Einfluss von schwindreduzierenden Zusatzmitteln auf das Schwinden und weitere Eigenschaften von Zementstein Teil 2
The influence of shrinkage-reducing admixtures on the shrinkage and other properties of hardened cement paste, part 2
Schäffel, Patrick / Rickert, Jörg
Schwindreduzierende Zusatzmittel (engl. Shrinkage Reducing Admixture – SRA) wurden Anfang der 1980er-Jahre in Japan entwickelt, um das Schwinden von Betonbauteilen abzumindern. Seit Ende der 1990er-Jahre werden sie auch in Europa eingesetzt. Wissenschaftlich begründete Kenntnisse über die Wirkungsmechanismen fehlen bislang jedoch noch weitgehend. Im Allgemeinen sind schwindreduzierende Zusatzmittel organische, wasserlösliche und hygroskopische Stoffe, die die Oberflächenspannung von Wasser herabsetzen. Ziel der im Folgenden dargestellten Untersuchungen war die Erweiterung des Kenntnisstandes über die Wirkungsmechanismen von schwindreduzierenden Zusatzmitteln. Dazu wurden die Längenänderungen von Zementsteinprismen unter verschiedenen Lagerungsbedingungen (konservierend, Klima 20 °C/65 % rel. Luftfeuchte und Wasser-Luft-Wechsellagerung) bestimmt. Die Prismen wurden mit Wasserzementwerten w/z = 0,25; w/z = 0,42 und w/z = 0,50 unter Verwendung von vier verschiedenen Zementen (zwei Portlandzemente, ein Portlandkalksteinzement und ein Hochofenzement) hergestellt. Insgesamt wurden fünf auf dem Markt erhältliche Schwindreduzierer und drei Wirkstoffe untersucht. Im Handel erhältliche Schwindreduzierer verminderten das autogene Schwinden im Alter von 91 Tagen um bis zu rd. 46 % und das Trocknungsschwinden im Alter von einem Jahr um bis zu rd. 43 %. Die Wirkung einiger Schwindreduzierer nahm mit zunehmender Lagerungsdauer der Zementsteinproben ab. Im Gegensatz zu handelsüblichen Schwindreduzierern war die Wirkung reiner Wirkstoffe auf das autogene und auf das Trocknungsschwinden von Zementstein sehr unterschiedlich und teilweise vom Wasserzementwert abhängig. Einzelne Wirkstoffe erhöhten zum Teil das Schwinden von Zementstein. In der Literatur wird häufig angenommen, dass die reduzierte Oberflächenspannung der Porenlösung maßgebend für eine Schwindreduzierung ist. Durch die Verwendung der Schwindreduzierer wurde die Oberflächenspannung der Porenlösung von Zementstein anhaltend reduziert. Die Konzentration von SRA in der Porenlösung stieg mit zunehmender Hydratationsdauer an. Die absoluten Gehalte an Alkalien in der Porenlösung wurden bei Verwendung von schwindreduzierenden Zusatzmitteln vermindert. Neben der reduzierten Oberflächenspannung der Porenlösung hat vermutlich auch die durch die Schwindreduzierer veränderte Porenstruktur von Zementstein Einfluss auf die Schwindreduzierung. So führten die handelsüblichen Schwindreduzierer sowie die reinen Wirkstoffe meist zu einer Verfeinerung des Porensystems von Zementstein. Dadurch wurde die kapillare Wasseraufnahme vermindert. Je nach Lagerungsbedingungen kann die Oberflächenspannung der Porenlösung und/oder die veränderte Porosität maßgebend für die Wirkung der Schwindreduzierer sein. Die Wasserabgabe von Zementsteinproben wurde durch die Schwindreduzierer bzw. die Wirkstoffe teilweise um bis zu 25 % erhöht. Kalorische Untersuchungen ergaben, dass Schwindreduzierer bei praxisüblichen Dosierungen die Zementhydratation nur geringfügig verzögerten. Abstract Shrinkage-reducing admixtures (SRA) were developed in Japan at the start of the 1980s in order to lessen the shrinkage of concrete structural elements. They have also been used in Europe since the end of the 1990s. So far, however, there has largely been a lack of any scientifically based understanding of the operating mechanisms. Shrinkage-reducing admixtures are generally organic, water-soluble, hygroscopic substances that reduce the surface tension of water. The aim of the investigations described below was to extend the understanding of the operating mechanisms of shrinkage-reducing admixtures. The changes in length of hardened cement paste prisms were measured under different storage conditions (protective, 20 ?C/65 % r.h. climate, and alternating storage in water and air). The prisms were produced with water/cement ratios w/c = 0.25, w/c = 0.42 and w/c = 0.50 using four different cements (two Portland cements, one Portland-limestone cement and one blastfurnace cement). The investigations were carried out with five commercially available shrinkage reducers and three active substances. The shrinkage reducers that could be obtained commercially reduced the autogenous shrinkage at 91 days by up to about 46 % and the drying shrinkage at one year by up to about 43 %. The effect of a shrinkage reducer decreased with increasing storage time of the hardened cement paste samples. In contrast to the usual commercial shrinkage reducers the effect of the pure active substances on the autogenous shrinkage and drying shrinkage of the hardened cement paste differed very widely and in some cases was dependent on the water/cement ratio. Individual active substances sometimes increased the shrinkage of the hardened cement paste. It is often assumed in the literature that the reduced surface tension of the pore solution is the controlling factor for the shrinkage reduction. The use of the shrinkage reducers caused a lasting reduction of the surface tension of the pore solution in the hardened cement paste. The concentration of SRA in the pore solution increased with increasing hydration time. The absolute levels of alkalis in the pore solution were lowered when shrinkage-reducing admixtures were used. The shrinkage reduction is probably affected not only by the reduced surface tension of the pore solution but also by the pore structure of the hardened cement paste that is altered by the shrinkage reducers. In most cases the normal commercial shrinkage reducers as well as the pure active substances caused refinement of the pore system in the hardened cement paste. This reduced the capillary water absorption. Depending on the storage conditions the surface tension of the pore solution and/or the changed porosity can be the controlling factors for the action of the shrinkage reducers. In some cases the release of water from the hardened cement paste samples was increased by up to 25 % by the shrinkage reducers and the active substances. Calorific investigations showed that at the addition levels normally used in practice the cement hydration was retarded to only an insignificant extent by shrinkage reducers.
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beton 7.8/2007 ab Seite 359
Herausgeber des Artikels:
beton
bis beton 4/2022: Verlag Bau+Technik GmbH
ab beton 5/2022: Concrete Content UG
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