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Einfluss von Verzögerern auf die Hydratation von Klinker und Zement (Teil 2)
Influence of retarders on the hydration of clinker and cement (Part 2)
Rickert, Jörg
Übersicht – Heute enthalten nahezu alle Betone Betonzusatzmittel, mit denen Betoneigenschaften gezielt gesteuert werden können. Die Auswirkungen von Zusatzmitteln auf die Hydratation von Klinker und Zement werden derzeit häufig empirisch bestimmt und kontrovers diskutiert. Für die Wirkung einiger Zusatzmittel fehlen wissenschaftlich begründete Kenntnisse noch weitgehend. Das gilt insbesondere für die chemisch wirkenden Verzögerer. Ziel der im Folgenden dargestellten Untersuchungen war die Erweiterung des Erkenntnisstands über die Auswirkungen von Verzögerern auf die Hydratation von Zement. Insbesondere sollten die Ursachen für eventuell auftretende Umschlagreaktionen näher betrachtet werden. Schwerpunkt waren Untersuchungen mit einem neuartigen Langzeitverzögerer auf Basis von Phosphonsäure. Außerdem wurden die Wirkmechanismen der verzögernden Stoffe Tetrakaliumpyrophosphat und Saccharose untersucht. Durch Parallelversuche mit Klinkermehlen und daraus hergestellten Zementen konnte der Einfluss der "natürlichen" Erstarrungsverzögerung beim Zement, die auf der Reaktion von C3A-Anteilen mit gelöstem Sulfat und der Bildung von Ettringit beruht, auf die Wirkung der Verzögerer untersucht werden. – Die Untersuchungen ergaben, dass die Hydratation von Klinkermehl durch Verzögerer oft beschleunigt wird. Diese Umschlagreaktionen führen zu einem frühen oder verkürzten Erstarren, nicht jedoch zu einer früheren Festigkeitsentwicklung. Das unterstreicht die Bedeutung der Sulfatoptimierung im Hinblick auf die erwünschte Bildung einer Ettringitschicht nicht nur für die Erstarrungsregelung des Zements, sondern auch für die erwünschte Wirkungsweise der Verzögerer. – Im Einzelnen konnten wichtige Fragen zum Einfluss der Verzögerer Phosphonsäure (PBTC), Tetrakaliumpyrophosphat und Saccharose auf die Hydratation von Klinker bzw. Zement beantwortet werden. Für den neuartigen Langzeitverzögerer auf Basis von Phosphonsäure wurde eine Hypothese zur Wirkung auf die Hydratation von Klinker bzw. Zement abgeleitet. Danach wird die Hydratation durch die Bildung einer dünnen Schicht aus schwer löslichem Calciumphosphonat auf den Partikeloberflächen verzögert. – Aufbauend auf den bislang gewonnenen Erkenntnissen werden derzeit weitere Untersuchungen vor allem an einzelnen Klinkerphasen und definierten Phasengemischen durchgeführt. Ziel ist es, eine geschlossene Darstellung der Wechselwirkungen zu erarbeiten, auf denen die Wirkung von Verzögerern während der Hydratation beruht. – Abstract – Nowadays virtually all concretes contain admixtures for specifically directed control of the concrete properties. At present the effects of admixtures on the hydration of clinker and cement are often determined empirically and are controversial. There is still a substantial lack of scientifically based findings for the action of some admixtures. This is particularly true of the retarders which act chemically. The aim of the investigations described below was to extend the state of knowledge concerning the effects of retarders on the hydration of cement. In particular, the intention was to examine more closely the causes for any possible transition reactions which may occur. The focus was on investigations with a new type of long-term retarder based on phosphonic acid. The action mechanisms of the retarding substances tetrapotassium pyrophosphate and saccharose were also examined. By parallel trials with clinker meals and with the cements produced from them it was possible to investigate how "natural" setting retardation in the cement, which is based on the reaction of the C3A constituents with dissolved sulfate and the formation of ettringite, influences the action of the retarders. – The investigations showed that the hydration of clinker meal was often accelerated by retarders. These transition reactions led to an early or shortened setting time but not to earlier strength development. This underlines the importance of sulfate optimization with respect to the desired formation of an ettringite layer, not only for controlling the setting of the cement but also to achieve the desired mode of action of the retarders. – Answers have been found to some important questions about the influence of the retarders phosphonic acid (PBTC), tetrapotassium pyrophosphate and sucrose on the hydration of clinker and cement. A hypothesis about the effect on the hydration of clinker and cement was deduced for a new type of long-term retarder based on phosphonic acid. According to this the hydration is retarded by the formation of a thin layer of sparingly soluble calcium phosphonate on the particle surface. – The findings obtained so far are now being used as the basis for further investigations, primarily on individual clinker phases and specific phase mixtures. The aim is to work out a complete picture of the interactions on which the effect of retarders during hydration is based.
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beton 3/2002 ab Seite 159
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