Fließmittel für ultra-hochfesten Beton: Molekülstrukturen und Wirkmechanismen
Final Report Abstract
Ultra-hochfester Beton (UHPC) mit charakteristischen Wasserzementwerten von unter 0,25 und hohen Anteilen an Feinststoffen und Portlandzement benötigt hoch leistungsfähige Fließmittel, damit gut verarbeitbare Konsistenzen bis hin zur Selbstverdichtung eingestellt werden können. Copolymere aus Methacrylsäure, (ω-Methoxypolyethylenglykol)methacrylat und Methallylsulfonsäure (PCEs 1. Generation) sowie solche aus Maleinsäureanhydrid und α-Allyl-ω-Methoxypolyalkylenglykol (PCEs 2. Generation) wurden eigenständig synthetisiert und charakterisiert. Auf der Basis ihrer Dispergierwirkung wurde die Struktur-Wirk-Beziehung ermittelt und anhand von Adsorptionsuntersuchungen ihre Wirkmechanismen im UHPC aufgeklärt. Neben einer Vielzahl von Strukturvarianten der PCEs bezüglich Haupt- und Seitenkettenlängen sowie Seitenkettendichten entlang der Hauptkette wurden die Polymere chemisch durch Comonomere mit Sulfonat- bzw. Phosphonatgruppen und teilweisem Ersatz des Ethylenoxids der Seitenketten durch Propylenoxid-Einheiten modifiziert. Für eine Auswahl der effektivsten Polymere wurde eine Maßstabsvergrößerung der Synthese vom Labor- in den Technikumsmaßstab durchgeführt. Die Versuche zur Struktur-Wirk-Beziehung ergaben, dass im UHPC nur Polymerarchitekturen hinreichend wirksam sind, die aufgrund ihrer Lösungsstruktur als sehr kurzkettige Kammpolymere mit langen Seitenketten bzw. als Sternpolymere klassifiziert werden. Kombinationen aus je einem Polymer der genannten Grundtypen sowie Kombinationen aus einem PCE und einer kleinen organischen anionischen Spezies (Anionen der α-Hydroxycarbonsäuren: Gluconat, Tartrat, Citrat) wirken synergistisch. Als mechanistische Erklärung wurde das Konzept der selektiven Adsorption auf die unterschiedlichen Feststoff-Oberflächen der einzelnen UHPC-Bestandteile experimentell erarbeitet. Anstelle konkurrierender Adsorption der Einzelspezies auf alle Oberflächen erfolgt bevorzugt selektive Adsorption, so dass in der Gesamtheit des UHPC alle Partikeloberflächen sehr dicht belegt sind und die Moleküle ihre Dispergierwirkung synergistisch entfalten können. Diese Wirkungsweise bezüglich Zement und Silikastaub des UHPC konnte am System Zement/Kalksteinmehl verifiziert werden. Die PCEs wurden des Weiteren auf ihre Toleranz gegenüber verschiedenen Portlandzementen und Silikastäuben im UHPC untersucht. Abschließend wurde ein PCE mit einer funktionalen Gruppe zur Reduktion des autogenen Schwindens modifiziert und bezüglich seiner Effektivität getestet.
Publications
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Schröfl, Christof; Gruber, Mirko; Plank, Johann
- Polycarboxylat-Fließmittel zur Verflüssigung von ultra-hochfestem Beton (UHPC) mit Wasser-Zement-Werten unter 0,25. In: Trettin, R. (Ed.): Tagung der GDCh-Fachgruppe Bauchemie. Siegen, 27./28. September 2007. (Gesellschaft Deutscher Chemiker, GDCh- Monographie, Bd. 37), pp. 87–96, 2007
Gruber, Mirko; Schröfl, Christof; Plank, Johann
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Schröfl, Christof; Gruber, Mirko; Plank, Johann
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Plank, Johann; Sieber, Roland; Schröfl, Christof; Lesti, Matthias; Gruber, Mirko
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Schröfl, Christof; Gruber, Mirko; Plank, Johann
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Plank, Johann; Schröfl, Christof; Gruber, Mirko; Lesti, Matthias; Sieber, Roland
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Schröfl, Christof; Gruber, Mirko; Plank, Johann
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Plank, Johann; Schröfl, Christof; Gruber, Mirko
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Plank, Johann; Schröfl, Christof; Gruber, Mirko
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Schröfl, Christof; Gruber, Mirko; Plank, Johann
- Investigations on the workability and microstructure development of UHPC - part 1: Effect of superplasticizer and silica furne on rnixing and workability of UHPC (Untersuchungen zur Verarbeitbarkeit und Gefügeentwicklung von UHPC - Teil 1: Effekt von Hochleistungsverflüssigern und Silikastaub auf das Mischen und die Verarbeitbarkeit von UHPC). In: Cement International 8 (4), pp. 60–71, 2010
Schießl, Peter; Mazanec, Oliver; Lowke, Dirk; Plank, Johann; Schröfl, Christof; Gruber, Mirko et al.
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Schießl, Peter; Mazanec, Oliver; Lowke, Dirk; Plank, Johann; Schröfl, Christof; Gruber, Mirko et al.
- α-Allyl-ω-Methoxy-polyethylenglykol-comaleat-basierte Polycarboxylat-Fließmittel für ultra-hochfesten Beton (UHPC): Synthese, Eigenschaften, Wirkmechanismus und Funktionalisierung. Dissertation. Technische Universität München, Lehrstuhl für Bauchemie, München, 2010
Gruber, Mirko
- Omega-Methoxypoly(ethylenoxid)-Methacrylsäureester-co-Methacrylsäure-co-Methallylsulfonsäure-Polycarboxylate als Fließmittel für ultra-hochfesten Beton. Synthese, Wirkmechanismus und Untersuchungen zum Synergismus von selektiv adsorbierenden Polymergemischen. Dissertation, Shaker, Aachen, 2011
Schröfl, Christof
- Preferential adsorption of polycarboxylate superplasticizers on cement and silica fume in ultra-high performance concrete (UHPC). In: Cement and Concrete Research 42 (11), pp. 1401–1408, 2012
Schröfl, Christof; Gruber, Mirko; Plank, Johann
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