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Hydration control of a suspension of ground granulated blast-furnace slag

By Nick Schneider

Abstract

Die vorliegende Arbeit behandelt eine Bindemittelsuspension aus Hüttensandmehl, die sowohl mit einem Verzögerer versetzt ist als auch eine Kombination aus Verzögerer und alkalischem Anreger aufweist. Die Eigenschaft des Verzögerers ist die Verlängerung der dormanten Hydratationsperiode und die Unterdrückung der Ausbildung von Festigkeitsphasen. Obwohl die Bildung von Hydratationsprodukten ausbleibt, gelangen Ionen in Lösung, die bei einer einsetzenden Hydratation bereits für die Phasenbildung bereitstehen. Durch den Einsatz unterschiedlicher Gehalte an DGluconsäure ist die Intensität und die Dauer der Verzögerung genauso steuerbar wie die Entwicklung der Druckfestigkeit. Hingegen bewirkt der Anreger bei geeigneter Dosierung die Überwindung der dormanten Periode und überführt die Suspension aus der Plastizität hin zur Lösung des Bindemittels und der Einleitung der Bildung von festigkeitsgebenden Hydratationsprodukten. Der Schwerpunkt der Arbeit ist die zielgerichtete Regulierbarkeit der Hydratation auf der Basis von zwei in Lösung vorliegenden Komponenten. Ein weiterer Fokus liegt in der Erforschung der damit verbundenen Eigenschaften auf den Hydratationsverlauf. Dazu erfolgen im Wesentlichen Elementar-, Thermogravimetrie- und Phasenanalysen sowie Prüfungen der Konsistenz, der Druckfestigkeit, der spezifischen Oberfläche und der Ultraschallgeschwindigkeit, aber auch Wärmeflusskalorimetrie und Rasterelektronenmikroskopie. Die Ergebnisse zeigen, dass mit einer D-Gluconsäure des Gehaltes von 1 Masseprozent eine Verzögerung von mehr als 365 Tagen möglich ist. Eine Reaktivierung kann hingegen innerhalb von zwei Tagen eintreten, unter Einsatz von Natriumhydroxid mit einem Gehalt von 50 Masseprozent. Ebenso sind geringere Gehalte für eine Reaktivierung möglich oder auch die Verwendung von Natriumsilikat. Dafür sollte jedoch ein geringerer Verzögerergehalt verwendet werden. Die Ergebnisse zeigen, dass mit Einsatz des höchsten Gehaltes an Verzögerer und Anreger auch die höchste Druckfestigkeit sowie die größte Masse an Hydratationsprodukten verbunden ist. Als Hauptprodukte werden vorwiegend Calcium-Silikat-Hydrat-Phasen und Hydrotalcit generiert. Grundsätzlich zeigt der kombinierte Einsatz von Verzögerer und Anreger ein großes Potential in der Leistungssteigerung der Hydratation, insbesondere unter der Verwendung von Natriumhydroxid. Es sind Steigerungen in der Druckfestigkeit von mindestens 70 Prozent nach 90 Tagen Hydratation möglich.The present work deals with a binder suspension of ground granulated blast-furnace slag with a use of a retarder and also with a combined use of retarder and alkaline activator. The property of the retarder is extending the dormant hydration period and suppressing the generation of the strength giving phases. Despite the absence of the hydration products, some ions are detectable in the solution. These ions are generally available at the beginning of the hydration and are responsible for the generation of the hydration phases. On one hand, different retarder concentrations regulate the intensity and the period of the retardation and also the characteristics of the strength development. On the other hand, the activator and its concentration regulates the overcoming of the dormant period and transfers the plastic suspension to a binder solution of the slag, where the formation of the strength giving hydration products begins. The main focus of the work is the purposeful regulation of the hydration based on two separate liquid components. Another focus lies on the exploration of the hydration process characteristics. In addition, the following investigations are performed mainly: elementary, thermogravimetry and phase analyses and also the tests of the texture, compressive strength, specific surface area and ultrasonic velocity as well as the heat flow calorimetry and scanning electron microscopy. The results show that the D-gluconic acid with a concentration of 1 weight percent allows a retardation of more than 365 days. However, a reactivation can occur within two days by use of sodium hydroxide with a concentration of 50 weight percent. Also lower concentrations of sodium hydroxide or sodium silicate are possible for the reactivation. Nevertheless, it is better for these activators to be used with low retarder concentrations. The results show that the highest concentrations of the retarder and activator generates the highest compressive strength and mass of hydration products. The generated phases are mainly calcium silicate hydrate and hydrotalcite. Generally, the combination of retarder and activator shows a high potential in the performance increase of the hydration process. This occur particularly by the use of the sodium hydroxide, where the compressive strength increases at least 70 percent after 90 days of hydration

Topics: 691 Baustoffe, Verzögerung, Anregung, Hydratationsregulierung, D-Gluconsäure, Natriumhydroxid, Leistungssteigerung, retardation, activation, hydration study, D-gluconic acid, sodium hydroxide, performance increase
Year: 2017
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