Einfluss von Fließmitteln auf PC-Basis auf die Hydratation von ternären Mischzementen

In den letzten Jahrzehnten wurden in der Betontechnologie vermehrt mineralische Zusatzstoffe wie Flugasche sowie chemische Zusatzmittel, insbesondere Fließmittel, eingesetzt. Mineralische und chemische Zusätze bewirken Veränderungen der physikalischen und chemischen Eigenschaften.

Durch die Zugabe von Calciumhydroxid (CH) und Fließmittel auf der Basis von Polycarboxylat (PC) zu einem Portlandflugaschezement werden die Eigenschaften der Mischung stark verändert. Untersucht wurde die Hydratation von Portlandzement, welcher mit 20 M.-% Flugasche und 5,0 M.-% Calciumhydroxid abgemischt und mit 0,5 M.-% Fließmittel versetzt wurde. Es wurde das Verhalten der Mischungen im Hinblick auf Konsistenz, Abbinden, Wasserdurch­lässigkeit, Druckfestigkeit und Dehnung in korrosiver Atmosphäre bestimmt. Die Wärmeentwicklung während der Hydratation wurde mittels isothermer Wärmeflusskalorimetrie gemessen; mittels IR-Spektroskopie sind die Hydratationsprodukte charakterisiert worden. Mit der Mößbauer-Spektroskopie wurden Symmetrieänderungen der Eisenionen während der Hydratation untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Zugabe von CH in Kombination mit einem Fließmittel die Druckfestigkeit erhöht, indem zum einen CSH-Phasen modifiziert und sich zum anderen zusätzliche nanoskopische Hydratationsprodukte bilden.

 

1 Einleitung 

Zement ist heutzutage unstrittig das bedeutendste und am häufigsten produzierte Bindemittel und somit im Bau­wesen weltweit unverzichtbar. Zur Kostenreduzierung und zur Verringerung der Emission des Treibhausgases CO2 sowie zur Qualitätsverbesserung von Betonen, ist man derzeit quasi gezwungen, den Zement mit mineralischen Zusatzstoffen abzumischen. Die Entwicklung neuer Materialien und Technologien unter Verwendung von industriellen Nebenprodukten ist daher für die Zement- und Betonindustrie von großem Interesse. Hauptfokus ist allerdings die Einsparung von Energie und CO2-Emissionen. Flugasche (FA) ist in Beton ein häufig eingesetzter Zusatzstoff mit puzzolanischen Eigenschaften. Wird FA mit Portlandzement vermischt, lösen sich SiO2 und Al2O3 aus der Glasphase der FA aufgrund des hohen pH-Wertes der Porenlösung, reagieren puzzolanisch mit Ca(OH)2 und bilden Hydratationsprodukte ähnlich denen, die bei der Hydratation von herkömmlichem CEM I-Portlandzement entstehen [1–3]. Da während der puzzolanischen Reak­tion Ca(OH)2 verbraucht wird, verringert sich der pH-Wert des Zementleims. Dies kann im Stahlbeton zur Korrosion des Betonstahls führen. Darum ist es ratsam, der FA-Zement-Mischung zusätzlich Ca(OH)2 beizumischen. Wenn Ca(OH)2 in ausreichender Menge dem mit FA vermengten Zement beigefügt wird, spricht man von ternären Mischzementen (engl. ternary blended cement). Jedoch vergrößert sich durch die Zugabe von Ca(OH)2 die Gesamtoberfläche der Bindemittelmischung, was i. d. R. zu einer schlechteren Verarbeitbarkeit führt. Um dem entgegenzuwirken, werden geeignete Fließmittel zugegeben, mit dem Ziel, Konsistenz und Verarbeitbarkeit zu verbessern, ohne den w/z-Wert zu erhöhen. Der Einsatz von Fließmitteln bei der Herstellung von Beton ist Stand der Technik und weit verbreitet [4,5].

Wird im Bindemittelgemisch Portlandzement in Teilen durch FA ersetzt, hat dies eine geringere Anfangsfestigkeit zur Folge. Diese Tatsache stellt eine Hürde für die Verwendung von Flugaschebetonen im Fertigteilbau dar. Es ist daher äußerst wichtig, die Anfangsfestigkeit der Flugaschebetone zu verbessern. Zahlreiche Versuche, die Reaktivität von FA zu erhöhen, wurden bereits durchgeführt, aber keiner führte zu einem zufriedenstellenden Ergebnis. Es wurde berichtet, dass die Kombination von CaCl2 mit Diethanol-isopropanolamin die Frühfestigkeit von herkömmlichem Portlandflugaschezement (OPC-FA-Zement) erhöht [6]. Bei der Verwendung von CaCl2 kann es jedoch zu Dauerhaftigkeitsproblemen des Betons kommen. Unlängst wurde zwar der Effekt von CH in OPC-FA-Zement ohne Einsatz von Fließmitteln untersucht, jedoch wurde die Festigkeit in den ersten Stunden der Hydratation nicht gemessen [7]. Ziel der aktuellen Studie ist es daher, die Hydratationsmechanismen von OPC-FA-CH-Gemischen unter Verwendung von Fließmitteln zu untersuchen, wobei besonderes Augenmerk auf die Erhöhung der Frühfestigkeit gelegt wurde. In der vorliegenden Arbeit wurden die physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften von OPC-FA-CH-Zementleimen in Gegenwart von Fließmitteln (FM) untersucht und die Wirkmechanismen werden erläutert.  

 

2 Versuchsaufbau 

2.1 Materialien 

Für die Hydratationsuntersuchungen wurde Portlandzement des Herstellers Vikram Cement aus Indien verwendet. Die Flugasche kam aus dem indischen Wärmekraftwerk Dadri. Als Fließmittel kam der Hochleistungsverflüssiger Glenium 51 (BASF, Indien) auf Polycarboxylatbasis zum Einsatz. Es wurde eine Zementmischung aus 80 M.-% OPC und 20 M.-% FA hergestellt. Dieser Mischung wurden 5 M.-% CH hinzugefügt und somit der gewünschte OPC-FA-CH-ternäre Mischzement erstellt.  

 

3 Versuchsdurchführung

3.1 Konsistenzbestimmung 

Die Konsistenzen wurden gemäß DIN EN 13395-1: 2002 ermittelt. 

 

3.2 Bestimmung der Abbindezeiten 

Der Zeitraum vom Abbindebeginn bis zum Erstarrungsende wurde mit einem Vicat-Gerät ermittelt (DIN EN 480-2: 2006-11).

 

3.3 Vorbereitung der Probekörper 

Für Mischungen mit einem Wasser/Feststoff-Wert von 0,5 wurden jeweils 10 g OPC, OPC-FA und OPC-FA-CH mit 5 ml Wasser oder 5 ml fließmittelhaltiger Lösung (0,2 und 0,5 M.-% Fließmittel (FM) bezogen auf OPC) in Polyethylenbeuteln gemischt. Zur Vermeidung der Karbonatisierung der Proben, wurde die Luft aus den Beuteln entfernt. Die Hydratationsreaktionen liefen bei einer konstanten Temperatur von 35 °C ab und wurden nach definierten Zeiten (1, 3, 7, 14 und 28 Tagen) mit Isopropylalkohol und Diethylether unterbrochen. Die hydratisierten Probekörper wurden danach für eine Stunde bei 105 °C konditioniert, in Polyethylenbeuteln gelagert und im Trockenschrank unter definierten Bedingungen aufbewahrt.

 
3.4 Bestimmung der Wasserdurchlässigkeit mit
einem Permeabilitätsmessgerät 

Folgende Mischungen wurden vorbereitet und separat mit jeweils 42 ml Wasser vermengt, um ein konstantes Wasser/Feststoff-Verhältnis zu erhalten. 

(i)  140 g OPC + 700 g Sand,

(ii) 112 g OPC + 28 g FA + 700 g Sand

(iii) 133 g OPC + 7 g CH + 700 g Sand

(iv) 105 g OPC + 28 g FA + 700 g Sand + 7 g CH

(v) 105 g OPC + 28 g FA + 700 g Sand + 7 g CH + 0,7 g FM

Die Bindemittelleime wurden in einem Hobart-Mischer homogen vermischt. Jeder Bindemittelleim wurde in eine Form gefüllt, die nach 24 h ausgeschalt wurde. Die Proben wurden einzeln unter Wasser liegend 21 Tage gelagert. Die Probekörper wurden dann in ein Permeabilitätsmessgerät eingespannt und mit einem Druck von 2,0 kg/cm2 belastet; der Druck wurde dabei langsam von 0,5 auf 2,0 kg/cm2 erhöht. Die Permeabilität wurde über 8 h lang stündlich gemessen.

 

3.5 Bestimmung der Druckfestigkeit 

Die Druckfestigkeiten wurden mit einer Universalprüfpresse bestimmt. Es wurden die Druckfestigkeiten der Zementmörtel (OPC/Sand = 1/3) in Abwesenheit sowie in Gegenwart von FA, CH und 0,5 M.-% FM nach unterschiedlichen Hydratationszeiten ermittelt.

 

3.6 Auswirkungen einer korrosiven Atmosphäre auf den hydratisierenden Zement  

Es wurden zylindrische Probekörper (Ø 3,0 cm; Länge 3,0 cm) mit w/z-Werten von 0,3 aus OPC, OPC-FA und OPC-FA-CH sowohl mit als auch ohne 0,5 M.-% FM hergestellt. Nach 24 Stunden wurden die Zylinder entschalt und zum Aushärten 28 Tage unter Wasser gelagert. Im Anschluss wurden die Probekörper in einer verdünnten H2SO4-Lösung (N/60) gelagert. Mit Hilfe des Le Chatelier-Prüfgeräts wurde die Ausdehnung als Funktion der Zeit gemessen.

 

3.7 Aufnahme der FTIR-Spektren 

Mit einem FTIR Spektrometer der Firma PerkinElmer wurden im Messbereich zwischen 4000 und 600 cm-1 FT-Infrarotspektren von den Probestücken aufgenommen, wobei jeweils 8–10 mg des zu messenden Probenmaterials für die Herstellung eines KBr-Presslings verwendet worden sind.

 

3.8 Messung der Hydratationswärme 

Mit einem isothermen Kalorimeter Typ TAM AIR wurden während der Hydratation der Zemente die Wärmeentwicklung sowie die Gesamthydratationswärme gemessen. 2,0 g von OPC, OPC-FA und OPC-FA-CH wurden separat in Messgefäßen eingewogen. Die Bindemittelmischungen in jedem Messgefäß wurden mit 1,0 ml Wasser oder entsprechender FM-Lösung (0,2 und 0,5 %) gemischt und 30 s lang intensiv geschüttelt, so dass eine homogene Mischung entstand. Die Vials wurden anschließend sofort in das Kalorimeter überführt. Als Referenz kam Quarzpulver zum Einsatz. Die Experimente wurden 100 Stunden lang isotherm bei 35 und 45 °C durchgeführt.

 

3.9 Mößbauer-Spektroskopie

Die Mößbauer-Spektren der unhydratisierten Probekörper sowie der aus OPC, OPC mit 20 M.-% FA und 5 M.-% CH, welche über 28 Tage in Gegenwart und Abwesenheit von 0,5 M.-% FM abbinden konnten, wurden aufgenommen. Es wurde ein Mößbauer-Spektrometer mit einer 57Co-Quelle in einer Rh-Matrix mit einer Aktivität von 25 m Ci und konstanter Beschleunigung verwendet. Die Kalibrierung erfolgte mit einem dünnen Eisenblech. Die Spektren wurden bei Raumtemperatur (250C) aufgezeichnet. Die Absorber für die Messungen wurden vorbereitet, indem 50 mg/cm2 der pulverisierten Probe zwischen zwei Zellophanlagen in einen Kupferring eingebracht wurden. Die Streueffekte infolge anderer Bestandteile wurden durch verbesserte Statistiken kompensiert, da für jeden Fall mehr als 106 Impulse pro Kanal aufgezeichnet wurden. Die Isomerieverschiebung wird in Abhängigkeit von α-Eisen bei Raumtemperatur angegeben. Die Auswertung der Mößbauer-Spektren erfolgte nach der Least-Square-Approximation nach Lorentz. 

 

4 Ergebnisse und Diskussion

Die Ergebnisse der Konsistenzmessungen haben einerseits gezeigt, dass bei Verwendung von Flugasche die Konsistenz der OPC-Mischungen weicher wird. Andererseits wird in Gegenwart von CH die Konsistenz, aufgrund der Adsorption von Wasser an der hohen CH-Oberfläche, steifer. Jedoch wird beim Einsatz von 0,5 M.-% FM die Konsistenz von OPC-FA-CH verglichen mit allen anderen Mischungen weicher. Diese Wirkung ist in Gegenwart von Fließmitteln zu erwarten. Wenn FA eingesetzt wird, erhöht sich die Zeitdauer von Abbindebeginn bis zum Erstarrungsende deutlich, weil in diesem Fall der OPC-Gehalt im Zementleim geringer ist. Jedoch bewirkt CH eine Verringerung der Abbindezeiten von OPC-FA, d.h. die Hydratation wird beschleunigt. Die Zugabe von zusätzlichem CH erhöht die Anzahl der Kristallisationskeime, was letztendlich die Abbinde- und Aushärteprozesse beschleunigt. Die 0,5 M.-% FM verzögern das Abbinden von OPC-FA-CH-Gemischen und verlängern damit die Abbinde- und Aushärtezeiten, was vom PC auch erwartet wurde.

Die Zementhydratation ist ein exothermer Prozess. Die Werte der Wärmeentwicklung unter isothermen Bedingungen bei einer Temperatur von 35 °C während der Hydratation von OPC in An- und Abwesenheit von 20 M.‑% FA, 5 M.-% CH und 20 M.-% FA + 5 M.-% CH sind in Abb. 1 dargestellt. Wird ausschließlich OPC verwendet, ist – wie nicht anders zu erwarten – eine anfängliche Wärmeentwicklung bei Kontakt mit Wasser zu verzeichnen. Nach wenigen Minuten reduziert sich die Wärmeentwicklung und bleibt dann fast 2 Stunden konstant. Dies ist die Phase der scheinbaren Inaktivität, die auch als dormante oder Induktionsphase bezeichnet wird. Während dieser Phase bilden sich aus den verschiedenen Hydratationsprodukten Kristallkeime. Sobald diese Kristallkeime eine bestimmte kritische Größe erreichen, wird der Hydratationsprozess beschleunigt und erreicht seinen Maximalwert. Dies ist die Beschleunigungsphase, während der die silikatischen Phasen (i.W. Alit) abbinden. Wenn die maximale Wärmeentwicklung erreicht ist, bilden sich zahlreiche Hydratationsproduke; CH fällt aus der Lösung aus, während CSH-Phasen an den Kornoberflächen von C3S aufwachsen und eine Hülle um diese noch nicht vollständig hydratisierten Körner bilden. Mit fortschreitender Hydratation vergrößert sich die Dicke der hydratisierten Schicht und bildet eine Barriere zwischen dem nicht hydratisierten Material und dem Wasser. Das Wasser kann weiterhin nur durch Diffusion an das unhydratisierte Material gelangen, dabei diffundieren die Ionen aus dem Material in die Wachstumszone; dies geschieht in der Verzögerungsphase. Nach einer gewissen Zeit (> 10 h) beginnt erneut die Hydratation von C3A (sekundäre Ettringitbildung), was sich in der Kurve als zweiter Peak zeigt. Danach nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit kontinuierlich ab, bis sie fast vollständig zum Stillstand kommt. Wenn OPC durch 20 M.-% FA substituiert wird, verringert sich die Wärmeentwicklung aufgrund des Verdünnungseffekts und der extrem langsamen puzzolanischen Reaktion beträchtlich. Wenn dem OPC 5 M.-% CH beigefügt werden, verzögert sich die Hydratation insgesamt leicht, während bei Zugabe von CH zu einer OPC-FA-Mischung die Wärmeentwicklungsrate insbesondere für die Alit-Hydratation gegenüber der reinen OPC-FA-Mischung höher und für die Aluminat-Phase etwas geringer ausfällt. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass FA die erneute Hydratation der Aluminat-Phase beeinflusst. Die Wärmeentwicklungsrate der Alit-Phase QA ändert sich folgendermaßen: 

 

QA OPC > QA OPC+CH > QA OPC+FA+CH > QA OPC+FA.

 

Während sich die Wärmeentwicklungsrate der erneuten Hydratation der Aluminat-Phase QAl folgendermaßen verhält:

QAl OPC > QAl OPC+CH > QAl OPC+FA > QAl OPC+FA+CH.

 

Die entstehende Gesamthydratationswärme (Qtot) nimmt in allen Fällen mit der Zeit in folgender Reihenfolge zu:

 

Qtot OPC > Qtot OPC+CH > Qtot OPC+ FA > Qtot OPC+FA+CH.

 

Den Einfluss der Zusatzstoffe auf die Gefügeausbildung zeigen die REM-Bilder auf Seite 1 und 2.

In Gegenwart von 0,5 M.-% FM wird die Hydratation verzögert, hat aber den gleichen Verlauf wie ohne FM (Abb. 2). Diese Verzögerung resultiert aus der Adsorption des FM an den Oberflächen der Zementkörner und der Hydratationsprodukte. In Gegenwart von 0,5 M.-% FM fällt der Peak in Folge C3S-Hydratation der Mischungen OPC-FA und OPC-FA-CH geringfügig kleiner aus. Daraus lässt sich ableiten, dass Fließmittel in Kombination mit FA den Hydratationsprozess der silikatischen Phasen verändern. Bei 45 °C wird die Hydratation verstärkt, die Scheitelwerte werden früher erreicht und folgen dann demselben Verlauf wie bei 35 °C. In Gegenwart von 0,5 M.-% FM bei 45 °C zeigt sich jedoch eine leichte Veränderung und die Verzögerung der OPC-CH-Mischung ist am geringsten (Abb. 3 und 4).

Im Allgemeinen kann man aus dem Graphen der Wärme­entwicklung die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante der Zementhydratation ermitteln. Aus den Geschwindigkeitskonstanten bei verschiedenen Temperaturen kann man mittels folgender Arrhenius-Gleichung die Aktivierungsenergie berechnen:

 

k = A e-E/RT

 

Dabei ist k die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante der Zementhydratation, A der Frequenzfaktor, E die Aktivierungsenergie, R die Gaskonstante und T die Temperatur in Kelvin. Viele Wissenschaftler haben die Aktivierungsenergie anhand obiger Gleichung ermittelt; die Werte sind jedoch bestenfalls Nährungswerte, weil die Hydratation der verschiedenen Phasen im OPC unterschiedlich schnell erfolgt und man zudem die Beeinflussung von FA, CH und FM auf die Hydratation der einzelnen Phasen nicht genau quantifizieren kann.

In Abb. 5 sind die FTIR-Spektren dargestellt. In allen unabgebundenen Zementen treten asymmetrische Si-O-Schwingungen bei rund 874 cm-1 auf, die sich während der Hydratation hin zu längeren Wellenzahlen verschoben haben. Dies gilt als Beleg für das Maß der Polymerisation, wobei sich im Zuge der Zementhydratation CSH-Phasen bilden [8]. Bei der Hydratation von OPC-FA-CH in Gegenwart von 0,5 M.-% FM tritt die asymmetrische Si-O-Schwingung bei 963,61 cm-1 auf. In diesem Fall ist die Verschiebung am größten. Darüber hinaus splittet sich die Schwingung mit der Wellenzahl 873,06 cm-1 in der 28 Tage alten OPC-FA-CH-Mischung in Gegenwart von 0,5 M.-% FM in zwei Peaks bei 873,82 und 856,31 cm‑1 auf. Dies zeigt und bestätigt, dass FA in Kombination mit FM und in Gegenwart von CH die Hydratation der Alit-Phase stark beeinflusst und den Hydratationsprozess modifiziert.

C4AF ist eine der Hauptphasen des Portlandzements. Röntgenstrukturanalysen haben gezeigt, dass das Eisen bei veränderter Zusammensetzung unterschiedlich in Oktaeder- und Tetraederpositionen gebunden ist [9]. Jedoch kann sich durch das Vorhandensein weiterer mineralischer Phasen die Bindung des Eisens ändern, was zu einer Verzerrung in den Oktaeder- und Tetraederposi­tionen führen kann. Infolge der Hydratation in Gegenwart und Abwesenheit von mineralischen und chemischen Zusätzen kann es zu Veränderungen in der Eisenumgebung kommen, die mit Hilfe der Mößbauer-Spektroskopie untersucht wurden (Abb. 6). Die Mößbauer-Parameter sind in Tabelle 1 angegeben. Die Mößbauer-Spektren der unhydratisierten OPC-FA Mischung bei 298 K (Abb. 6, M1) zeigen ein Dublett. Die Mößbauer-Parameter Quadrupolaufspaltung (∆EQ), Isomerieverschiebung (δ) und Linienbreiten in Tabelle 1 zeigten das Fe3+ in einer Oktaeder- und Tetraederumgebung der C4AF-Phase des OPC. Bereits veröffentlichte Ergebnisse untermauern diese Beobachtungen [10,11]. Die Mößbauer-Parameter der 28 Tage abgebundenen OPC-FA-Mischung zeigen eine Kombina­tion aus zwei Dubletts. Das erste Dublett mit dem höheren Wert der Quadrupolaufspaltung [12] resultiert durch die mit Fe3+ besetzte Oktaederposition, während das zweite Dublett mit dem kleineren Wert durch die mit Fe3+ be­setzte Tetraederposition entstanden ist. Die Ergebnisse zeigen eindeutig, dass sich durch die Hydratation die Umgebung des Eisens verändert.

In Gegenwart von 0,5 M.-% FM in einer OPC-FA-CH-Mischung, die über 28 Tage abgebunden hat, zeigen die Mößbauer-Spektren ebenfalls zwei Dubletts mit geringeren Werten der Quadrupolaufspaltung und einer höheren Isomerverschiebung. Die Ergebnisse zeigen, dass durch FM während der Hydratation die Fe3+-Umgebung des C4AF verändert wird. Der hohe Wert der Isomerverschiebung belegt die ultrafeine Beschaffenheit (Nanopartikel) der Fe3+ enthaltenen Partikel. Die Mößbauer-Spektren weisen klar darauf hin, dass FM das Hydrata­tionsverhalten der C4AF-Phase in OPC-FA-CH dahingehend modifiziert, dass das elektrische Feld um die Fe3+-Ionen asymmetrisch wird und Hydratationsprodukte im Nanobereich gebildet werden.

Die Wasserdurchlässigkeit war im System OPC-FA-CH-FM am geringsten. Es zeigte sich, dass die Gegenwart von FA, CH und FM während der Hydratation die Porengröße beträchtlich verringert und damit eine dichtere Struktur erzeugt. Grund dafür ist die Bildung von zusätzlichem CSH. Infolge der geringeren Porengröße, möglicherweise im Nanobereich, und der Porengrößenverteilung verringert sich die Wasserdurchlässigkeit.

Änderungen der Druckfestigkeit verschiedener Proben in Abhängigkeit von der Zeit sind in Abb. 7 dargestellt. Während der Hydratation von Zementmörteln wird die Bildung von CH durch den FA-Ersatz reduziert, wodurch weniger CSH gebildet und folglich eine geringere Druckfestigkeit in der Frühphase im Vergleich zu OPC erzielt wird. Jedoch wird bei Zugabe von zusätzlichem CH die CSH-Bildung gesteigert und vergleichbare Druckfestigkeiten erreicht. In Gegenwart von CH und FM sind die Druckfestigkeiten von OPC-FA an den Tagen 3 bis 28 stets am höchsten. Die Druckfestigkeit von Mörteln hängt von vielen Faktoren ab, darunter: Hydratationsgrad, Zementqualität, Sand, w/z-Wert, Temperatur, Korngrößenverteilung, Porengröße, Porengrößenverteilung, Interaktion zwischen Zusätzen und Zement/Hydratationsprodukten etc. Jedoch ist die Porengröße einer der wichtigsten Faktoren für die Druckfestigkeit. Allgemein gilt, je geringer der Porenanteil, desto höher die Druckfestigkeit. Es zeigte sich, dass CH und FM gemeinsam die Porengröße reduzieren und dadurch die Druckfestigkeit von Zement­mischungen aus OPC-FA-CH vergrößert wird. Die Verringerung der Porengröße scheint eine Folge der Bildung von Hydratationsprodukten im Nanogrößenbereich zu sein, die das Porengefüge verdichten. Möglicherweise bietet die passende Kombination aus FM und CH (geeigneter pH-Wert vorausgesetzt) gute Voraussetzungen für eine höhere Frühfestigkeit.

Die Auswirkungen einer korrosiven Atmosphäre auf Zementprobekörper in Gegenwart von verdünnter H2SO4 wurde untersucht und die Dehnungen als Funktion der Zeit bestimmt (Abb. 8). Die Ausdehnung des Probekörpers OPC-FA-CH war in Gegenwart von 0,5 M.-% FM zu allen Zeiten deutlich geringer als die der anderen Probekörper. Da in Gegenwart von CH+FM in Mischzementen aus OPC und FA die korrosive Wirkung von H2SO4 deutlich geringer ausfällt, ist dies ebenfalls ein Beleg dafür, dass CH und FM die Porengrößen des OPC-FA-Zementleims verkleinert und dadurch die Säure nicht in die Poren eindringen kann. Dies wird auch durch den geringsten Wert der Wasserdurchlässigkeit untermauert (Abb. 9).

Die DTG-Kurven der hydratisierten Probekörper sind in Bild 10 dargestellt. Die Kurven ähneln sich weitgehend und weisen lediglich Unterschiede in Intensität und Temperatur auf. Die Intensität der CH-Zersetzung in der Mischung OPC-FA-CH-FM ist am geringsten und die Temperatur am höchsten. Dies könnte die Folge der geringeren CH-Menge sowie der geringeren Kristallinität des gebildeten CH sein. Die während der Hydratation gebildeten CH-Partikel können amorph oder im Nanogrößenbereich sein. Dies kann die puzzolanische Aktivität von FA verbessern, woraufhin sich die Porengröße und die Porengrößenverteilung verringert. Folglich erhöhen sich Druckfestigkeit und Beständigkeit.  

 

5 Schlussfolgerungen 

Messungen der Wärmeentwicklung haben bestätigt, dass die Hydratation von Zement mit der Temperatur zunimmt, aber in Gegenwart von Fließmitteln verzögert wird. Die Hydratation der silikatischen Zementphasen wird in Gegenwart von FA, CH und Fließmitteln beträchtlich modifiziert. Die Ergebnisse belegen, dass die Frühfestigkeit in OPC-FA-CH-Mischungen durch den Einsatz von FM verbessert wird. Dies kann dadurch begründet werden, dass sich zusätzliche CSH-Phasen und Hydratationsprodukte in Nanogröße bilden, insbesondere CH, die die puzzolanische Reaktivität erhöhen und die Porengröße im Zementsteingefüge verringern.

TEXT: Prof. Dr. Nakshatra Bahadur Singh, Prof. Dr. Bernhard Middendorf, Prof. Dr. Namdev Shriram Gajbhiye, Mukesh Kumar

REFERENCES · LITERATUR
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