Hydratation, Fließfähigkeit und Festigkeitsentwicklung von Portlandzement – Einfluss von Fließmitteln, Alkalisulfaten und des Abbindereglers

Hydration, fluidity and strength development in Portland cement – influence of superplasticizers, alkali sulphates and set regulator

  • Eine zielführende Anwendung von Zusatzmitteln bei der Ausführung anspruchsvoller Betonbauten setzt einen hohen Kenntnisstand bezüglich der Wirkungsmechanismen und Interaktionen der einzelnen Betonkomponenten voraus. In der vorliegenden Arbeit wurden einige Aspekte der Zementhydratation in Abhängigkeit von der Fließmittelzugabe diskutiert. Im Ergebnis liefern die Teile eins und zwei der vorliegenden Arbeit einen Beitrag dazu, Veränderungen der Fließfähigkeit von Zementleim in Abhängigkeit der Zementhydratation und Fließmittelzugabe besser zu verstehen. Es konnte so z.B. gezeigt werden, dass Bildung langprismatischer Kristalle (z.B. Syngenit, Gips) die Fließfähigkeit von Zementleim und Beton vermindert. Infolge anhaltender Scherung von Zementleimen / Betonen mit langprismatischen Kristallen wird ein Zuwachs an Fließfähigkeit erzielt. Elektronenmikroskopische Untersuchungen zeigen, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass die Kristalle in eine Vorzugsorientierung relativ zur Scherbewegung rotieren. Weiterhin wurde der Mechanismus einer so genannten Zement-Fließmittel-Inkompatibilität aufgezeigt. Durch diese Erweiterung des Kenntnisstandes zum Einfluss von Fließmitteln auf die Zementhydratation ist es möglich der Zement-Fließmittel-Inkompatibilität durch gezielte Auswahl des Zementes vorzubeugen. Dabei ist besonders darauf zu achten, dass der Zement ein ausgewogenes Verhältnis an zur Reaktion zur Verfügung stehendem C3A und Menge / Löslichkeit des Abbindereglers besitzt. Fließmittel verändern nicht nur die Verarbeitungseigenschaften sondern auch die Festigkeit und Dauerhaftigkeit von Zementstein und Beton. Im dritten Teil der vorliegenden Arbeit wird daher der Einfluss der Fließmittel und deren verflüssigender Wirkung auf die Festigkeitsentwicklung von Zementstein und C3S untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass durch die dispergierende Wirkung der Fließmittel auch ohne Verminderung des Wasserzementwertes, eine Verdichtung des Zementsteingefüges erzielt werden kann. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass durch die Erhöhung der Partikelpackungsdichte am Anfang der Hydratation die Ausbildung der festigkeitsgebenden C-S-H Phasen verändert wird. Ein dichteres Verwachsen dieser nanostrukturierten C-S-H Phasen ermöglicht einen zusätzlichen Festigkeitszuwachs.
  • The construction of sophisticated concrete buildings requires the pinpointed application of concrete additives. This requires a high level of knowledge concerning the interaction and mode of action of individual concrete components. The presented study aims to improve the understanding of the concrete components cement and superplasticizers. Main focus is laid on the influence of superplasticizers on cement hydration reactions and the consequences for cement and concrete performance characteristics (fluidity and strength). Results of parts one and two of the thesis reveal how the fluidity of cement paste is influenced by cement hydration and addition of superplasticizers. It is shown that the formation of long prismatic crystals like syngenite and gypsum decreases the fluidity of cement pastes and concrete. This decrease in fluidity is partly reversible if the suspension is continuously stirred. It was proven by scanning electron microscopy (SEM) that this gain in fluidity is caused by the rotation of long prismatic crystals into a preferred orientation. Furthermore the cause of a cement-superplasticizers-incompatibility was identified. The knowledge of this mechanism is essential for a successful selection of cement type in combination with superplasticizers. Results showed that for an effective selection of polycarboxylate-type superplasticizer and cement, it is essential that the ratio of aluminate clinker phases (C3A) to the amount / solubility of set regulator is appropriate. Superplasticizers improve not only the fluidity but also the compressive strength of cement and concrete. The third part of the thesis shows how the liquefying action of superplasticizers influences the strength development of cement and C3S pastes. Thus it was shown that a densification of the cement microstructure is achieved by the superplasticizers dispersing action. The increased particle packing density caused by superplasticizers in the suspension state of cement pastes increases the intergrowth of strength determining C-S-H phases. This leads to an increase in compressive strength without diminishing the water to cement ratio.

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Metadaten
Author: Christiane Rößler
DOI (Cite-Link):https://doi.org/10.25643/bauhaus-universitaet.799Cite-Link
URN (Cite-Link):https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:wim2-20070206-8425Cite-Link
Advisor:Prof. Dr. Ing.-habil. Jochen StarkGND
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2007/02/06
Year of first Publication:2006
Date of final exam:2006/11/23
Release Date:2007/02/06
Publishing Institution:Bauhaus-Universität Weimar
Granting Institution:Bauhaus-Universität Weimar, Fakultät Bauingenieurwesen
Institutes:Fakultät Bauingenieurwesen / Professur Allgemeine Baustoffkunde
Tag:Abbinderegler; C-S-H Phasen; Fließmittel
C-S-H phases; cement; fluidity; hydration; microstructure; set regulator; strength; superplasticizer
GND Keyword:Alkalisulfate; Betonverflüssiger; Festigkeit; Fließverhalten; Hydratation; Mikrostruktur; Zement
Dewey Decimal Classification:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
BKL-Classification:56 Bauwesen / 56.45 Baustoffkunde
Licence (German):License Logo In Copyright
Note:
ISBN 978-3-8325-1490-7, Logos Verlag Berlin, 2007