Was sind Wasserreduzierer?

Was ist ein Wasserreduzierer?
Ein Wasserreduzierer ist ein in Beton verwendeter Zusatzstoff, der die Menge des Anmachwassers reduziert und die Betonfestigkeit verbessert, ohne die Verarbeitbarkeit oder den Zementgehalt zu verändern; Oder es kann Zement eingespart werden, ohne die Verarbeitbarkeit und Festigkeit des Betons zu beeinträchtigen.

Arten von Wasserreduzierern
Wasserreduzierer werden hauptsächlich nach ihrer chemischen Zusammensetzung in Ligninsulfonat-basierte, Naphthalin-basierte, wasserlösliche Harz-basierte, Melasse-basierte und zusammengesetzte Wasserreduzierer eingeteilt.

Lignosulfonatbasierte Wasserreduzierer
Dazu gehören Calciumlignosulfonat (Holzcalcium), Natriumlignosulfonat (Holznatrium), Magnesiumlignosulfonat (Holzmagnesium) usw. Unter diesen werden Holzcalciumwasserreduzierer am häufigsten verwendet.

Holz-Kalzium-Wasserreduzierer werden aus der bei der Papierherstellung oder Faserpulpe übrig gebliebenen Sulfitlauge hergestellt, mit Kalkmilch neutralisiert und dann durch biologische Fermentation zur Entfernung von Zucker, Eindampfen, Konzentration und Sprühtrocknung zu einem bräunlich-gelben Pulver verarbeitet.

Die geeignete Dosierung des Holzkalk-Wasserreduzierers beträgt im Allgemeinen {{0}},2 % bis 0,3 % der Zementmasse. Die Wasserreduktionsrate beträgt 10 bis 15 % und die 28-tägige Druckfestigkeit von Beton kann um 10 bis 20 % steigen. Ohne Wasserreduzierung kann sich das Setzmaß des Betons um 80 bis 100 mm erhöhen. Bei unveränderter Druckfestigkeit und Setzmaß kann der Zementgehalt um ca. 10 % reduziert werden. Holz-Kalzium-Wasserreduzierer haben eine verzögernde Wirkung auf Beton, und übermäßiger Gebrauch oder die Verwendung bei niedrigen Temperaturen kann diese verzögernde Wirkung verstärken, was die Betonfestigkeit verringern kann. Bei der Verwendung ist Vorsicht geboten.

Holzkalk-Wasserreduzierer eignen sich für allgemeine Betonarbeiten, insbesondere für großvolumige Gussarbeiten, Gleitschalungsbau, pumpbaren Beton und Sommerbau. Sie sollten nicht allein für den Winterbau verwendet werden, sondern in Kombination mit Frühfestmitteln oder Frostschutzmitteln, wenn die niedrigste Tagestemperatur unter 5 Grad liegt. Holz-Kalzium-Wasserreduzierer sollten auch nicht allein für dampfgehärteten oder vorgespannten Beton verwendet werden, um ein Lösen der Oberfläche nach dem Aushärten zu vermeiden.

Wasserreduzierer auf Naphthalinbasis
Wasserreduzierer auf Naphthalinbasis werden durch Sulfonierung von Naphthalin oder seinen Derivaten und anschließende Kondensation mit Methanol hergestellt. Zu den gängigen Produkten gehören NNO-, NF-, FDN-, UNF-, MF- und Gebäudetyp-I-Wasserreduzierer, von denen die meisten keine Luftporen bilden.

Die geeignete Dosierung des Wasserreduzierers auf Naphthalinbasis beträgt 0,5 % bis 1,0 % der Zementmasse, mit einer Wasserreduzierungsrate von 10 % bis 25 % und der {{7} Die Tagesstärke kann um über 20 % steigen. Wasserreduzierer auf Naphthalinbasis haben eine gute wasserreduzierende Wirkung und sind an verschiedene Zementarten anpassbar. Sie eignen sich zur Herstellung von frühfestem, hochfestem, fließfähigem und dampfgehärtetem Beton.

Wasserlösliche Harz-Wasserreduzierer
Diese Wasserreduzierer werden aus wasserlöslichen Harzen wie Melaminharz und Gumaronharz hergestellt. Hierbei handelt es sich um hocheffiziente Wasserreduzierer mit erheblicher Verbesserungswirkung. Zu den inländischen Produkten gehören SM-Harz-Wasserreduzierer.

SM-Wasserreduzierer werden in einer Menge von {{0}},5 % bis 2,0 % der Zementmasse verwendet, mit einer Wasserreduzierungsrate von 15 % bis 27 %. Die 3-Tages-Druckfestigkeit kann um 30 % bis 100 % und die 28-Tagesfestigkeit um 20 % bis 30 % ansteigen. SM-Wasserreduzierer eignen sich zur Herstellung von hochfestem Beton, frühfestem Beton, fließfähigem Beton und Dampfbeton.

Funktionen und Mechanismen von Wasserreduzierern
Die Hauptwirkungen von Wasserreduzierern auf frisch gemischten Beton sind folgende:

Wasserreduzierung
Der Mechanismus der Wasserreduzierung beruht hauptsächlich auf der Adsorption des Wasserreduzierungsmittels an den Zementpartikeln und der Dispersion der Zementpartikel durch das Wasserreduzierungsmittel. Nach Zugabe eines Wasserreduzierers zum Beton dispergieren die großen Moleküle anionischer Gruppen und Metallkationen (wie Na+ und Ca2+). Die starken oberflächenaktiven Anionen in den großen Molekülen adsorbieren an der Oberfläche der Zementpartikel und laden diese negativ auf. Die Abstoßung zwischen Teilchen gleicher Ladung führt dazu, dass sie sich zerstreuen. Darüber hinaus ist der Wasserreduzierer hydrophil und die adsorbierte Schicht um die Zementpartikel ist eine solvatisierte Membran, die auch die Aggregation der Zementpartikel verhindert (Raumschutzeffekt), wodurch die Zementpartikel dispergiert werden und in koagulierten Flocken enthaltenes Wasser und Luft freigesetzt werden. Erreichen des Ziels der Wasserreduzierung.

Plastifizierende Wirkung
Wenn dem Beton ein Wasserreduzierer zugesetzt wird, erhöht sich dessen Verarbeitbarkeit erheblich, während das Wasser-Zement-Verhältnis unverändert bleibt, was als plastifizierende Wirkung bezeichnet wird. Dieser Effekt ist auf die Adsorptions- und Dispersionswirkung sowie die Benetzungs- und Schmierwirkung des Wasserreduzierers zurückzuführen. Dank dieser Maßnahmen reicht eine kleine Menge Wasser aus, um den Beton gleichmäßig zu mischen und so die Verarbeitbarkeit des Frischbetons zu verbessern.

Verzögernde Wirkung
Die vom Wasserreduzierer im Zement-Wasser-System freigesetzten Ionen können an der Oberfläche von Zementpartikeln adsorbieren und so deren Zetapotential erhöhen, was die Stabilisierungszeit des Systems verlängert. Darüber hinaus können der anionische Adsorptionsfilm und die gebildete wasserstoffbindende Wasserschicht den Kontakt zwischen den Zementpartikeln und Wasser behindern, wodurch der Hydratationsprozess verlangsamt und eine verzögernde Wirkung erzielt wird.

Wirkmechanismus von Wasserreduzierern
Wasserreduzierer sind typische oberflächenaktive Mittel. Die Molekülstruktur jedes Wasserreduzierers besteht aus zwei Teilen: einer polaren Gruppe und einer unpolaren Gruppe. Die polare Gruppe adsorbiert an der Oberfläche der Zementpartikel und bestimmt hauptsächlich die Affinität des Wasserreduzierermoleküls zu den mineralischen Bestandteilen des Zements. Dies spiegelt sich in den chemischen und physikalischen Eigenschaften des gesamten Wasserreduzierermoleküls oder -ions wider. Wenn das wasserreduzierende Molekül (oder Ion) auf der Oberfläche von Zementmineralien adsorbiert wird, zeigt die unpolare Gruppe nach außen und bildet eine hydrophobe Membran, was sich auf die Hydrophobie auswirkt. Gleichzeitig beeinflusst die unpolare Gruppe auch die Haftung des Zementpartikels und die Adsorptionsfähigkeit der polaren Gruppe.

Fortschritte bei Wasserreduzierern

Gewöhnliche Wasserreduzierer
In den 1950er Jahren wurden hauptsächlich Lignosulfonat und seine Derivate, darunter Calciumlignosulfonat und Natriumlignosulfonat, sogenannte M-Wasser-Reduzierer, entwickelt. Lignosulfonat-Wasserreduzierer sind anionische Tenside mit hydrophilen Eigenschaften, die an der Oberfläche von Zementpartikeln adsorbieren, um den solvatisierten Wasserfilm zu verdicken, das elektrokinetische Potenzial zu erhöhen und die Dispergierung der Zementpartikel mit verzögernder Wirkung zu unterstützen.

Hocheffiziente Wasserreduzierer
Hierbei handelt es sich hauptsächlich um Polysulfonatverbindungen wie Naphthalinsulfonat-Formaldehyd-Kondensate, polyzyklische aromatische Sulfonate und Melaminsulfonat-Formaldehyd-Kondensate. Der Einsatz dieser hocheffizienten Wasserreduzierer begann in den 1960er Jahren in Japan und Westdeutschland und wurde in den 1970er Jahren in China entwickelt und eingesetzt. Sie haben die Betonindustrie revolutioniert, indem sie zur Formulierung von pumpbarem Beton und zur Verbesserung der Betonleistung eingesetzt wurden.

Wasserreduzierer mit Spezialeffekt
Dabei handelt es sich vor allem um Verbindungen auf Polycarboxylatbasis, darunter Polyacrylat und seine Copolymere sowie Maleinsäure-Copolymere, die Anfang der 1980er Jahre entwickelt wurden. Jüngste Entwicklungen haben zu einer Vielzahl komplexer Polyacrylat-Pfropfcopolymere mit unterschiedlichen Eigenschaften geführt, die weit verbreitet sind. Wasserreduzierer mit Spezialeffekt haben aufgrund der molekularen Adsorption des Wasserreduzierers an der Oberfläche der Zementpartikel eine starke Dispergierwirkung auf Zementschlämme. Die Dispergierfähigkeit hängt von der elektrostatischen Abstoßung zwischen Partikeln gleicher Ladung und der sterischen Hinderung durch die Adsorptionsschicht ab.

Hocheffiziente Wasserreduzierer aus Verbundwerkstoff
Diese kombinieren zwei oder mehr hocheffiziente Wasserreduzierer in bestimmten Anteilen, um die Stärken des anderen zu ergänzen und Schwächen abzumildern, was zu synergistischen Effekten führt. Dieser Ansatz ist ein wichtiger Weg zur Herstellung leistungsstarker und hocheffizienter Wasserreduzierer.