In den letzten Jahren hat sich HPMC dank der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Außendämmtechnologie, des stetigen Fortschritts der Zelluloseproduktionstechnologie und der hervorragenden Eigenschaften von HPMC selbst in der Bauindustrie weit verbreitet.
Um den Wirkungsmechanismus zwischen HPMC und zementgebundenen Werkstoffen weiter zu erforschen, konzentriert sich diese Arbeit auf den verbessernden Effekt von HPMC auf die Kohäsionseigenschaften zementgebundener Werkstoffe.
Gerinnungszeit
Die Abbindezeit von Beton hängt hauptsächlich von der Abbindezeit des Zements ab, während die Zuschlagstoffe nur einen geringen Einfluss haben. Daher kann stattdessen die Abbindezeit des Mörtels herangezogen werden, um den Einfluss von HPMC auf die Abbindezeit von unter Wasser nicht dispergierbaren Betonmischungen zu untersuchen, da die Abbindezeit des Mörtels vom Wasser beeinflusst wird. Um den Einfluss von HPMC auf die Abbindezeit des Mörtels zu bewerten, ist es daher notwendig, das Wasser-Zement-Verhältnis und das Mörtelverhältnis des Mörtels festzulegen.
Dem Experiment zufolge hat die Zugabe von HPMC eine signifikante verzögernde Wirkung auf die Mörtelmischung. Die Abbindezeit des Mörtels verlängert sich mit steigendem HPMC-Gehalt. Bei gleichem HPMC-Gehalt härtet der unter Wasser geformte Mörtel schneller aus als der an der Luft geformte. Die Abbindezeit des unter Wasser geformten Mörtels ist länger. Im Vergleich zur Kontrollprobe verzögert sich die Abbindezeit des mit HPMC versetzten Mörtels in Wasser um 6–18 Stunden für den Anfang und um 6–22 Stunden für die Endabbindezeit. Daher sollte HPMC in Kombination mit Beschleunigern verwendet werden.
HPMC ist ein hochmolekulares Polymer mit linearer Makrostruktur und einer Hydroxylgruppe als funktioneller Gruppe. Diese kann Wasserstoffbrückenbindungen mit den Molekülen des Anmachwassers ausbilden und dessen Viskosität erhöhen. Die langen Molekülketten des HPMC ziehen sich gegenseitig an, wodurch sich die HPMC-Moleküle zu einem Netzwerk verknäueln, das Zement und Anmachwasser umhüllt. Da HPMC eine filmartige Netzwerkstruktur bildet und den Zement umhüllt, wird die Wasserverdunstung im Mörtel wirksam verhindert und die Hydratationsgeschwindigkeit des Zements gehemmt oder verlangsamt.
Blutung
Das Ausbluten von Mörtel ähnelt dem von Beton und führt zu einer starken Setzung der Zuschlagstoffe, was wiederum zu einer Erhöhung des Wasser-Zement-Verhältnisses der obersten Schicht des Mörtels führt. Dies verursacht im Frühstadium eine große plastische Schwindung der obersten Schicht und kann sogar zu Rissbildung führen. Die Festigkeit der Oberflächenschicht des Mörtels ist relativ gering.
Bei einer Dosierung über 0,5 % tritt praktisch kein Ausbluten auf. Dies liegt daran, dass HPMC beim Einmischen in den Mörtel eine filmbildende Netzwerkstruktur bildet. Die Adsorption von Hydroxylgruppen an den langen Makromolekülketten führt zur Ausflockung von Zement und Anmachwasser im Mörtel und gewährleistet so dessen Stabilität. Nach der Zugabe von HPMC bilden sich zahlreiche kleine, voneinander unabhängige Luftbläschen. Diese verteilen sich gleichmäßig im Mörtel und verhindern die Ablagerung von Zuschlagstoffen. Die technischen Eigenschaften von HPMC haben einen großen Einfluss auf zementgebundene Baustoffe. Es wird häufig zur Herstellung neuer zementgebundener Verbundwerkstoffe wie Trockenpulvermörtel und Polymermörtel verwendet, da diese eine gute Wasser- und Plastizitätsretention aufweisen.
Mörtelwasserbedarf
Bei geringen HPMC-Mengen hat diese einen großen Einfluss auf den Wasserbedarf des Mörtels. Bei annähernd gleichbleibendem Ausdehnungsgrad des Frischmörtels verändern sich der HPMC-Gehalt und der Wasserbedarf innerhalb eines bestimmten Zeitraums linear. Der Wasserbedarf sinkt zunächst und steigt dann deutlich an. Liegt der HPMC-Gehalt unter 0,025 %, sinkt der Wasserbedarf des Mörtels bei gleichem Ausdehnungsgrad mit steigendem Gehalt. Dies zeigt, dass HPMC in geringen Mengen wasserreduzierend wirkt und gleichzeitig die Luftporenbildung fördert. Im Mörtel befinden sich zahlreiche kleine, voneinander unabhängige Luftbläschen, die als Schmiermittel die Fließfähigkeit des Mörtels verbessern. Bei einer Dosierung über 0,025 % steigt der Wasserbedarf des Mörtels mit zunehmender Dosierung. Dies liegt daran, dass die Netzwerkstruktur von HPMC weiter vervollständigt ist und die Abstände zwischen den Flocken entlang der langen Molekülkette verringert sind, was zu Anziehung und Kohäsion führt und die Fließfähigkeit des Mörtels reduziert. Daher weist die Suspension bei im Wesentlichen gleichem Expansionsgrad einen erhöhten Wasserbedarf auf.
01. Dispersionswiderstandsprüfung:
Die Antidispersionswirkung ist ein wichtiger technischer Kennwert zur Beurteilung der Qualität von Antidispersionsmitteln. HPMC ist eine wasserlösliche Polymerverbindung, auch bekannt als wasserlösliches Harz oder wasserlösliches Polymer. Es erhöht die Konsistenz der Mischung durch Erhöhung der Viskosität des Anmachwassers. Es handelt sich um ein hydrophiles Polymermaterial, das sich in Wasser löst und eine Lösung oder Dispersion bildet.
Experimente zeigen, dass mit zunehmender Menge an hocheffizientem, naphthalinbasiertem Fließmittel die Dispersionsresistenz von frisch gemischtem Zementmörtel abnimmt. Dies liegt daran, dass das Fließmittel ein Tensid ist. Bei Zugabe zum Mörtel lagert es sich an der Oberfläche der Zementpartikel an und bewirkt so eine gleichmäßige Oberflächenladung. Diese elektrische Abstoßung führt zur Auflösung der Flockungsstruktur der Zementpartikel, wodurch das darin gebundene Wasser freigesetzt wird und ein Teil des Zements verloren geht. Gleichzeitig wurde festgestellt, dass sich die Dispersionsresistenz des frischen Zementmörtels mit steigendem HPMC-Gehalt verbessert.
02. Festigkeitseigenschaften von Beton:
In einem Pilotprojekt für Fundamente wurde ein nicht dispergierbares Unterwasserbetonzusatzmittel (HPMC) verwendet. Die geplante Festigkeitsklasse war C25. Laut den grundlegenden Versuchen betrug die Zementmenge 400 kg, der Silicastaubanteil 25 kg/m³, die optimale HPMC-Menge 0,6 % der Zementmenge, das Wasser-Zement-Verhältnis 0,42, der Sandanteil 40 % und die Ausbeute an hocheffizientem, naphthalinbasiertem Fließmittel 8 % der Zementmenge. Die durchschnittliche 28-Tage-Festigkeit der Betonprobe an der Luft betrug 42,6 MPa, die durchschnittliche 28-Tage-Festigkeit des Unterwasserbetons bei einer Fallhöhe von 60 mm 36,4 MPa. Das Verhältnis der Festigkeit von wassergeformtem zu luftgeformtem Beton betrug 84,8 %, was einen deutlicheren Effekt darstellt.
03. Experimente zeigen:
(1) Die Zugabe von HPMC hat eine deutlich verzögernde Wirkung auf die Mörtelmischung. Mit steigendem HPMC-Gehalt verlängert sich die Abbindezeit des Mörtels. Bei gleichem HPMC-Gehalt härtet der unter Wasser gebildete Mörtel schneller aus als der an der Luft. Die Abbindezeit des Mörtels ist länger. Diese Eigenschaft ist vorteilhaft für das Unterwasserpumpen von Beton.
(2) Der frisch gemischte Zementmörtel, dem Hydroxypropylmethylcellulose beigemischt wurde, weist gute Kohäsionseigenschaften und fast keine Blutung auf.
(3) Die Menge an HPMC und der Wasserbedarf des Mörtels nahmen zunächst ab und stiegen dann deutlich an.
(4) Die Zugabe eines Wasserreduktionsmittels verbessert das Problem des erhöhten Wasserbedarfs des Mörtels, jedoch muss dessen Dosierung angemessen kontrolliert werden, da sonst die Unterwasserdispersionsbeständigkeit des frisch gemischten Zementmörtels mitunter verringert wird.
(5) Zwischen der mit HPMC versetzten Zementpastenprobe und der Kontrollprobe besteht nur ein geringer Strukturunterschied. Auch die Struktur und Dichte der in Wasser und an der Luft gelagerten Zementpastenprobe unterscheiden sich kaum. Die 28 Tage unter Wasser geformte Probe weist eine leichte Sprödigkeit auf. Dies ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass die Zugabe von HPMC zwar den Zementverlust und die Dispersion beim Eingießen in Wasser deutlich reduziert, gleichzeitig aber die Verdichtung des Zementsteins verringert. Um im Projekt die Dispersion unter Wasser zu verhindern, sollte die HPMC-Dosierung daher so gering wie möglich gehalten werden.
(6) Die Zugabe des nicht dispergierbaren Unterwasserbetonzusatzmittels HPMC wirkt sich durch kontrollierte Dosierung positiv auf die Festigkeit aus. Das Pilotprojekt zeigt, dass das Festigkeitsverhältnis von wassergeformtem zu luftgeformtem Beton 84,8 % beträgt, was einen signifikanten Effekt darstellt.
Veröffentlichungsdatum: 06. Mai 2023