Was ist der Mechanismus eines Luftporenbildners?

Luftporenbildner sind meist anionische Tenside. An der Wasser-Luft-Grenzfläche sind die hydrophoben Gruppen zur Luftseite hin ausgerichtet, während an der Zement-Wasser-Grenzfläche der Zement bzw. seine Hydratationsionen mit den hydrophilen Gruppen adsorbiert werden. Die hydrophoben Gruppen werden vom Zement und seinen Hydratationsionen abgestoßen und bilden eine hydrophobe Adsorptionsschicht, die dazu neigt, sich der Luftoberfläche zu nähern. Durch diese ionische Annäherung an die Luftoberfläche und die Adsorption von Luftporenbildnermolekülen an der Luft-Wasser-Grenzfläche wird die Oberflächenspannung des Wassers deutlich reduziert, was dazu führt, dass sich beim Mischen zahlreiche winzige Luftbläschen im Beton bilden. Diese Bläschen haben eine gerichtete Adsorptionsschicht mit gleicher Ladung, wodurch sie sich gegenseitig abstoßen und gleichmäßig verteilen. Andererseits fällen viele anionische Luftporenbildner in kalziumreichen Zementlösungen Calciumsalze aus, die an der Blasenschicht adsorbieren und so das Platzen der Blasen wirksam verhindern. Der eingebrachte kleine, gleichmäßige Schaum kann für einen bestimmten Zeitraum stabil bleiben.

Aus dem obigen Mechanismus ist ersichtlich, dass die Grenzflächenaktivität von Luftporenbildnern der von Wasserreduzierern ähnelt. Der Unterschied besteht darin, dass die Grenzflächenaktivität von Wasserreduzierern hauptsächlich an der Flüssigkeit-Feststoff-Grenzfläche auftritt, während die Grenzflächenaktivität von Luftporenbildnern hauptsächlich an der Gas-Flüssigkeit-Feststoff-Grenzfläche auftritt. Es ist klar, dass die Hauptfunktion von Luftporenbildnern darin besteht, Luftblasen einzuführen, gefolgt von Dispersions- und Benetzungsvorgängen.

Beim Anrühren von Trockenmörtel mit Luftporenbildnern mit Wasser setzen diese die Oberflächenspannung und Grenzflächenenergie des Wassers deutlich herab, so dass sich beim Anrühren leicht zahlreiche kleine, geschlossene Luftbläschen bilden. Die meisten dieser Bläschen haben einen Durchmesser von unter 200 μm.

Luftporenbildner bringen durch physikalische Einwirkung stabile Mikrobläschen in den Mörtel ein. Dies verringert die Dichte des Nassmörtels, verbessert die Verarbeitbarkeit und erhöht die Ergiebigkeit des Nassmörtels. Die im Mörtel zurückgehaltene Luft verbessert die Wärmedämmleistung des Betons, verringert jedoch auch seine Festigkeit. Die Dosierung von Luftporenbildnern variiert je nach Art des Trockenmörtels und des verwendeten Luftporenbildners, ist jedoch normalerweise sehr gering und beträgt im Allgemeinen 0,002 % bis 0,01 % der Zementmasse und darf 0,05 % der Zementmasse nicht überschreiten.

Verschiedene Faktoren beeinflussen den Luftgehalt von Mörtel, darunter die Eigenschaften und Menge von Zement und Zusatzmitteln, das Wasser-Zement-Verhältnis (Wasser-Bindemittel-Verhältnis), Art und Dosierung von Luftporenbildnern, Qualität und Partikelverteilung von Zuschlagstoffen, Art und Kapazität des Mörtelmischers, Mischtemperatur, Konsistenz der Mischung und Umgebungstemperatur. Obwohl die Menge des zugesetzten Luftporenbildners sehr gering ist, hat er einen erheblichen Einfluss auf die Leistung von Trockenmörtel. Seine Hauptfunktionen sind:

Verbesserung der Verarbeitbarkeit von Trockenmörtel

Durch die Einarbeitung von Luftporenbildnern bilden sich in der Betonmischung zahlreiche winzige geschlossene Luftbläschen. Diese Mikrobläschen wirken wie Kugellager, verringern den Reibungswiderstand zwischen den Zuschlagstoffpartikeln und erhöhen so die Fließfähigkeit der Betonmischung. Wenn die Fließfähigkeit konstant gehalten wird, kann der Wassergehalt verringert werden. Gleichzeitig wird durch die gleichmäßige Verteilung des Wassers auf der Oberfläche zahlreicher Luftbläschen die Menge an frei beweglichem Wasser verringert, was zu einem verringerten Ausbluten des Nassmörtels und entsprechend zu einer erhöhten Wasserrückhaltung und Kohäsion führt.

Reduzierung der Festigkeit von Trockenmörtel

Durch das Vorhandensein zahlreicher Luftporen wird die tragende Fläche des Mörtels reduziert, was zu einer Verringerung der Betonfestigkeit führt. Luftporenbildner haben jedoch eine gewisse wasserreduzierende Wirkung (insbesondere luftporenbildende Wasserreduzierer haben eine noch stärkere wasserreduzierende Wirkung). Das verringerte Wasser-Zement-Verhältnis gleicht die Festigkeit bis zu einem gewissen Grad aus. Die Zugabe von Luftporenbildnern führt jedoch immer noch zu einer Verringerung der Festigkeit des Mörtels, insbesondere der Druckfestigkeit. Daher sollte die Dosierung von Luftporenbildnern streng kontrolliert und die optimale Dosierung durch Tests des Luftgehalts, der Verarbeitbarkeit und der damit verbundenen Festigkeit des Mörtels ermittelt werden. Darüber hinaus erhöht sich aufgrund des Vorhandenseins zahlreicher Luftporen die elastische Verformung des Mörtels und der Elastizitätsmodul verringert sich, was sich positiv auf die Rissbeständigkeit des Mörtels auswirkt.

Verbesserung der Dichtigkeit und Frostbeständigkeit von Mörtel

Luftporenbildner verringern das Ausbluten von Betonmischungen (in der Regel um 30 bis 40 %). Folglich werden auch die Kapillarkanäle für das Ausbluten verkleinert. Gleichzeitig blockiert oder unterbricht das Vorhandensein zahlreicher geschlossener Mikrobläschen die Kapillarwasserkanäle im Mörtel, verändert die Porenstruktur und erhöht die Undurchlässigkeit des Mörtels. Die Bläschen haben eine erhebliche elastische Verformungsfähigkeit und bieten eine Polsterwirkung gegen die durch gefrierendes Wasser verursachte Ausdehnungsspannung, wodurch die Frostbeständigkeit des Mörtels verbessert und seine Haltbarkeit erhöht wird. Darüber hinaus verringert die Zugabe von Luftporenbildnern die Dichte des Mörtels, spart Material und vergrößert die Baufläche.

Faktoren, die den Luftgehalt im Mörtel beeinflussen:

Eigenschaften und Menge von Zement und Zusatzmitteln

Wasser-Zement-Wert (Wasser-Bindemittel-Verhältnis)

Art und Dosierung von Luftporenbildnern

Qualität und Kornverteilung der Gesteinskörnungen

Art und Leistung des Mörtelmischers

Mischtemperatur

Konsistenz der Mischung

Umgebungstemperatur