1concrete

Sika technologies for Mining

gypsumOptimisatiOn Of plasticizers fOr gypsum applicatiOnsreprint Of paper published in zkg 2 2013

2 ZKG 2 2013

TEXT Dr. Christina Hampel1, Dr. Jörg Zimmermann1, Dr. Markus Müller2 1Sika Technology AG, 2 Sika Services AG, Zurich/Switzerland

Hochleistungsfließmittel auf Basis von Polycarboxylatether haben nach der Anwendung

in zementären Systemen zunehmend auch in Gipsanwendungen Einzug gehalten.

Following their adoption in cementitious systems, superplasticizers based on

polycarboxylate ethers are now increasingly being selected for gypsum applications.

Optimierung von Fließmitteln für Gipsanwendungen

SIKA

In recent years, PCE-based plasticizers have not only been used in cementitious binders, they have also in-creasingly been selected for a range of gypsum applica-tions. It became apparent at this time that the various applications (gypsum board, floor screed, etc.), and the various binders, in particular, demanded greatly dif-fering properties from the plasticizers. The structure of PCE-based plasticizers was therefore modified in order that these products would exhibit their greatest water-reduction efficiency in pure gypsum phases, such as alpha- and beta-hemihydrate or anhydrite. Heteroge-neous gypsum systems generally occur as a function of gypsum raw material, calcining process and binder

In den vergangenen Jahren wurden PCE-basierte Fließ-mittel nicht nur in zementösen Bindemitteln eingesetzt, sondern hielten zunehmend Einzug in verschiedene Gipsanwendungen. Dabei zeigte sich, dass die jeweiligen Einsatzgebiete (Gipsplatte, Estrich etc.) und dabei insbe-sondere die verschiedenen Bindemittel, den Fließmitteln stark variierende Eigenschaften abverlangen. Die Struk-tur von PCE-basierten Fließmittel wurde dahingehend angepasst, dass diese ihre höchste Effizienz bezüglich Wasserreduktion in reinen Gipsphasen, wie alpha- und beta-Halbhydrat oder Anhydrit, aufweisen. Bei der Pro-duktion von Gipsbaustoffen treten in Abhängigkeit von Gipsrohstoff, Brennprozess sowie Bindemittelformulie-

Optimisation of plasticizers for gypsum  applications

Binder-specific additive optimisation produces plasticizers with an enhanced

Durch bindemittel-spezifische Additivoptimierung entstehen Fließmittel mit erhöhtem

Wasserreduktionsvermögen bei gleichzeitig verringerten Abbindezeiten.

water-reduction capability and simultaneously reduced setting times.

3ZKG 2 2013

formulations during the production of gypsum-based building materials, i.e., a number of gypsum phases are present simultaneously. Natural gypsums, furthermore, in addition contain various impurities, such as dolo-mite, calcite and clay minerals, which also influence the system.

The systematic combination of various polymers makes it possible to boost water-reduction efficiency, adjust the required workability times and optimise in-sensitivity to fluctuations in the gypsum composition.

1 IntroductionAt present, there are four different families of plasti-cizers used as dispersants in cementitious and gypsum-based systems: lignosulfonates (LS), sulphonated naph-thalene formaldehyde condensates (NFS), sulphonated melamine formaldehyde condensates (MFS) and poly-carboxylate ethers (PCE). Lignosulfonates have a robust but extremely slight capability for reduction of water content, whereas the polycarboxylate ethers are the most effective plasticizers. PCE plasticizers have, up to now, primarily been used in the concrete industry. The mechanism of action of the polycarboxylate ethers in cementitious systems has now been explained in prin-ciple [1-2]. Flexibility in the production of PCE-plasti-cizers with respect to variation of the length and type of the main chain, and variation of the side chains, in or-der to modify polymer properties, is not limited to these systems alone, however. The systematic design of the polymers also makes it possible to produce plasticizers tailored specifically to the gypsum industry. The fun-damental correlations between polymer structure and the mechanism of action of the plasticizers as water-reducers in beta-hemihydrate-based systems have been demonstrated in systematic studies of polycarboxylate ethers of various polymer architectures [3-4]. Investi-gations into the action of plasticizers in various gypsum plasters of diverse origin also revealed highly diversi-fied behaviour [5-6]. Influencing factors with complex actions may be assumed due to the most diverse range of impurities to be found, in particular, in natural gyp-sums, due to the diverse production methods used and due to ageing-induced processes. Retardation of setting in the various gypsum compositions is frequently ob-served when PCE plasticizers are used. This is a great disadvantage in the production of “drywall” (plaster-board), in particular, since the setting performance here determines the speed (and therefore rate) of production. Systematic combination of various polymers should make it possible to exploit synergy effects, and thus to produce higher performance additives [7].

2 Methods and materials2.1 Determination of flowability (Flow Test):For the determination of the flowability, water contain-ing the corresponding quantity of plasticizer is put into a beaker first. The binder, mixed with the accelerator, is sprinkled into the water over a period of 15 s, and the gypsum slurry is allowed to soak for another 15 s. Then, these components are vigorously stirred by hand using a whisk for 30 s. A mini-cone (50 x 50 mm) positioned

rungen meist heterogene Gipssysteme auf, d.h. mehrere Gipsphasen liegen nebeneinander vor. Darüber hinaus enthalten Naturgipse verschiedene Verunreinigungen, wie z.B. Dolomit, Calcit oder Tonminerale, welche das System ebenfalls beeinflussen.

Die gezielte Kombination verschiedener Polymere ermöglicht eine Effizienzsteigerung hinsichtlich der Wasserreduktion, der Einstellung gewünschter Verar-beitungszeiten sowie die Unempfindlichkeit gegenüber Schwankungen in der Zusammensetzung der Gipse.

1 Einleitung Derzeit werden vier verschiedene Fließmittel-Familien als Dispergiermittel in zementösen und gipsbasierenden Systemen eingesetzt: Lignosulfonate (LS), sulfonierte Naphthalinformaldehydkondensate (NFS), sulfonierte Melaminformaldehydkondensate (MFS) sowie Polycarb-oxylatether (PCE). Während Lignosulfonate ein robustes, aber sehr geringes Wasserreduktionsvermögen aufweisen, sind Polycarboxylatether die leistungsfähigsten Fließ-mittel. Bisher kommen PCE-Fließmittel vor allem in der Betonindustrie zum Einsatz. Der Wirkmechanismus der Polycarboxylatether in zementösen Systemen ist heute prinzipiell verstanden [1-2]. Die Flexibilität bei der Her-stellung von PCE-Fließmittel im Bezug auf Variation von Länge und Typ der Hauptkette und Variation der Seiten-ketten zur Beeinflussung der Polymereigenschaften ist aber nicht nur auf diese Systeme limitiert. Das gezielte Design der Polymere erlaubt es auch, massgeschneiderte Fließmittel für die Gipsindustrie herzustellen. Die grund-legenden Zusammenhänge zwischen der Polymerstruktur und der Wirkungsweise der Fließmittel als Wasserreduzie-rer in beta-Halbhydrat-basierten Systemen zeigen syste-matische Untersuchungen von Polycarboxylatethern mit unterschiedlicher Polymerarchitektur [3-4]. Bei Untersu-chungen der Wirkung von Fließmitteln in verschiedenen Stuckgipsen unterschiedlicher Herkunft liess sich ebenfalls ein sehr unterschiedliches Verhalten nachweisen [5-6]. Aufgrund verschiedenster Verunreinigungen, welche sich vor allem in Naturgipsen finden, sowie unterschiedlicher Herstellungsverfahren und alterungsbedingter Prozesse ist von komplex wirkenden Einflussgrössen auszugehen.

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0.48 0.5 0.52 0.54 0.56 0.58 0.6 0.62 0.64 0.66 0.68 0.7 0.72 0.74

w/b

Slum

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ow [

mm

]

Natural 1 Natural 2 FGD

1 The influence of water-binder ratio on the flowability of suspensions of various gypsum plasters

Einfluss des Wasser-Bindemittel-Wertes auf das Fließmaß der Sus-pension verschiedener Stuckgipse

4 ZKG 2 2013

on a glass plate is then filled with the gypsum slurry. After further 15 s (à total time 75 s), the cylinder is lifted vertically upward. The diameter of the “gypsum cake” thus produced indicates the flowability.

2.2 Determination of setting times:The workability period of the gypsum slurry is char-acterised by the two specific variables of initial setting (VB) and end of setting (VE). Measuring procedures widely used in the gypsum industry are the knife-cut method and the thumb-penetration method. The gyp-sum cake produced in the flow test (see above) is used to determine setting times.

In accordance with DIN EN 13279, Part 2, initial setting is reached if, after a knife cut through the gyp-sum cake, the edges of the cut no longer heal. The end of stiffening occurs when water no longer escapes from the gypsum cake when finger pressure with a force of about 50 N is applied.

One disadvantage of this test method is the subjec-tive element in estimation of the test results. All meas-urements were performed by the same laboratory em-ployee, in order to assure good repeatability.

2.3 Binders and additives:Three different gypsum plasters were used for the tests: two natural gypsum plasters (1 and 2) and one FGD gypsum plaster. Four polycarboxylate ethers, two lignosulfonates and their combinations were tested. Constant plasticizer dosage was 0.2 wt %. As accel-erator, 0.1 wt % of finely ground gypsum (referred to the gypsum plaster) was added to each mixture, to ap-proximate conditions during the production of gypsum boards.

Häufig zeigt sich beim Einsatz von PCE-Fließmitteln eine Verzögerung des Abbindeverhaltens in den Gipszusam-mensetzungen. Das ist speziell bei der Herstellung von Gipsbauplatten von grossem Nachteil, wo das Abbinde-verhalten die Geschwindigkeit des Produktionsprozesses bestimmt. Durch die gezielte Kombination verschiedener Polymere sollte es möglich sein, Synergieeffekte zu nut-zen und damit Additive mit verbesserter Leistungsfähig-keit herzustellen [7].

2 Methoden und Materialien2.1 Bestimmung des Fließmaßes (Flow-Test):Zur Bestimmung des Fließmaßes wird zunächst Wasser mit der entsprechenden Menge Fließmittel in einem Be-cher vorgelegt. Das mit dem Beschleuniger vermischte Bindemittel wird innert 15 s in das Wasser eingestreut. Dann lässt man den Gipsbrei 15 s „sumpfen“. Anschlies-send wird der Gipsbrei mit einem Schneebesen 30 s in-tensiv gerührt. Daraufhin füllt man einen Plastikzylinder (50 x 50 mm), der auf einer Glasplatte platziert wurde, mit dem Gipsbrei. Nach weiteren 15 s (à Gesamtzeit 75 s) wird der Zylinder senkrecht nach oben gehoben. Der Durch-messer des entstehenden Gipskuchens ergibt das Fließ-maß.

2.2 Bestimmung der Versteifungszeiten:Der Verarbeitungszeitraum des Gipsbreies wird durch die beiden Kenngrössen Versteifungsbeginn (VB) und Ver-steifungsende (VE) charakterisiert. Zur Bestimmung der Versteifungszeiten kommen mit der Messerschnitt- und der Daumendruck-Methode in der Gipsindustrie verbrei-tete Messmethoden zur Anwendung. Der beim Flow-Test entstandene Gipskuchen (s.o.) wird für die Bestimmung der Versteifungszeiten verwendet.

Der Versteifungsbeginn ist nach DIN EN 13279-2 die Zeit, nach der die Ränder eines durch den Bindemittelbrei geführten Messerschnittes nicht mehr zusammenfließen. Das Versteifungsende ist erreicht, wenn bei einem Dau-mendruck mit einer Kraft von ca. 50 N kein Wasser mehr um die Druckstelle herum austritt.

Ein Nachteil der Prüfmethoden ist der subjektive Faktor bei der Einschätzung der Untersuchungsergeb-nisse. Um eine gute Reproduzierbarkeit zu gewährleisten, wurden alle Messungen von nur einem Labormitarbeiter durchgeführt.

2.3 Bindemittel und Additive:Für die Tests kamen drei verschiedene Stuckgipse zur Anwendung. Dabei handelte es sich um zwei Naturstuck-gipse 1 und 2 sowie einen REA-Stuckgips. Als Fließmittel wurden vier Polycarboxylatether, zwei Lignosulfonate und deren Kombinationen getestet. Die Fließmitteldosie-rung betrug konstant 0,2 Gew.- %. In Anlehnung an die Bedingungen bei der Gipsplattenproduktion wurden zu jeder Mischung 0,1 Gew.- % feingemahlener Gips (bezo-gen auf den Stuckgips) als Beschleuniger zugegeben.

Bild 1 zeigt den Einfluss des Wasser-Bindemittel-Ver-hältnisses (w/g) auf das Fließvermögen der Stuckgipse. Im untersuchten Bereich besteht ein nahezu linearer Zusam-menhang, d.h. mit steigendem Wasseranteil nimmt das Fließmaß der Stuckgipse zu.

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blank PCE 1 PCE 2 PCE 3 PCE 4

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natural 1 natural 2 FGD

2 The influence of various PCEs (dos-age: 0.2 wt%) on the rheology of the three gypsum plaster suspensions

Einfluss verschiedener PCEs (Dos. 0,2 wt%) auf das Fließverhalten der drei Stuckgips-Suspensionen

Tab. 1 Properties of the gypsum plasters used

Eigenschaften der ver-wendeten Stuckgipse

w/g [-] VB [min:s] VE [min:s]

Natural gypsum plaster 1 Naturstuckgips 1

0.55 02:20 07:30

Natural gypsum plaster 2 Naturstuckgips 2

0.58 03:30 11:30

FGD gypsum plaster REA-Stuckgips

0.60 02:30 07:15

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Figure 1 shows the influence of the water-binder ratio (w/g) on the flowability of the gypsum plasters. A linear correlation exists in the range examined, i.e., the flowability of the gypsum plasters increases as water content rises.

The w/g value at which the flowability without plasticizer was 140 mm was used for each gypsum plaster in subsequent tests. Table 1 shows the w/g val-ues selected for the gypsum plasters and their setting times, when 0.1 wt % of accelerator is added. It should be noted that Natural Gypsum Plaster 2 is differenti-ated from the other two gypsum plasters by its signifi-cantly retarded setting behaviour.

3 Combinations of polymers for optimisation of performanceFour PCEs with defined differences in their polymer ar-chitecture were selected as the plasticizers. In a second series of tests, the polymers were combined at various ratios with one another. The flowability of the gypsum plaster slurry provides information on the fluidising action of the PCEs and of their combinations. Determi-nation of initial setting and end of setting is a measure of the retarding action of the plasticizers.

The four different polycarboxylate ethers were test-ed separately in an initial series of tests. The polymers differ in terms of their backbones and their side-chain lengths. The results for the rheology of the PCEs in the three different gypsum plasters are summarised in Fig-ure 2. Plasticizer PCE 1 shows the greatest fluidising ef-fect compared to the other polymers. The flowability of all three gypsum plasters is of approximately the same magnitude in the presence of PCE 1.

On the other hand, plasticizers PCE 2-4 exhibit a lower fluidising effect in the various gypsum plasters, and a simultaneously significantly lower retardation of setting (Table 2).

The combination of PCE 1 with one of the other three plasticizers makes it possible to combine the flowability advantages of PCE 1 with the low setting retardation of the other polymers [8]. The following combinations of PCE 1 and PCE 2 were then selected and tested:

Combination 1: 90 % PCE 1 + 10 % PCE 2Combination 2: 70 % PCE 1 + 30 % PCE 2Combination 3: 50 % PCE 1 + 50 % PCE 2

Figure 3 shows flowability virtually identical to that of PCE 1 for the PCE-PCE combinations 1 and 2. Rheol-ogy in the two natural gypsum plasters is identical, while performance regresses slightly as PCE 2 content increases in the case of the FGD gypsum plaster. Setting times on the other hand can be reduced by combining the two PCEs (Table 3). In the case of Natural Gypsum Plaster 1, the setting time can be significantly reduced (from 14:30 min for PCE 1 to 10:40 min for Combi-nation 3), with an only slightly decreased fluidising action, by using Plasticizer Combination 3. The differ-ences are less pronounced in the case of Natural Gyp-sum Plaster 2 and the FGD gypsum plaster.

Für die weiteren Untersuchungen wurde für jeden Stuckgips der w/g-Wert gewählt, bei dem das Fließmaß ohne Fließmittel 140 mm betrug. Tabelle 1 enthält neben den gewählten w/g-Werten der Stuckgipse deren Verstei-fungszeiten bei Zugabe von 0,1 Gew.- % Beschleuniger. Es ist anzumerken, dass sich Naturstuckgips 2 von den anderen beiden Stuckgipsen durch deutlich verzögertes Abbindeverhalten unterscheidet.

3 Polymerkombinationen zur PerformanceoptimierungAls Fließmittel wurden vier PCEs ausgewählt, die defi-nierte Unterschiede in der Polymerarchitektur aufwie-sen. Die Polymere wurden in einer zweiten Serie mit-einander in verschiedenen Verhältnissen kombiniert. Das Fließmaß des Stuckgipsbreies gibt Aufschluss über die verflüssigende Wirkung der PCEs und ihrer Kom-binationen. Die Bestimmung von Versteifungsbeginn und -ende ist ein Mass für die verzögernde Wirkung der Fließmittel.

In einer ersten Serie wurden die vier verschiedenen Polycarboxylatether separat getestet. Die Polymere un-terscheiden sich in ihrem Rückgrad und ihrer Seitenket-tenlänge. In Bild 2 sind die Ergebnisse für das Fließver-halten der PCEs in den drei verschiedenen Stuckgipsen zusammengefasst. Das Fließmittel PCE 1 weist im Ver-gleich zu den anderen Polymeren das grösste Verflüssi-gungsvermögen auf. Das Fließmaß aller drei Stuckgipse ist in Anwesenheit von PCE 1 nahezu gleich hoch.

Die Fließmittel PCE 2-4 zeigen hingegen eine gerin-gere verflüssigende Wirkung in den verschiedenen Stu-ckgipsen bei gleichzeitig deutlich geringerer Abbinde-verzögerung (Tabelle 2).

Durch Kombination von PCE 1 mit einem der ande-ren drei Fließmittel, lassen sich die Vorzüge von PCE 1 hinsichtlich des Fließmaßes mit der geringen Verzöge-rung der anderen Polymere vereinen [8]. Im Folgenden wurden nachstehende Kombinationen aus PCE  1 und PCE 2 gewählt und getestet:

Kombination 1: 90 % PCE 1 + 10 % PCE 2Kombination 2: 70 % PCE 1 + 30 % PCE 2Kombination 3: 50 % PCE 1 + 50 % PCE 2

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PCE 1

Kombi

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Kombi

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Kombi

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PCE 2

PCE 1

Kombi

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Kombi

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Kombi

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PCE 2

PCE 1

Kombi

1

Kombi

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Kombi

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PCE 2

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natural 1 natural 2 FGD

3 The influence of PCE-PCE combinations (dosage: 0.2 wt%) on the rheology of the three gypsum plaster suspensions

Einfluss von PCE-PCE-Kombinationen (Dos. 0,2 wt%) auf das Fließverhalten der drei Stuckgips-Suspensi-onen

6 ZKG 2 2013

It can be noted, that plasticizer optimisation is pos-sible by systematic combination of PCE-based polymers tailored to the particular binder. The plasticizers formu-lated are characterised by an extremely good fluidising action and a simultaneously slight retarding effect.

4 Combinations of polymers for optimisation of cost efficiencyPCEs are superplasticizers. Their high performance re-quires low fluctuation in process parameters only, such as varying gypsum raw material qualities. By systemat-ic combination of polymers, increased robustness of the plasticizers and, simultaneously, optimised cost benefit ratio will be reached.

PCE 1 was mixed with two different lignosulfonate-based polymers (LS 1 and LS 2) in differing compo-sitions in a further series of experiments, and tested against the FGD gypsum plaster. A sulphonated naph-thalene formaldehyde condensate (NFS), such as is frequently used in the production of gypsum boards, served as the control. The PCE-ligno combinations had the following compositions:

Combination 4: 50 % PCE 1 + 50 % LS 1Combination 5: 30 % PCE 1 + 70 % LS 1Combination 6: 50 % PCE 1 + 50 % LS 2Combination 7: 30 % PCE 1 + 70 % LS 2

A constant flowability of 170 to 175 mm was set by means of variation of plasticizer input, in order to com-pare cost efficiency. In addition to the water-binder ra-tio of w/g = 0.60, all plasticizers were also tested for a water reduction capability of 10 % (w/g = 0.54).

As can be seen from Figure 4, the input quantity for all polymer combinations is in the same range as the NFS at high water-binder values. For a 10 % water reduction, on the other hand, the plasticizer quantity can be reduced by more than 50 % compared to the sul-phonated naphthalene formaldehyde condensate (NFS) when using the PCE-lignosulphonate combinations, in order to obtain a comparable rheology. The plasticiz-ers based on a combination of PCE and lignosulphonate thus present the potential for reducing gypsum board

Bild 3 zeigt für die PCE-PCE-Kombinationen 1 und 2 ein nahezu gleiches Fließmaß wie PCE 1. In den beiden Na-turstuckgipsen ist das Fließverhalten identisch, im REA-Stuckgips nimmt die Performance mit zunehmendem Anteil an PCE 2 leicht ab. Die Abbindezeiten können dagegen durch die Kombination der beiden PCEs verrin-gert werden (Tabelle 3). Im Fall vom Naturstuckgips 1 kann durch die Fließmittel-Kombination 3 bei nur leicht abnehmender Verflüssigungswirkung die Abbindezeit deutlich reduziert werden (von 14:30 min bei PCE 1 auf 10:40 min bei Kombi 3). Bei Naturstuckgips 2 und dem REA-Stuckgips sind die Unterschiede weniger stark aus-geprägt.

Zusammenfassend ist zu bemerken, dass eine Fließ-mitteloptimierung durch gezielte, auf das Bindemittel abgestimmte Kombinationen von PCE-basierenden Po-lymeren möglich ist. Die formulierten Fließmittel zeich-nen sich durch eine sehr gute verflüssigende Wirkung bei gleichzeitig geringer Verzögerung aus.

4 Polymerkombinationen zur WirtschaftlichkeitsoptimierungPCEs sind Hochleistungsfließmittel. Das hohe Leistungs-vermögen bedingt eine möglichst geringe Schwan-kungsbreite von Prozessparametern wie z.B. variieren-de Gipsrohstoffqualitäten. Durch gezielte Kombination von Polymeren soll die Robustheit der Fließmittel erhöht und gleichzeitig das Kosten-Nutzen-Verhältnis opti-miert werden.

In einer Versuchsreihe wurde PCE 1 mit zwei ver-schiedenen Polymeren auf Lignosulfonat-Basis (LS 1 und LS  2) in unterschiedlicher Zusammensetzung abgemischt und am REA-Stuckgips getestet. Als Ver-gleich wurde ein sulfoniertes Naphthalinformalde-hydkondensat (NFS) herangezogen, welches bei der Gipsplattenproduktion häufig zum Einsatz kommt. Die PCE-Ligno-Kombinationen hatten folgende Zusam-mensetzungen:

Kombination 4: 50 % PCE 1 + 50 % LS 1Kombination 5: 30 % PCE 1 + 70 % LS 1Kombination 6: 50 % PCE 1 + 50 % LS 2Kombination 7: 30 % PCE 1 + 70 % LS 2

Tab. 2 The influence of the various PCEs (dosage: 0.2 wt%) on the setting times (VB and VE) of the three gypsum plasters

Einfluss verschiedener PCEs (Dos. 0,2 wt%) auf die Abbindezeiten (VB und VE) der drei Stuckgipse

Plasticizer Fließmittel

Natural gypsum plaster 1 Naturstuckgips 1

Natural gypsum plaster 2 Naturstuckgips 2

FGD gypsum plaster REA-Stuckgips

VB [min:s] VE [min:s] VB [min:s] VE [min:s] VB [min:s] VE [min:s]

PCE 1 05:35 14:30 06:40 16:20 04:00 10:45

PCE 2 03:00 09:30 04:40 14:40 03:10 08:20PCE 3 02:50 09:05 04:40 14:05 03:05 08:30PCE 4 03:00 09:30 05:30 14:40 03:15 08:30

Tab. 3 The influence of PCE-PCE combinations (dosage: 0.2 wt%) on the setting times of the three gypsum plasters

Einfluss von PCE-PCE-Kombinationen (Dos. 0,2 wt%) auf die Abbindezeiten der drei Stuckgipse

Plasticizer Fließmittel

Natural gypsum plaster 1 Naturstuckgips 1

Natural gypsum plaster 2 Naturstuckgips 2

FGD gypsum plaster REA-Stuckgips

VB [min:s] VE [min:s] VB [min:s] VE [min:s] VB [min:s] VE [min:s]

PCE 1 05:35 14:30 06:40 16:20 04:00 10:45

Combin. 1 Kombi 1 04:30 12:35 06:40 16:50 03:20 09:30Combin. 2 Kombi 2 04:20 11:45 05:45 14:55 03:20 09:15Combin. 3 Kombi 3 03:40 10:40 05:10 14:55 03:10 10:05PCE 2 03:00 09:30 04:40 14:40 03:10 08:20

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production costs. Not only reduced formulation costs, but also savings on gypsum board drying, can thus be achieved. It must, however, be noted that combinations of differing plasticizer technologies must be selected systematically and only after exhaustive clarification of their compatibility, in order to eliminate the possibil-ity of detrimental interactions.

5 ConclusionsFollowing their adoption in cementitious systems, su-perplasticizers based on polycarboxylate ethers have also increasingly come into use in gypsum applications. The various applications and, in particular, the various binders demand greatly differing properties of plasti-cizers. The systematic combination of various polymers makes it possible to achieve enhanced insensitivity to fluctuating binder qualities. By binder-specific optimi-sation of additives plasticizers are produced with en-hanced water reduction capability and simultaneously reduced influence on plaster setting times. The system-atic combination of various plasticizer technologies is, in addition, a suitable method of reducing costs in the production of gypsum boards.

Zum Vergleich der Wirtschaftlichkeit wurde durch Variation der Fließmitteldosiermenge ein konstantes Fließmaß von 170…175 mm eingestellt. Neben dem Wasser-Bindemittel-Verhältnis von w/g = 0,60 wur-den alle Fließmittel hinsichtlich eines Wasserredukti-onsvermögens von 10 % (w/g = 0,54) untersucht.

Wie in Bild 4 zu sehen ist, liegt bei hohem Wasser-Bindemittel-Wert die Dosiermenge aller Polymerkom-binationen im Bereich des NFS. Bei einer 10 %igen Wasserreduktion hingegen kann mit den PCE-Ligno-Kombinationen die Fließmitteldosiermenge gegen-über dem sulfonierten Naphthalinformaldehydkon-densat (NFS) um über 50 % reduziert werden, um ein vergleichbares Fließverhalten zu erreichen. Damit eröffnen die Fließmittel auf Basis einer PCE-Ligno-Kombination die Möglichkeit zur Kostenreduktion bei der Gipsplattenproduktion. Neben reduzierten For-mulierungskosten sind so auch Einsparungen beim Trocknen der Gipsbauplatten realisierbar. Es muss aber darauf hingewiesen werden, dass die Kombinati-on verschiedener Fließmitteltechnologien gezielt und nur nach umfassender Abklärung hinsichtlich Kom-patibilität erfolgen kann, um negative Wechselwir-kungen zu vermeiden.

5 SchlussfolgerungenHochleistungsfließmittel auf Basis von Polycarb-oxylatether haben nach der Anwendung in zementären Systemen zunehmend auch in Gipsanwendungen Ein-zug gehalten. Die jeweiligen Einsatzgebiete und dabei insbesondere die verschiedenen Bindemittel verlan-gen den Fließmitteln stark variierende Eigenschaften ab. Durch die gezielte Kombination verschiedener Polymere kann eine gesteigerte Robustheit gegenüber variierenden Bindemittelqualitäten erreicht werden. Durch bindemittelspezifische Additivoptimierung entstehen Fließmittel mit erhöhtem Wasserreduk-tionsvermögen bei gleichzeitig verringerten Abbin-dezeiten. Die gezielte Kombination verschiedener Fließmittel-Technologien ist zudem eine geeignete Möglichkeit zur Kostenreduktion bei der Gipsplatten-produktion.

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NFS Kombi 4 Kombi 5 Kombi 6 Kombi 7

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age

[%]

0% water reduction 10% water reduction

4 Input of plasticiz-ers (40 % solutions) for 0 % and 10 % water reduction (for a constant flowability of 170 to 175 mm)

Dosierungen der Fließmittel (40 %ige Lösungen) bei 0 % und 10 % Wasserreduk-tion (für ein kon-stantes Fließmaß von 170–175 mm)

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REFERENCES

8concrete

Sika technologies for Mining

glObal but lOcal partnership

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Who We aresika ag, switzerland, is a globally active specialty chemicals company. sika supplies the building and construction industry as well as manu-facturing industries (automotive, bus, truck, rail, solar and wind power plants, façades). sika is a leader in processing materials used in sealing, bonding, damping, reinforcing and protecting loadbearing structures. sika’s product lines feature highquality concrete admixtures, specialty mortars, sealants and adhesives, damping and reinforcing materials, structural strengthening systems, industrial flooring as well as roofing and waterproofing systems.

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