Einfluss von Langzeitverzögerern auf der Basis von Phosphonsäure auf die Hydratation (Teil 2)
Influence of a phosphonic-acid-based long-term retarder on the hydration of clinker and cement (part 2)
Rickert, Jörg / Thielen, Gerd
Langzeitverzögerer (LVZ) sind Betonzusatzmittel, die die Hydratation von Zement sehr stark hemmen können. Eingesetzt als so genannte Recyclinghilfen ermöglichen sie z.B. im Rahmen des Frischbetonrecyclings eine direkte Wiederverwendung von Waschwasser bzw. Restbeton. Die Auswirkungen derartig stark in den Hydratationsvorgang eingreifender Betonzusatzmittel auf die Hydratation von Klinker und Zement werden meist nur empirisch bestimmt und kontrovers diskutiert. Über die Wirkungsmechanismen von Langzeitverzögerern fehlen wissenschaftlich begründete Kenntnisse noch weitgehend. Um Betone zielsicher und wirtschaftlich über lange Zeiträume verzögern zu können, wurden in mehreren Forschungsvorhaben die Auswirkungen von Langzeitverzögerern auf der Basis von Phosphonsäure (PBTC) auf die Hydratation verschiedener Klinkerphasen (C3S, C3A, C4AF), Portlandzementklinker und Portlandzemente systematisch untersucht. Die Untersuchungen an reinen Klinkerphasen ergaben, dass die Langzeitverzögerung im Wesentlichen auf einer Blockierung der Hydratation der Calciumsilikate beruht. Diese Blockade ist auf die Ausbildung einer schwer löslichen Schicht aus Calciumphosphonat zurückzuführen, für dessen Bildung gelöstes Calcium benötigt wird. Die Ergebnisse der Untersuchungen an reinen Klinkerphasen haben sich bei den Untersuchungen an Portlandzementen bestätigt. Die Anfangsreaktionen der Aluminate mit gelöstem Sulfat zu feinkörnigem primären Ettringit wurden durch den Langzeitverzögerer nicht beeinträchtigt. Bei sulfatoptimierten Portlandzementen konnte die Hydratation der Calciumaluminate und -silikate stets planmäßig langzeitverzögert werden. Bei zu geringem Angebot an Calciumsulfat wurde durch Zugabe von LVZ die Hydratation des C3A stark beschleunigt, was ein besonders schnelles Ansteifen und Erstarren zur Folge hatte. Die weitere Festigkeitsentwicklung wurde jedoch stark gehemmt, da gleichzeitig die reaktionsträgeren Calciumsilikate verzögert wurden. Es hat sich gezeigt, dass die Sulfatoptimierung der Zemente durch LVZ nicht ersetzt werden kann, sondern dass die durch Calciumsulfat initiierte Bildung von primärem Ettringit sowie die Bereitstellung von Calcium-Ionen wesentliche Voraussetzungen für eine planmäßige Wirkungsweise des LVZ sind. – Abstract – Long-term retarders are concrete admixtures that can have a very strong inhibiting effect on the hydration of cement.When used as recycling aids, for example, they enable wash water and concrete residues to be reused directly when fresh concrete is being recycled. The effects of such concrete admixtures, which interfere strongly in the hydration process, on the hydration of clinker and cement are usually only determined empirically and give rise to conflicting opinions. There is still a substantial lack of scientifically based knowledge about the action mechanisms of long-term retarders. The effects of long-term retarders based on phosphonic acid (PBTC) on the hydration of different clinker phases (C3S, C3A, C4AF), Portland cement clinker and Portland cements were investigated systematically in several research projects so that concretes could be retarded reliably and economically for long periods. The investigations on pure clinker phases showed that the longterm retardation is based essentially on blocking the hydration of the calcium silicates. This blocking is attributed to the formation of a sparingly soluble layer of calcium phosphonate that needs dissolved calcium for its formation. The results of the investigations on pure clinker phases have been confirmed during the investigations on Portland cements. The initial reactions of the aluminates with dissolved sulfate to form fine-grained primary ettringite were not adversely affected by the long-term retarders. Planned longterm retardation of the hydration of the calcium aluminates and silicates was always possible with sulfate-optimized Portland cements. When the amount of available calcium sulfate was too small the hydration of the C3A was strongly accelerated by the addition of long-term retarders, resulting in particularly rapid setting and stiffening. However, the further strength development was strongly inhibited because, at the same time, the less reactive calcium silicates were retarded. It became apparent that sulfate optimization of the cement cannot be replaced by long-term retarders and that the formation of primary ettringite initiated by calcium sulfate as well as the provision of calcium ions are essential pre-conditions for planned functioning of long-term retarders.
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beton 11/2005 ab Seite 575
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