Omega-Methoxypoly(ethylenoxid)-Methacrylsäureester-co-Methacrylsäure-co-Methallylsulfonsäure-Polycarboxylate als Fließmittel für ultra-hochfesten Beton

Polycarboxylat-Fließmittel sind innovative Betonzusatzmittel, die die Verarbeitbarkeit und Verpumpbarkeit moderner Hochleistungsbetonen gewährleisten. Ultra-Hochleistungsbeton (UHPC) stellt für diese Fließmittel eine sehr große Herausforderung dar, da übliche Rezepturen einen sehr geringen Wasser/Zement-Wert von unter 0,25 sowie einen hohen Feinststoffanteil, insbesondere große Mengen Silikastaub, aufweisen.
Diese Dissertation befasst sich mit dem molekularen Wirkmechanismus von Polycarboxylat-Fließmitteln in ultra-hochfestem Beton. Hierzu wurden Kamm-Copolymere aus Methacrylsäure, ?-Methoxypoly(ethylenoxid)-Methacrylsäureester und Methallylsulfonsäure synthetisiert und charakterisiert. Sie wurden in Zement-Silikastaub-Leimen mit dem sehr niedrigen Wasser/Feststoff-Verhältnis von 0,19 getestet. Neben Einzelpolymeren wurden Gemische mit einem Allylether-Maleinsäure-basierten Polycarboxylat-Fließmittel untersucht. Es zeigte sich, dass diese gezielt formulierten Polymergemische den Leim erheblich besser verflüssigen als die Einzelpolymere. Weiters weisen die Polymergemische eine signifikant bessere Verträglichkeit gegenüber Qualitätsschwankungen der Silikastäube auf. Adsorptionsmessungen sowohl an Zement, als auch an Silikastaub und an den Zement-Silikastaub-Gemischen von UHPC zeigten, dass die beiden Polymertypen selektiv auf Zement bzw. Silikastaub adsorbieren: Das Methacrylsäureester-Polymer adsorbiert bevorzugt auf Zement, während das Allylether-Copolymer nahezu ausschließlich die Oberfläche von Silikastaub besetzt. Dieses Adsorptionsverhalten führt zu einer synergistischen Belegung der Oberflächen sowohl der Zement- als auch der Silikastaub-Partikel, woraus die deutlich gesteigerte Effektivität resultiert.
Die Adsorption der Fließmittel auf den Silikastaub in UHPC erfolgt über einen zweistufigen Adsorptionsprozess, wie Zeta Potential-Untersuchungen zeigten. Zuerst adsorbiert eine Schicht von Calcium-Kationen auf die Silikapartikel, welche die Oberflächenladung ins Positive umkehrt. Hierauf adsorbiert das anionische Polycarboxylat-Fließmittel und wirkt dispergierend.