
0 20 40 60 80 100 120
Zeit (min)
Dre
hmom
ent (
Nm
m)
Zementleime mit PC2-0,4%
mit Na2SO4 - Zugabe
Zementleime mit PC2-0,4%mit K2SO4 - Zugabe
Messung mit demViskomat NTK2SO4-Zugabe
versus
Na2SO4-Zugabe
PC 2
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
unhydratisiert 0M K2SO4 0,12M K2SO4 0,18M K2SO4
Geh
alt a
n Sy
ngen
it (%
)
unhydratisiert
referenz
PC1-1,5%
PC2-1,5%
NSF-1,5%
XRD-Rietveld-Analyse:Syngenitbildung nach10 min Hydratation
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
Geh
alt a
n Sy
ngen
it (%
)
unhydratisiertreferenzPC 1-1,5%PC 2-1,5%NSF-1,5%
0,18M Na2SO4
Zugabe von K2SO4
Zugabe von Na2SO4
ESEM:Hydratationsproduktenach 2 Stunden Hydratation
Referenzprobe + 0,29 M Na2SO4
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
Referenzprobe
00,5
11,5
22,5
33,5
44,5
0M K2SO4 0,29MK2SO4
0,29MNa2SO4
Geh
alt a
n Sy
ngen
it (%
)XRD-Rietveld-Analyse:Gehalt an Syngenit
Syngenitbildung und Ansteifen(Refenzproben)
Zugabe von K2SO4 SyngenitbildungGleich nach dem Anmischen: schneller Anstieg des ScherwiderstandesMechanische Zerstörung von Syngenitkristallen infolge derScherbelastung während der Viskomatmessung Senkung desScherwiderstandesDie Syngenitmenge > 1 % erhöht den Scherwiderstand signifikantBei der Syngenitbildung wird weniger Wasser chemisch gebunden als beider Ettringitbildung, dies evtl. vermindert das Rücksteifen.
Zugabe von Na2SO4Signifikanter Anstieg des Scherwiderstandes erst bei hohen Na2SO4 –Konzentrationen (0,29M) infolge der erhöhten Ettringitbildung (XRD-Analyse)Keine Verminderung des Rücksteifens.
Syngenitbildung und Ansteifen inGegenwart von Fließmitteln
Na2SO4 K2SO4
Einfluss von FM-Adsorption und Syngenitbildung auf:1. Scherwiderstand
Verminderungkein EffektPCE
Verminderung (0,12M – 0,29M)Verminderung(0,12M/0,18M)NSF
2. Rücksteifen
zuerst Senkung (0,12M)dann Anstieg (ab 0,18M)
zuerst Senkung(0,12M/0,18M) dann
Anstieg (0,29M)NSF
Anstieg ab 0,12MAnstieg ab 0,29MPCE
Zugabe von Na2SO4 beeinflusst: FM-AdsorptionZugabe von K2SO4 beeinflusst: FM-Adsorption und Syngenitbildung
0M K2SO4 0,12M K2SO4 0,18M K2SO4 0,29M K2SO4
Wirkungsbereich von Fließmittelnin Abhängigkeit von K2Owl- undNa2Owl – Gehalt im Zement
0M Na2SO4 0,12M Na2SO4 0,18M Na2SO4 0,29M Na2SO4
0,06 %Na2OWL 0,35% Na2OWL 0,5% Na2OWL 0,76% Na2OWL
0,4 %K2OWL 0,85% K2OWL 1,05% K2OWL 1,48% K2OWL
NSF
PCE NSF
PCE
Zusammenfassung
Das rheologische Verhalten von Portlandzement wird kontrolliert durch:
• Gehalt an Na2SO4 und K2SO4 im Zement
• Adsorptionsverhalten der FM
• Reaktivität und Menge an C3A
Um die Verflüssigung von FM mit verschiedenen Zementen vorherzusagen,muss zuerst die Phasenbildung der Zementhydratation qualitativ undquantitativ beschrieben werden.
nein
vermindertNa2SO4
ja- vom FM spezifisch beeinflusst(gering adsorbierende FMunterdrücken)- Syngenitgehalt > 1%: signifikanterEinfluss auf den Scherwiderstand
Syngenitbildung
vermindertFM-AdsorptionK2SO4
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Der Beitrag wurde aus den Mitteln des Projekts GA ČR Nr.103/04/0668 und vom FIB Uni-Weimar finanziell unterstüzt.
Recommended