21
Baustoffdesign Thomas A. BIER Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik, Leipziger Straße 28, 09596 Freiberg, Baustoffdesign Zusatzmittel

Baustoffdesign I 4 Zusatzmittel.ppt [Kompatibilitätsmodus] · Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik, Leipziger Straße 28, 09596 Freiberg, Baustoffdesign Zusatzmittel

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Baustoffdesign

Thomas A. BIER

Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik, Leipziger Straße 28, 09596 Freiberg,

BaustoffdesignZusatzmittel

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Baustoffdesign

Funktionsorientierung durch Zusatzmittel

Type of Admixture

Accelerators

Retarders

Water reducers / Plasticisers

Thickeners (Stabilisers)

Defoamers

Air entraining agents

Type of Admixture

Accelerators

Retarders

Water reducers / Plasticisers

Thickeners (Stabilisers)

Defoamers

Air entraining agents

Desired Function

Rapid Hardening

Later Set, Flow

Strength, Flow

Anti Sedimentation

Strenght improvement

Freeze Thaw Resistance

Desired Function

Rapid Hardening

Later Set, Flow

Strength, Flow

Anti Sedimentation

Strenght improvement

Freeze Thaw Resistance

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Baustoffdesign

Action of Binder and Admixtures during Hydration

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Baustoffdesign

Hydration: Influence of Admixtures

CT = tri-sodium citrate

Li2CO3 = lithium carbonate

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Baustoffdesign

• Nucleation• Growth of hydrates

• Solubility• Particle – Particle Interaction w/SP

• Intrinsic Strength• Porosity

I II

III

IV

Rheology and Structuring : Self Levelling Underlayments

Oscillation flow curves

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0,1 1 10 100 1000

(rad/s)

)

S6A_MFPP100FS6B_MF1641FS6C_MF2641FS6D_MF2651FS6F_Casein

Calorimetry (Versatz6b_Early time)

0

2

4

6

8

10

12

0 1 2 3 4 5

Time (hours)

Hea

t Evo

lutio

n (m

W/g

)

No.3_ohneNo.1_citricNo.1_citric_lithiumNo.3_allNo.2_vp2651No.2_vp2651_lithiumNo.3_SKW_pce_20%

vp+cit+lit

cit+lit

SKW_20%

cit

ohne

vp+lit

vp

Ref.

No.1 No.2

No.3

Equipment

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Baustoffdesign

Einfluss von ZusatzmittelnCalorimetry (Versatz6b_Early time)

0

2

4

6

8

10

12

0 1 2 3 4 5

Time (hours)

Hea

t Evo

lutio

n (m

W/g

)

No.3_ohneNo.1_citricNo.1_citric_lithiumNo.3_allNo.2_vp2651No.2_vp2651_lithiumNo.3_SKW_pce_20%

vp+cit+lit

cit+lit

SKW_20%

cit

ohne

vp+lit

vp

Ref.

No.1 No.2

No.3

Equipment

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Baustoffdesign

A B C D E At Bt Ct Dt Et A B C D E At Bt Ct Dt EtCAC FonduOPC CEM I 42,5R

QuarzandDolomit powder

Stabilizer CelluloseAccelerator Litium Carbonate

Citric acidTartaric acidMF PP100F 0,2 0,2 0,2 0,2MF 1641F 0,2 0,2 0,2 0,2MF 2641F 0,2 0,2 0,2 0,2MF 2651F 0,2 0,2 0,2 0,2Casein 0,2 0,2 0,2 0,2

12 20

System 1 System 2

19 4- 77 -

41 3820 28

2

0,050,1

0,2 - 0,02 -- 0,2 - 0,02

Plasticizer

Retarder

HemihydrateAnhydrite

Resin powder

Plasticizers(PCE)

Principalchainlength

Sidechainlength

Rate of adsorption(Charge density)

MF PP100F 3.3 nm 3.3 nm No. 1MF 1641F 18 nm 13 nm No. 2MF 2641F 10 nm 38 nm No. 4MF 2651F 25 nm 38 nm No. 3

MF PP100F

MF 1641F

MF 2641F MF 2651F

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Baustoffdesign

0:00 0:30 1:00 1:30 2:00 2:30 3:00 3:30 4:00 4:30

Dt : MF 2651F

Ct : MF 2641F

Bt : MF 1641F

At : MF PP100F

E : Casein

D : MF 2651F

C : MF 2641F

B : MF 1641F

A : MF PP100F

Time (hh:mm)0:00 0:30 1:00 1:30 2:00 2:30 3:00 3:30 4:00 4:30

Dt : MF 2651F

Ct : MF 2641F

Bt : MF 1641F

At : MF PP100F

E : Casein

D : MF 2651F

C : MF 2641F

B : MF 1641F

A : MF PP100F

Time (hh:mm)

Setting time (hh:mm) (w/p=24%) Setting time (hh:mm) (w/p=24%)

initial final initial final initial final initial finalA PP100 : 0.2% 0:50 1:07 2:21 2:54 A PP100 : 0.2% 0:27 0:29 0:28 0:31B 1641F : 0.2% 0:51 1:04 3:31 4:15 B 1641F : 0.2% 0:20 0:22 0:22 0:24C 2641F : 0.2% 0:57 1:01 2:31 2:56 C 2641F : 0.2% 0:19 0:21 0:20 0:21D 2651F : 0.2% 0:52 0:56 3:14 3:50 D 2651F : 0.2% 0:20 0:22 0:21 0:23E Casein : 0.2% 0:59 1:08 - -

System 1 Citric 0.02% Tartaric 0.02%Citric 0.2% Tartaric 0.2% System 2

System 1System 2

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Baustoffdesign

Citr

ic a

cid

Citr

ic a

cid

Citr

ic a

cid

Citr

ic a

cid C

itric

aci

d

Citr

ic a

cid

Citr

ic a

cid

Citr

ic a

cid

Citr

ic a

cid

Citr

ic a

cid

Tart

aric

aci

d

Tart

aric

aci

d

Tart

aric

aci

d

Tart

aric

aci

d

Tart

aric

aci

d

Tart

aric

aci

d

Tart

aric

aci

d

Tart

aric

aci

d

Tart

aric

aci

d

Tart

aric

aci

d

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

MFPP100F

MF 1641F MF 2641F MF 2651F Casein MFPP100F

MF 1641F MF 2641F MF 2651F Casein

Flow

val

ue (c

m)

System 1 (Retarder = 0.2 wt%) System 2 (Retarder = 0.02 wt%)

Experimental – Self Flow Values

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Baustoffdesign

0

2

4

6

8

10

0 3 6 9 12 15 18 21 24Time (hours)

Hea

t Evo

lutio

n (m

W/g

)

A_MFPP100FB_MF1641FC_MF2641FD_MF2651FE_Casein

Calorimetry and Setting Time (System 1, Citric acid, W/P = 24%)Setting time

0

2

4

6

8

10

40 50 60 70 80Time (minutes)

Hea

t Evo

lutio

n (m

W/g

)

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Baustoffdesign

-1000

-500

0

500

1000

1500

2000

0 3 6 9 12 15 18 21 24Time (hours)

Shrin

kage

/ Ex

pans

ion

( m

/m)

A_MFPP100FB_MF1641FC_MF2641FD_MF2651FE_Casein

(System 1, Citric acid, W/P = 24%)

-300

-200

-100

0

100

200

30 40 50 60 70 80Time (minutes)

Shrin

kage

/ Ex

pans

ion

( m

/m)

Setting time

Experimental - Shrinkage

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Baustoffdesign

Mix design: Self-consolidating mortarOPC: CEM I 52,5 R Secondary Raw Material (SRM): Fly ash (FA), Lime stone

powder (LSP)Quartz Sand: - 0...2 mm

- 0...1 mmSuper plasticizer: PCE

OPC SRM Sand Water Super-plasticizer

200g 200g 600g 160g 0.36 ... 1.07g

Materials

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Baustoffdesign

Technological Properties: Setting TimeResults

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800

Time (min)

Pene

trat

ion

Dep

th (m

m)

Polymer

Starch

GUM

Cellulose 6000

Cellulose 200 8,5 h 10 h 11.5 h

Cellulose 6000 GumPolymer

Cellulose 200 M Potato starch

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Baustoffdesign

Rheological properties: Flow Curves Shear Thinning behavior

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

0 50 100 150 200 250 300

Shearrate (1/s)

App

aren

t Vis

cosi

ty (m

Pas)

PolymerStarch

Cellulose 200Gum

Cellulose 6000

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Baustoffdesign

Technological Characterization through Workability Boxes

0,002670,004

0,0067

0,00267

0,00133

0,0067

0,05

0,013

0,05

0,05

0,0005

2

4

6

8

10

12

14

16

18

150 200 250 300 350

Self Flow Value (mm)

V-F

unne

l Tim

e (s

)

StarchGumCellulose 200PolymerNo StabiliserCellulose 6000

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Baustoffdesign

Technological Characterization through Workability Boxes

No Stabiliser; 0,0005

Cellulose 200; 0,013Cellulose 6000; 0,05

FA W/C 0.4; 0,11

LSP I W/C 0.4; 0,01

Gum; 0,00267 Starch; 0,00267

Polymer; 0,05

LSP II W/C 0.4; 0,09

2

4

6

8

10

12

14

270 280 290 300 310 320 330

Self Flow Value (mm)

V-F

unne

l Tim

e (s

)

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Baustoffdesign

Technological Characterization through Workability Boxes

FA W/C 0.4; 0,114

LSP I W/C 0.4; 0,009

Polymer; 0,05

FA W/C 0.3; 0,009

LSP I W/C 0.3; 0,005

LSP II W/C 0.3; 0,005

LSP II W/C 0.4; 0,090

6

8

10

12

270 280 290 300 310 320 330

Self Flow Value (mm)

V-F

unne

l Tim

e (s

)

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Baustoffdesign

0

2

4

6

8

10

0 3 6 9 12 15 18 21 24Time (hours)

Hea

t Evo

lutio

n (m

W/g

)Calorimetry and Setting Time (System 1, Tartaric acid, W/P = 24%)

Setting time

0

1

2

3

4

0 1 2 3 4 5 6Time (hours)

Hea

t Evo

lutio

n (m

W/g

) At_MFPP100FBt_MF1641FCt_MF2641FDt_MF2651F

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Baustoffdesign

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 3 6 9 12 15 18 21 24Time (hours)

Hea

t Evo

lutio

n (m

W/g

)

A_MFPP100FB_MF1641FC_MF2641FD_MF2651F

Calorimetry and Setting Time (System 2, Citric acid, W/P = 24%)

Setting time

0

5

10

15

20

5 10 15 20 25 30 35 40 45Time (minutes)

Hea

t Evo

lutio

n (m

W/g

)

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Baustoffdesign

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 3 6 9 12 15 18 21 24Time (hours)

Hea

t Evo

lutio

n (m

W/g

)

At_MFPP100FBt_MF1641FCt_MF2641FDt_MF2651F

Calorimetry and Setting Time (System 2, Citric acid, W/P = 24%)

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Baustoffdesign

-1000

-500

0

500

1000

1500

2000

0 3 6 9 12 15 18 21 24Time (hours)

Shrin

kage

/ Ex

pans

ion

( m

/m)

At_MFPP100FBt_MF1641FCt_MF2641FDt_MF2651F

(System 1, Tartaric acid, W/P = 24%)

-400

-300

-200

-100

0

100

0 1 2 3 4 5 6Time (hours)

Shrin

kage

/ Ex

pans

ion

( m

/m)

Setting time

Experimental - Shrinkage