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.