Verwendung von Superabsorber-Polymeren in Beton

Während der gesamten Lebensdauer von Beton hat Wasser eine zentrale Bedeutung:

-Es ist ein wesentlicher Bestandteil in der Mischung, Aushärtung, und Härten von Beton;

-Sein Austausch mit der Umgebung bewirkt, dass gehärteter Beton schrumpft, anschwellen und möglicherweise reißen;
-Seine Anwesenheit in gehärtetem Beton beeinflusst die Festigkeit und kriecherei;

-Es spielt eine zentrale Rolle bei der Verschlechterung durch Frosteinwirkung oder Alkali-Kieselsäure-Reaktionen verursacht.

Natürlich ist die Kontrolle des Wassers wichtig für Beton. Dieser Artikel gibt einen Überblick über einige der Möglichkeiten, die der Einsatz von super absorbierendem Polymer (SAP) bietet, um diese Kontrolle zu erreichen. Teile des Artikels stammen aus einer früheren Publikation.

Wenn SAP Wasser ausgesetzt ist, schwellen sie an, und wenn sie anschließend trocknen, schrumpfen sie reversibel. Diese Schlüsseleigenschaften zum Trocknen, sie kehren umkehrend schrumpfen. Die Schlüsseleigenschaften können aktiv in Bezug auf Beton verwendet werden.

Einfluss auf Stärke

Ein SAP kann eine sehr effiziente interne Wasserhärtung gewährleisten, die definiert ist als "Einbau eines Härtungsmittels, das als internes Wasserreservoir dient und es nach und nach freisetzt, wenn der Beton austrocknet." 7 Die Binnenwasserhärtung wird seit Jahrzehnten eingesetzt, um die Hydratation von Zement zu fördern und die Schrumpfung von Beton zu kontrollieren

Aus Festigkeitssicht hat die Zugabe von Sap zu Beton zwei gegensätzliche Effekte: Während der SAP Hohlräume im Beton erzeugt und damit die Festigkeit reduziert, erhöht die interne Wasserhärtung des SAP den Hydratationsgrad und erhöht dadurch die Festigkeit. Welcher dieser beiden Effekte dominant ist, hängt vom Wasser-Zement-Verhältnis (w/c), der Reife des Betons und der Menge der SAP-Zugabe ab. Der Gesamteffekt scheint bei bestehenden Modellen, wie dem Gel-Raum-Verhältnis-Konzept, gut beschrieben zu werden. Insbesondere bei einem hohen w/c (>0,45) hat die SAP-Zugabe nur sehr geringe Auswirkungen auf die Hydratation und reduziert daher in der Regel die Druckfestigkeit. Bei einem niedrigen w/c (<0.45), SAP addition may increase the compressive strength. sap="" addition="" may="" increase="" the="" compressive=""></0.45), SAP addition may increase the compressive strength.>

Schrumpfungsreduzierung

Die Schrumpfung von Beton durch Wasserverlust in der Umgebung ist eine bekannte Ursache für Risse sowohl im Kunststoff als auch im gehärteten Zustand. Diese Art von Rissbildung kann effektiv durch Verlangsamung oder Verhinderung von Wasserverlust gemildert werden. Durch die Tätigkeit als Wasserquelle können SAPs möglicherweise in Bezug auf diese verwendet werden, aber diese Arten von Schrumpfung sind im Grunde oberflächenbezogene Phänomene und es kann schwierig sein, die Wirkung der SAP auf diese Schnittstelle zu konzentrieren. Autogenes Schrumpfung ist ein Phänomen, das eng mit Hochleistungsbeton verbunden ist. Autogene Schrumpfung kann zu Rissen führen und die Festigkeit, Haltbarkeit und Ästhetik von Beton beeinflussen. Dies war eine technologische Herausforderung, die den Einsatz von Hochleistungsbeton eingeschränkt hat. SAP, das beim Mischen zu einem Betongemisch hinzugefügt wird, ermöglicht eine aktive Steuerung der geometrischen und thermodynamischen Eigenschaften der Wasserphase. Das Wasser in den gebildeten SAP-Einschlüssen ist im Wesentlichen freies Wasser, und Größe und Form der Einschlüsse werden von den zunächst hinzugefügten SAP-Partikeln bestimmt. Wassereinbau kann somit als technische Wasserphasenverteilung betrachtet werden.

Frostschutz

SAPs können auch als Mittel verwendet werden, um die Porenstruktur von zementierten Materialien zu konstruieren. Während der Zementhydrierung schrumpfen die SAP-Partikel und hinterlassen gasgefüllte Hohlräume. Dies kann möglicherweise für kontrollierte Lufteinzüge verwendet werden, um die Frostbeständigkeit von Beton zu verbessern. Das Verfahren, das normalerweise für die Einspeisung von Luft verwendet wird, ist mit einer Reihe erheblicher technologischer Schwierigkeiten verbunden, darunter die Koaleszenz von Luftblasen im Frischen Beton, der Verlust von Luft während der Vibration oder des Pumpens und Probleme mit der Kompatibilität zwischen luftaufsbildungsende Beimischungen und wasserreduzierende Beimischungen mit hohem Wasserbereich. Der Einsatz von SAPs bietet die Möglichkeit, die eingespannte Luft im gehärteten Beton aktiv zu steuern, einschließlich des Gesamtluftgehalts, des Abstands der Luftblasen und der Größe (und sogar der Form) der einzelnen Hohlräume – wir bezeichnen dies als technische Lufteinbau von Beton.

Rheologie-Modifikation

Die Zugabe von trockenem SAP beim Mischen führt zu einer erheblichen Veränderung in der Rheologie von Frischbeton, wenn kein zusätzliches Wasser hinzugefügt wird, um die SAP-Absorption auszugleichen. Bei einer Wasseraufnahme von etwa 15 g/g trockener SAP führt die Zugabe von nur 0,4% SAP im Verhältnis zum Zementgewicht zu einer Senkung des freien w/c um 0,06. Diese Veränderung der w/c wird dazu führen, dass sich die Ausbeuterspannung verdreifacht und die Kunststoffviskosität für Beton um 25 % mit einem anfänglichen w/c von 0,4 steigt. Zusätzlich zu diesem reinen Wasserbindungseffekt wird eine weitere Erhöhung der Ertragsspannung und der Kunststoffviskosität durch das physikalische Vorhandensein der geschwollenen SAP-Partikel verursacht. Wenn der durch den SAP verursachte Verdickungseffekt unerwünscht ist, kann er durch die Zugabe von plastifizierenden Beimischungen abgemildert werden. Beispielsweise kann der Verdickungseffekt, der mit der Wasseraufnahme durch die SAP verbunden ist, besonders nützlich für das Nassmischungsbetonieren sein, ein Prozess, der eine Reihe technologischer Schwierigkeiten haben kann. Damit normale Betongemische gepumpt werden können, ist ein hoher Einbruch erforderlich. Um jedoch den Rebound zu minimieren und eine angemessene Aufbaudicke während des Betonierens zu ermöglichen, ist ein niedriger Einbruch erforderlich. In der Praxis muss der Hersteller des Betons möglicherweise auf einer Messerklinge balancieren und den Einbruch bei 80 mm halten. Neben der präzisen Kontrolle des frischen Betoneinbruchs ist es in der Regel notwendig, eine setbeschleunigende Beimischung an der Düse hinzuzufügen. Leider führt die set-accelerating Beimischung zu einer deutlichen Reduzierung der Langzeitdruckfestigkeit. Das Konzept, SAPs zur Anpassung des Einbruchs von Nass-Mix-Shotcrete zu verwenden, wurde in der Praxis getestet. Trockensap wurde der Düse hinzugefügt und seine schnelle Aufnahme von Wasser wurde gezeigt, um eine Viskositätsänderung während der Platzierung zu schaffen, die den Aufbau von dicken Schichten ohne den Einsatz von Set-Accelerating Beimischungen ermöglichte. Letzteres ist besonders faszinierend, da es sehr schwierig ist, die Lufteinordnung von platzierten Spritzbeton zu kontrollieren. Wenn Spritzbeton platziert wird, treten größere Veränderungen in der luftleeren Struktur auf, wenn sie auf einer normalen, luftgespannten Beimischung basiert. Mit SAPs ist es jedoch möglich, die endgültige Lufthohlraumstruktur genau zu entwerfen, die durch das Pump- und Platzierungsverfahren nicht beeinträchtigt wird.


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