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This paper reports the formation and structure of fast setting geopolymers activated by using three sodium silicate solutions with different modules (1.6, 2.0 and 2.4) and a berlinite-type aluminum orthophosphate. By varying the concentration of the aluminum orthophosphate, different Si/Al-ratios were established (6, 3 and 2). Reaction kinetics of binders were determined by isothermal calorimetric measurements at 20 °C. X-ray diffraction analysis as well as nuclear magnetic resonance (NMR) measurements were performed on binders to determine differences in structure by varying the alkalinity of the sodium silicate solutions and the Si/Al-ratio. The calorimetric results indicated that the higher the alkalinity of the sodium silicate solution, the higher the solubility and degree of conversion of the aluminum orthophosphate. The results of X-ray diffraction and Rietveldt analysis, as well as the NMR measurements, confirmed the assumption of the calorimetric experiments that first the aluminum orthophosphate was dissolved and then a polycondensation to an amorphous aluminosilicate network occurred. The different amounts of amorphous phases formed as a function of the alkalinity of the sodium silicate solution, indicate that tetrahydroxoaluminate species were formed during the dissolution of the aluminum orthophosphate, which reduce the pH value. This led to no further dissolution of the aluminum orthophosphate, which remained unreacted.
Zur Erstellung von dekorativen Plastiken sollten Mörtel entwickelt werden, die eine hohe Biegezugfestigkeit aufweisen und eine breite Palette von Konsistenzen für verschiedene Anwendungsarten, wie Gießen, Spachteln oder Stampfen abdecken. Als Basis für die Rezepturen wurde ein niedrigviskoses Epoxidharzsystem gewählt, dessen Aminhärter einen Wasseranteil von 44 % beinhaltet. Dies ermöglichte es, durch Wasserzugabe verschiedene Viskositäten einzustellen. Um dieses Wasser in massiveren Bauteilen zu binden, wurde neben Sand auch Zement als Füllstoff eingesetzt.
Die erstellten Rezepturen zeigten nach 56 Tagen hohe Druckfestigkeiten von über 50 N/mm². Mit zunehmendem Epoxidharzgehalt ergaben sich zwar steigende Biegezugfestigkeiten, jedoch unter Laborlagerung auch größere Längenänderungen. Diese konnten durch den Einsatz eines PCE-Fließmittels, PVA-Kurzfasern und einer optimierten Sieblinie verringert werden. Das Fließmittel verlängerte die Erhärtungszeiten jedoch auf bis zu 1,5 Tage.
Zur Ermittlung der Dauerhaftigkeit des Materials wurde es für drei Wochen Temperaturen von -20 bis +60 °C, einer künstlichen Sonnenbestrahlung sowie künstlicher Beregnung ausgesetzt. Im Vergleich zur Laborlagerung ergab sich bei steigendem Epoxidharzanteil ein geringerer Schwund, während die Biegezugfestigkeit der Probeköper nur geringfügig abnahm.
Rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen zeigten, dass auch bei geringeren Epoxidharzzusätzen Störungen der Zementhydratation auftraten. Weiterhin zeigen sich bei geringen Epoxidharzzusätzen in der Matrix kugelförmige Einschlüsse, die von dispergierten Epoxidharzpartikeln stammen.