Schwerpunkte

Fließmittel
In zementären Systemen werden Polycarboxylate (PC) als Fließmittel der neuen Generation  eingesetzt. PC bestehen aus einer Haupt- und mehreren Seitenketten (Bürstenpolymer). Während die Hauptkette aufgrund der zahlreichen Carboxylatgruppen bei alkalischen pH-Werten negativ geladen ist, besitzen die PEO-Seitenketten keine Ladung. Die Haupt- und Seitenkettenlängen der PC können mittels Daten aus der Gelpermeationschromatographie ermittelt werden. Abb. 1 zeigt schematisch die Struktur eines PC.


Abb. 1: Schematische Struktur eines Polycarboxylat-Fließmittels

Die Lösungsstruktur von PC kann anhand von Daten aus der Gelpermeations-chromatographie mit Hilfe des Modells nach GAY bestimmt werden. Die Lösungsstruktur eines PC's wird von der Seitenkettendichte (N = Anzahl der Monomere pro Segment), Seitenkettenlänge (nEO = Anzahl der Ethylenoxideinheiten in der Seitenkette) und der gemittelten Hauptkettenlänge (n) bestimmt. Anhand dieser Parameter können wurmartige (FBW, SBW) oder sternförmige PC (SBW, SBS) vorliegen (Abb. 2).


Abb. 2:  Mögliche Lösungsstrukturen von Polycarboxylaten (Modell nach GAY)

Adsorption
PC können aufgrund der negativ geladenen Hauptkette auf geladenen Partikeloberflächen adsorbieren. Neben der Adsorption auf inerten anorganischen Bindemitteloberflächen wie z.B Kalksteinmehl, ist vor allem ihr Adsorptionsverhalten auf Zement von entscheidender Bedeutung. Sowohl die Menge an adsorbiertem Polymer, als auch die Adsorptionskonformation (Kopf, Schlaufe, Schleppzug, Abb. 3) werden dabei maßgeblich durch die bereits beschriebene Lösungsstruktur der PC bestimmt. Dabei spielen die Seitenkettenlänge, die Seitenkettendichte und die spezifische anionische Ladungsmenge (bestimmbar mittels Ladungsdichtetitration) der PC in Zementporenlösung eine wichtige Rolle. Mit Hilfe von Zeta Potential-Messungen können Aussagen über die Adsorptionskonformation der PC getroffen werden. Die Menge an adsorbiertem Polymer und dessen Adsorptionskonformation bestimmen die Dicke und Dichte der adsorbierten Polymerschicht. Diese beeinflusst wiederum die Fließfähigkeit der polymervergüteten Suspension, da die Dispergierwirkung der PC durch einen sterischen Effekt der an den Zementkörnern adsorbierten PEO Seitenketten erzielt wird.

Abb. 3: Adsorptionskonformationen von Polymeren auf anorganischen Bindemitteloberflächen

Absorption (Intercalation)
Eine mögliche Wechselwirkung von Fließmitteln mit den Hydratphasen zementärer Systeme ist die Absorption bzw. Interkalation (Einbau). Fließmittel (Polycarboxylate, PC) als anionische Polyelektrolyte können zum Ladungsausgleich zwischen die positiven Calciumaluminathydratschichten eingebaut werden. Für die Dispergierung der Zementkörner ist die Adsorption der PC´s auf der Kornoberfläche verantwortlich. Im Falle einer Absorption werden die Polycarboxylate in die Kristallstruktur der Hydratphasen eingebaut und gehen für Dispergierwirkung verloren. Die entstehenden Kompositmaterialien des Typs Ca-Al-PC-LDH zeichnen sich insbesondere durch eine enorme Schichtaufweitung der [Ca2Al(OH)6]+-Hauptschichten aus (Abb. 4). Mit Hilfe unterschiedlicher analytischer Methoden (PXRD, IR, TG, Elementaranalyse) können diese Interkalate untersucht und charakterisiert werden.

Abb. 4: Schematische Darstellung der Hydratation von Tricalciumaluminat (C3A) in Gegenwart von Wasser (links) und Polycarboxylaten (rechts)