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Properties of interstitial liquid phase in cement paste, including the species and concentrations of polymers and ion etc., play an important role for the rheological properties of cementitious materials. In order to better understand their effect, an inert model substance, spherical silica beads (SBs) with defined surface and granulometry were used in the presence of electrolytes (CaCl2) and/or different polymers, including polycarboxylate superplasticizer (PCE) and polyethylene glycol (PEG). It was found the presence of Ca2+ greatly increases the viscosity and yield stress of silica beads paste (SBP), which is proportional to the [Ca2+]. For the effect of PCE, the addition of PCE is beneficial to the flowability of SBP, but a high dosage of PCE leads to a reversal effect. Furthermore, the yield stress firstly increases and then decreases with increasing [Ca2+] under the same dosage of PCE. The addition of PEG always increases the yield stress of SBP, regardless of the ion concentration and the presence or not of PCE.
The flowability of cement paste is of great importance in today’s construction industry and is influenced by additives such as superplasticizers (SP). One type of SPs are polycarboxylate ether type SPs. These additives electrostatically bind with the negatively charged carboxylic groups at the backbone to the positively charged clinker phases.
To model positively charged clinker phases with adsorbed SP, silicon Wafers are pre-coated with cationic polyethylenimine (PEI) and SP is adsorbed onto the coated surface (Si/PEI/SP). Two different polycarboxylate ether type (PCE) SP are compared – one for ready-mix concrete and one for precast concrete. In this preliminary study the interaction forces between Si/PEI/SP surface and a silica microsphere (colloidal probe) are investigated under mild physico-chemical conditions (pH *6, ion concentration <10−5 M) using Colloidal Probe Atomic Force Microscopy (CP-AFM).
The interaction force between the model surfaces is attractive for low concentration of SP. The force changes from attractive to repulsive by increasing amount of SP. The force upon approach reveals a biexponential behavior. The exponential decay at large and short surface separations are attributed to electrostatic and steric interactions, respectively. The steric forces of the SP for ready-mix concrete show a steeper onset than the SP for precast concrete.
The quantification of these interaction forces will be compared to rheological measurements of similar systems. Furthermore, the parameters will be changed to better approach the conditions in real systems, i.e. higher pH and ionic strength. This helps to understand how the forces on the nanoscale influence the macroscopic rheology.
In urbanen Zentren schreitet die Versiegelung von Oberflächen voran. Ursache ist die stetige Zunahme moderner Infrastruktur. Straßen und Plätze heizen sich stärker auf und begünstigen die Entstehung von Hitzeinseln (Urban Heat Island Effect). Dies wirkt sich zunehmend negativ auf die Lebensqualität innerhalb dieser Städte aus. Einen möglichen Lösungsansatz zur Abschwächung dieses Effekts bietet die Entwicklung von Betonpflastersteinen mit erweiterten Leistungsmerkmalen. Der Einsatz von wasserspeichernden Materialien kann zur Verringerung der Oberflächentemperatur durch Ausnutzung von Verdunstungskälte einen Beitrag leisten. Die speziellen Anforderungen an die Pflastersteine bedürfen genauerer Untersuchungen, wobei diese über den Umfang der Standardprüfungen hinausgehen und eine entsprechende Anpassung der Messtechnik zum Nachweis der Wirksamkeit erforderlich machen. Da die selbstkühlenden Pflastersteine nach dem Prinzip der Verdunstung arbeiten, ist sowohl die Fähigkeit der Speicherung als auch die Fähigkeit zur kontinuierlichen Abgabe von Wasser nachzuweisen. Der kühlende Effekt in Bezug auf Oberfläche und Umgebung steht dabei im Vordergrund. Des Weiteren sind Untersuchungen unter verschiedenen klimatischen Bedingungen sowohl unter Laborbedingungen als auch im Freifeldversuch durchzuführen. Die Prüfung der Druckfestigkeit und der kapillaren Wasseraufnahme und des sind ebenfalls Bestandteil der umfangreichen Untersuchungen. Durch den Einsatz von thermischer Messtechnik sowie mechanischer Prüfungen und Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit ist es möglich eine Charakterisierung der Pflastersteine vorzunehmen und deren prinzipielle Funktionalität nachzuweisen. In diesem Beitrag werden die verschiedenen Möglichkeiten und die daraus resultierenden Ergebnisse vorgestellt und so Schlüsse zur Funktion und Anwendbarkeit von derartig modifizierten Betonpflastersteinen gezogen.
The paper presents rheometric results and hydration curves for cementitious systems based on cement mixed with different aqueous phases at solid volume fraction of = 0.45. The varied aqueous phases were deionized water, limewater, the filter residue of a cement paste mixed at w/c = 2.0, and the filtrate of cement paste at solid volume fraction of 0.45. Each cementitious system provided different amounts and sizes of particles formed in the aqueous phase. The pastes were observed with and without polycarboxylate ether based superplasticizer. It was observed that the presence of particles causes higher PCE saturation dosages to achieve a minimum value, but the minimum value is only affected in the case of large particles. In all cases with and without PCE, the presence of small particles causes increased plastic viscosity. In addition, with decreased number and size of hydrates in the aqueous phase the hydration was retarded, which was specifically pronounced in the presence of PCE
The paper showed that the STAs behave completely different in pastes with LSF and cement, respectively, as well as with or without PCE. While STA can affect plastic viscosity and yield stress in LSF and cement pastes, the addition of PCE causes that the STA have mainly an impact on plastic viscosity, except DGUM and ST-low. The performance of STA in LSF and cementitious systems can vary greatly due to different ionic strengths of the liquid phase. The charges due to modification of the starches have an intense influence on the rheological properties in pastes. The combined use of PCE and STA can lead to a significant increase of the plastic viscosity without a strong effect to the yield stress. For the evaluation of the effectivity of STA the ionic strength of the liquid phase and the solid volume fraction of the binder have to be taken into account. Further influences can arise from grain size and aggregate content as well as the temperature, which were not discussed in this paper.
The paper showed that the STA behave completely different in pastes with LSF and cement, respectively, as well as with or without PCE. While STA can affect plastic viscosity and yield stress in LSF and cement pastes, the addition of PCE causes that the STA have mainly an impact on plastic viscosity, except DGUM and ST-low. The performance of STA in LSF and cementitious systems can vary greatly due to different ionic strengths of the liquid phase. The charges due to modification of the starches have an intense influence on the rheological properties in pastes. The combined use of PCE and STA can lead to a significant increase of the plastic viscosity without a strong effect to the yield stress.
For the evaluation of the effectivity of STA the ionic strength of the liquid phase and the solid volume fraction of the binder have to be taken into account. Further influences can arise from grain size and aggregate content as well as the temperature, which were not discussed in this paper.
Special applications like pumping, spraying or printing of concrete require the precise adjustment of very specific rheological properties at different time steps during the casting process. Superplasticizers such as polycarboxylate ethers (PCE) can be used to obtain the required flowability, which, possibly in combination with additional rheology modifying admixtures, generate the required specified consistency. However, after the application, the concrete should change the rheological properties immediately in order to avoid deformations at rest. Therefore, the use of accelerators can be effective. Accelerators influence the hydration of cementitious materials, and thus the rheological properties over the course of time and the setting.
In this paper, the influence of different accelerators on the rheology and early hydration of cement paste as well as the interaction of accelerator and PCE are presented. Methods like rheometry, needle penetration tests and practical Tests like spread flow were applied. The used accelerators showed accelerating behavior on the cement pastes without and in the presence of PCE. At the same time an influence on the rheology could be observed. This effect was less in the mixes with PCE, especially at the highest water/cement ratio (w/c).
Das Forschungsprojekt "RC-Leichtgranulate" umfasst die Optimierung des Herstellungsprozesses von Leichtgranulaten aus heterogenen und teilweise feinkörnigen Bau- und Abbruchabfällen und Applikationsuntersuchungen dieser Granulate. Aufgrund der großen Verwertungsdefizite von Mauerwerkbruch im Vergleich zu Betonbruch, wird das Hauptaugenmerk auf den Einsatz von Mauerwerkbruch als Ausgangsmaterial für die Leichtgranulate gelegt. Dabei wird das Rohstoffpotential des Mauerwerkbruchs genutzt, das heißt die chemisch-mineralogische Zusammensetzung des Ausgangsmaterials ist von entscheidender Bedeutung. Die Produktion der Leichtgranulate erfolgt durch einen mehrstufigen Herstellungsprozess mit abschließender thermischer Erhärtung.
Die Leichtgranulate sollen sowohl im Beton als auch in Spezialmörteln in der Denkmalpflege Anwendung finden. Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit dem Einsatz von RC-Leichtgranulaten mit Korngrößen kleiner als 2 mm in Restauriermörteln und Steinersatzmassen. In einem ersten Schritt wird eine für Restauriermörtel entwickelte Basismischung mit Natursand im Hinblick auf den Einsatz leichter Gesteinskörnungen modifiziert. Ziel ist es, einen gut verarbeitbaren Leichtmörtel herzustellen, der aber Ähnliche Festigkeiten wie die Basismischung erreicht. Die Anforderungen an die Mörtel, die Mischungszusammensetzungen und die Ergebnisse aus den Frisch- und Festmörtelprüfungen werden vorgestellt.
Die Rheologie von fließfähigen zementären Systemen mit Fließmitteln wird durch eine Vielzahl parallel stattfindender Effekte beeinflusst. Zu diesen Effekten zählen Wechselwirkungen zwischen den Polymeren und Ionen in der Porenlösung, frühe Phasenbildung, zeitabhängige und kompetitive Adsorption zwischen anionischen Polymeren und Sulfationen, Bildung von Phasen in der Porenlösung sowie Morphologieänderungen an Partikeloberflächen. Die frühe Hydratation von Zement, die durch Lösungs- und Fällungsprozesse angetrieben wird, beeinflusst diese Effekte erheblich. Das permanente Ungleichgewicht der Porenlösung führt zu Veränderungen der Partikeloberflächen, welches widerum zur Folge hat, dass rheometrische Messungen dieser Zementleime anfällig für Streuungen sind. Um die Einflüsse aus der Zementhydratation zu minimieren, wurden die rheometrischen Untersuchungen mit Zement in Porenlösung durchgeführt. Die Experimente wurden mit verschiedenen Feststoffvolumenfraktionen durchgeführt und mit den Ergebnissen identischer Systeme mit Wasser anstelle von Porenlösung verglichen. Zusätzlich wurden die gleichen Systeme mit Zugabe von Polycarboxylatethern untersucht.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Leime mit Wasser niedrigere Werte für Fließgrenze und plastische Viskosität aufweisen, als die Systeme mit Porenlösung. Während die Polymere eine Verminderung der Fließgrenze zur Folge hatte, war die Wirkung von Polymeren auf die plastische Viskosität vernachlässigbar. Zusätzlich wurde die frühe Hydratation unter Verwendung von Wärmeflusskalorimetrie, Rasterelektronenmikroskopie und Nadeleindringtiefe beobachtet.
Die Rheologie von fließfähigen zementären Systemen mit Fließmitteln wird durch eine Vielzahl parallel stattfindender Effekte beeinflusst. Zu diesen Effekten zählen Wechselwirkungen zwischen den Polymeren und Ionen in der Porenlösung, frühe Phasenbildung, zeitabhängige und kompetitive Adsorption zwischen anionischen Polymeren und Sulfationen, Bildung von Phasen in der Porenlösung sowie Morphologieänderungen an Partikeloberflächen. Die frühe Hydratation von Zement, die durch Lösungs- und Fällungsprozesse angetrieben wird, beeinflusst diese Effekte erheblich. Das permanente Ungleichgewicht der Porenlösung führt zu Veränderungen der Partikeloberflächen, welches widerum zur Folge hat, dass rheometrische Messungen dieser Zementleime anfällig für Streuungen sind. Um die Einflüsse aus der Zementhydratation zu minimieren, wurden die rheometrischen Untersuchungen mit Zement in Wasser, wässriger Phase von Zementleim bzw. mit vorhydratisiertem Zement durchgeführt. Zusätzlich wurden die gleichen Systeme mit Zugabe von Polycarboxylatethern untersucht.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Leime mit Wasser niedrigere Werte für Fließgrenze und plastische Viskosität aufweisen, als die Systeme mit der wässrigen Phase von Zementleim. Während die Polymere eine Verminderung der Fließgrenze zur Folge hatte, war die Wirkung von Polymeren auf die plastische Viskosität vernachlässigbar. Zusätzlich wurde die frühe Hydratation unter Verwendung von Wärmeflusskalorimetrie, Rasterelektronenmikroskopie und Nadeleindringtiefe beobachtet.