Oplossing van waterreducerend middel voor verschillende problemen Cement

Hoog-alkalicement
Oplosbare alkaliën in cement worden gewoonlijk uitgedrukt als Na₂O-equivalent en zijn voornamelijk afkomstig van klei en hulpstoffen die worden gebruikt bij de cementproductie. Een geschikte hoeveelheid oplosbare alkali bevordert de hydratatie van cement, wat de vroege sterkteontwikkeling van beton vergemakkelijkt. Experimenten hebben aangetoond dat de vloeibaarheid van cementbeton toeneemt naarmate het alkaligehalte toeneemt. Wanneer het alkaligehalte echter een bepaald niveau bereikt, versnelt de cementhydratatie sterk, waardoor de vloeibaarheid van de cementpasta aanzienlijk afneemt. Het weekmakende effect van waterreducerende middelen neemt ook merkbaar af, wat in de loop van de tijd leidt tot een groter inzinkingsverlies voor beton dat wordt gebruikt in gebruiksklare en verpompbare betontoepassingen.

De belangrijkste reden voor dit fenomeen is dat alkaliën in cement het oplossen van tricalciumaluminaat (C3A) versnellen. In de aanwezigheid van gips als uithardingsregulator vormen AFt-kristallen zich snel en kapselen het oppervlak van C3A in, waardoor de directe hydratatie van calciumaluminaat wordt geremd en de vloeibaarheid van de cementpasta wordt verbeterd.

Een overmatig alkaligehalte leidt echter tot de vorming van een grote hoeveelheid AFt-kristallen in de beginfase, waardoor de vloeibaarheid wordt verminderd en waterreducerende middelen minder effectief worden. Dit wordt gekenmerkt door een ontoereikende waterreducerende efficiëntie, slechte weekmakende effecten en een hoger inzinkingsverlies in de loop van de tijd. Bij gebruik van cement met een hoog alkaligehalte vertonen waterreducerende middelen met een laag sulfaatgehalte slechte prestaties. Omgekeerd vertonen waterreducerende middelen met een hoog sulfaatgehalte (bijvoorbeeld natriumsulfaatgehalte boven 20%) een aanzienlijk beter aanpassingsvermogen.

Deze verbetering ontstaat doordat waterreducerende middelen met een laag sulfaatgehalte CaSO4 bevatten dat gemakkelijk oplost. Voordat gips in het cement oplost, is er al een aanzienlijke hoeveelheid SO3 aanwezig in het water, dat reageert met C3A om AFt-kristallen te vormen, waardoor de vorming van calciumaluminaat wordt voorkomen en het verlies aan vloeibaarheid wordt beperkt. Waterreducerende middelen met een hoog natriumsulfaatgehalte zijn beter geschikt voor cement met een hoog alkaligehalte. Veel waterreducerende middelen op polycarboxylaatbasis hebben een lage pH-waarde, en in combinatie met zure vertragers zoals citroenzuur hebben ze moeite om zich aan te passen aan cement met een hoog alkaligehalte. Zure additieven neutraliseren alkaliën snel, waardoor warmte vrijkomt, waardoor de temperatuur stijgt en de hydratatie van cement wordt versneld. Dit resulteert in een slechte vloeibaarheid en een snel verlies van inzinking. Alkalische vertragers kunnen deze problemen daarentegen vermijden.

Laag-alkali-zwavelarm cement
Het optimale gehalte aan oplosbare alkaliën in cement wordt algemeen beschouwd als {{0}},4%-0,6%. Cement met minder dan 0,4% alkali wordt laag-alkali-cement genoemd. Oplosbare alkaliën zijn vaak aanwezig als sulfaatzouten, dus cement met een laag alkaligehalte wordt ook wel zwavelarm cement genoemd.

Wanneer cement met een laag alkaligehalte wordt gemengd met waterreducerende middelen, is de vloeibaarheid doorgaans slecht. Het verhogen van de dosering van het waterreducerende middel biedt beperkte verbetering en verergert vaak problemen zoals bloedingen, slechte betonhomogeniteit en snel verlies van inzinking. Gangbare waterreducerende middelen slagen er niet in zich effectief aan te passen aan cement met een tekort aan zwavel, zelfs niet met een aanzienlijk verhoogde dosering van de vertrager.

De hoofdoorzaak van deze onverenigbaarheid ligt in onvoldoende SO3 in het cement, waardoor de hydratatie van C3A niet effectief wordt onderdrukt. Dit leidt tot een snelle en overmatige adsorptie van additieven door C3A, waardoor de weekmakende efficiëntie van waterreducerende middelen wordt verminderd. Het aanvullen van oplosbare alkaliën (bijvoorbeeld sulfaten) is de enige effectieve oplossing. Het simpelweg verhogen van de dosering van de retarder heeft een minimaal effect.

Cement met hoog mengsel
Volgens de Chinese cementnormen kunnen grote hoeveelheden hulpstoffen zoals vliegas, puzzolanen, slakken en fijngemalen kalksteen aan cement worden toegevoegd. Deze hulpstoffen variëren qua activiteit, waterbehoefte, mineraalgehalte en adsorptie-eigenschappen, wat van invloed is op de compatibiliteit van additieven met cement.

Vliegas van hoge kwaliteit moet een hoge activiteit hebben (hoog reactief SiO2- en Al2O3-gehalte), een laag verbrandingsverlies (LOI), een fijne deeltjesgrootte en een laag waterverbruik. LOI, die het onverbrande koolstofgehalte in vliegas aangeeft, heeft de grootste invloed op de compatibiliteit van additieven. Een hoger koolstofgehalte verslechtert de betonprestaties door de watervraag en het uitbloeden te vergroten, de krimpvervorming te verergeren en de hechting tussen cementpasta en toeslagstoffen te verzwakken.

Onverbrande koolstof in vliegas vormt ook een hydrofobe film op deeltjesoppervlakken, waardoor de waterpenetratie wordt belemmerd en de reactiviteit van vliegas wordt verminderd. Koolstof concurreert verder met cement om additieve adsorptie, waardoor de vloeibaarheid van cementpasta wordt beïnvloed. Oplossingen zijn onder meer het verhogen van de dosering van additieven en het gelijktijdig gebruik van hoogwaardige luchtbelemmerende middelen. Fijne, uniforme luchtbellen kunnen de nadelige effecten van vliegas met een hoog koolstofgehalte verzachten.

Slakkencement, met zijn hoge gehalte aan aluminaten, heeft vaak extra gips nodig om de uitharding te reguleren. Gewone productieprocessen voor Portland-cement kunnen het zwaveltekort in slakkencement verergeren. Waterreducerende middelen met een hoog sulfaatgehalte, gecombineerd met hoogwaardige luchtbelemmerende middelen, bieden betere prestaties voor dergelijk cement.

Cement met hoog C3A-gehalte
Cement bestaat voornamelijk uit C3S, C2S, C3A en C4AF, waarbij hun adsorptieactiviteit wordt gerangschikt als C3A > C4AF > C3S > C2S. C3A heeft het hoogste adsorptievermogen voor waterreducerende middelen. Naarmate het C3A-gehalte toeneemt, neemt de vloeibaarheid van beton af en neemt het verlies door inzinkingen in de loop van de tijd toe.

Overmatig C3A (meer dan 8%) heeft een negatieve invloed op de vloeibaarheid van beton doordat het de meeste waterreducerende middelen verbruikt, waardoor er onvoldoende middelen overblijven om andere minerale componenten zoals C3S te verspreiden. Tests hebben aangetoond dat het toevoegen van SO3 (via waterreducerende middelen met een hoog sulfaatgehalte) of het gelijktijdig gebruik van hydroxylcarbonzuurvertragers de hydratatie en adsorptie van C3A kan onderdrukken. Multi-alcoholvertragers zijn minder effectief.

Goedkope waterreducerende middelen met een hogere dosering kunnen ook voldoen aan de vraag naar C3A en tegelijkertijd de vloeibaarheid van andere componenten zoals C3S verbeteren. Omdat dergelijke middelen kosteneffectief zijn, verhogen ze de kosten niet significant.