This article is focused on the research and development of new cellulose ether derivatives as innovative superplasticizers for mortar systems. Several synthetic strategies have been pursued to obtain new compounds to study their properties on cementitious systems as new bio-based additives. The new water-soluble admixtures were synthesized using a complex carboxymethylcellulose-based backbone that was first hydrolyzed and then sulfo-ethylated in the presence of sodium vinyl sulphonate. Starting with a complex biopolymer that is widely known as a thickening agent was very challenging. Only by varying the hydrolysis times and temperatures of the reactions was achieved the aimed goal. The obtained derivatives showed different molecular weight (Mw) and anionic charges on their backbones. An improvement in shear stress and dynamic viscosity values of CEM II 42.5R cement was observed with the samples obtained with a longer time of higher temperature hydrolysis and sulfo-ethylation. Investigations into the chemical nature of the pore solution, calorimetric studies and adsorption experiments clearly showed the ability of carboxymethyl cellulose superplasticizer (CMC SP) to interact with cement grains and influence hydration processes within a 48-h time window, causing a delay in hydration reactions in the samples. The fluidity of the cementitious matrices was ascertained through slump test and preliminary studies of mechanical and flexural strength of the hardened mortar formulated with the new ecological additives yielded values in terms of mechanical properties. Finally, the computed tomography (CT) images completed the investigation of the pore network structure of hardened specimens, highlighting their promising structure porosity.
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.