Definitionen
- Nanopolymer-Zusatz – ein auf Polymeren basierendes Zusatzmittel, das Bestandteile im Nanobereich enthält.
- Polymer – Ein langes oder größeres Molekül, bestehend aus einer Kette oder einem Netzwerk vieler sich wiederholender Einheiten, die durch chemische Bindung vieler identischer oder ähnlicher kleiner Moleküle, sogenannter Monomere, gebildet werden. Polymer entsteht durch Polymerisation, die Verbindung vieler Monomermoleküle.
- Nanopartikel – Nanopartikel Nanopartikel (NPs) sind eine breite Klasse von Materialien, zu denen partikuläre Substanzen gehören, die mindestens eine Dimension von weniger als 100 nm aufweisen.
- Nanofaser – Nanofasern Es handelt sich um Fasern mit Durchmessern im Nanometerbereich (typischerweise zwischen 1 nm und 1 μm).
- Nanopolymer – Nanopolymer ist ein Polymer- oder Copolymer-Material, das dispergierte Nanopartikel enthält.
- Zusatzmittel (Zement) - Ein Beimischung ist ein Material, das nicht Wasser, Zuschlagstoffe, zementäre Materialien oder Faserverstärkung enthält und als Bestandteil einer zementären Mischung verwendet wird, um deren Eigenschaften im frisch gemischten, abbindenden oder erhärteten Zustand zu verändern. Es wird der Mischung vor oder während des Mischens hinzugefügt.
Latex
Latex (Emulsion) aus Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) wird häufig als Bestandteil zementgebundener Unterbauabdichtungssysteme eingesetzt. SBR verbessert die Haftfestigkeit, reduziert das Schwindungsrisiko und erhöht die Flexibilität.
Latexbasierte Zusatzmittel für Mörtel und Beton wurden erstmals in den 1930er Jahren erforscht, erfreuten sich in den 1960er Jahren großer Beliebtheit und sind auch heute noch im Einsatz.
Zellulose
Der Einsatz von Fasern ist ein bewährtes Verfahren zur Verbesserung zementierter Verbundwerkstoffe. Zellulosefasern tragen dazu bei:
- Risse unterdrücken und stabilisieren
- Verbesserung der Druck- und Biegefestigkeit
- Verbesserung der Schlag- und Bruchzähigkeitseigenschaften.
Aufbereitete Zellulosefasern bieten in einer Zementmatrix ein optimales Verhältnis zwischen mechanischen, physikalischen und Dauerhaftigkeitseigenschaften. Die verbesserten Verstärkungseigenschaften aufbereiteter Zellulosefasern lassen sich auf Folgendes zurückführen: Unterdrückungs- und Stabilisierungseigenschaften der Risse. Die hohe Faseranzahl, die große Oberfläche und der hohe Elastizitätsmodul der verarbeiteten Zellulosefasern sind ideal für eine hohe Verstärkungswirkung. Wie die Daten zeigen, besitzen diese Fasern ein hohes Potenzial. Verbesserung der Druck- und Biegefestigkeit von Betonmischungen. Sowohl normalfeste als auch hochfeste Betonmischungen mit Fasern haben ebenfalls stark verbesserte Schlag- und Bruchzähigkeitseigenschaften. Zellulosefasern werden seit Langem in der Bauindustrie eingesetzt. Es ist an der Zeit, dass auch die Verkehrsinfrastrukturbranche, insbesondere die Straßenbauindustrie, von den vorteilhaften Eigenschaften dieser verarbeiteten Zellulosefasern profitiert.
N. Buch, O. Rehman und JE Hiller, “Einfluss von verarbeiteten Zellulosefasern auf die Eigenschaften von Portlandzementbeton”, Transportation Research Record Journal of the Transportation Research Board, S. 72-80, 1999. https://doi.org/10.3141/1668-11
Fasern können zusammen mit Zuschlagstoffen und Zement in die Mischung eingearbeitet werden. Im Fall von Renolith ist Nanocellulose Bestandteil der Dispersion. Auf der Nanoebene angewendet, verleiht Cellulose dem Material zusätzliche interessante Eigenschaften wie Frost- und Salzbeständigkeit.
Nanocellulose, Als Material mit Nanodimensionen zeichnet es sich durch hohe Zugfestigkeit, hohen Elastizitätsmodul, geringe Wärmeausdehnung und relativ niedrige Dichte sowie sehr gute elektrische Leitfähigkeit aus. Die vorliegende Arbeit präsentiert die Ergebnisse von Untersuchungen an Zementmörteln mit dem Zusatz von nanokristalliner Cellulose in drei verschiedenen Mengen (0,51 TP3T, 1,01 TP3T und 1,51 TP3T), bezogen auf das Zementgewicht. Untersucht wurden die physikalischen und mechanischen Eigenschaften, die Frostbeständigkeit, die Beständigkeit gegenüber Salzen sowie die Mikrostruktur (REM). Mit zunehmender Menge des Zusatzmittels verringert sich der Gewichtsverlust bei Frostbeständigkeits- und Salzkristallisationstests. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass der Zusatz von nanokristalliner Cellulose die Eigenschaften von Zementmörteln verbessert. verbessert die Druck- und Biegefestigkeit um 27,6% bzw. 10,9%. Nach 50 Gefrier-Tau-Zyklen (F-T-Zyklen) für die Mörtel mit 1,5% Nanocellulose-Zusatz, ein Verbesserung der Frostbeständigkeit wurde von 98% beobachtet. Im Gegenzug wurde die Sulfatkristallisationstests ergaben eine 35-fache Abnahme Gewichtsverlust nach Zugabe von 1,5%-Nanopolymer zum Mörtel.
D. Barnat-Hunek, M. Grzegorczyk-Franczak, M. Szymanska-Chargot und G. Łagód, “Einfluss umweltfreundlicher Cellulose-Nanokristalle auf die physikalischen Eigenschaften von Zementmörteln”, Polymers, Bd. 11, Nr. 2088, S. 1-20, 2019. https://doi.org/10.3390/polym11122088
Nanopartikel im Allgemeinen
Nanopartikel verbessern die Menge und Wirksamkeit von Zementbindungen.
Nanopartikel sind hocheffiziente Zusatzstoffe. Zur Modifizierung von Zementprodukten, selbst bei geringen Konzentrationen (≤1%), wurden diese Modifikationen auf die einzigartige Reaktivität der Nanopartikel zurückgeführt, die mit ihrer geringen Größe und großen Oberfläche zusammenhängt. Im Allgemeinen lassen sich diese Effekte auf drei Mechanismen zurückführen:
- erhöhte Anzahl von Nukleationsstellen aufgrund von die Nanopartikel’ große Oberfläche die die Bildung von Calciumsilicathydraten (CSH) erleichtert;
- Bildung von CSH durch puzzolanische Reaktion einige siliziumdioxidhaltige Nanopartikel; und
- Verdichtung zementären Materialien über den Füllstoffeffekt.
Reches, “Nanopartikel als Betonzusatzmittel: Überblick und Perspektiven”,” Bauwesen und Baustoffe, Band 175, S. 483-495, 2018. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.04.214
Nicht alle Nanopartikel sind gleich.
Renolith enthält nicht agglomerierendes Nanosilica mit einer sehr hohen spezifischen Oberfläche. Dieses Nanosilica ist in zementierten Materialien äußerst wirksam und hat einige weitere technologische Durchbrüche ermöglicht, wie zum Beispiel … hochfester nanotechnologisch hergestellter Beton und die Verwendung von glattem Wüstensand als Zuschlagstoff in Beton.
Viele im Handel erhältliche Betonzusatzmittel mit ‘Nanopartikeln’ werden aus Quarzstaub hergestellt; kugelförmige Partikel aus amorphem Siliziumdioxid mit einem Durchmesser von weniger als 1 µm (1000 nm) und einer spezifischen Oberfläche von 15 bis 35 m².2/G.
Nanosilica wird verwendet in Renolith 2.0™ Zusatzmittel werden direkt aus Quarzsand (SiO₂) hergestellt2) durch ein maßgeschneidertes Zerkleinerungsverfahren, wodurch Folgendes erreicht wird spezifische Oberfläche über 300 m2/G. Eine hydrolysestabile Polymerdispersion dient als Trägersubstanz zur Stabilisierung der Nanosilikatpartikel., Vermeidung jeglicher Ansammlungen.
Dispergiertes Quarzmehl in Wasser fällt innerhalb weniger Minuten vollständig aus. Im Gegensatz dazu ist Renolith-Nanosilica selbststabilisierend und bleibt aufgrund der großen Oberfläche und des speziellen Herstellungsverfahrens, das die bei anderen pulverförmigen Nanomaterialien auftretende Agglomeration verhindert, jahrelang dispergiert. Agglomerierte Nanopartikel benötigen hohe Scherkräfte, um wieder dispergiert zu werden. Unzureichende Dispergierung führt zu einer deutlichen Verringerung der aktiven Oberfläche.
Nanopartikel in der Zementhydratationsreaktion
Zementhydratationsreaktion unter dem Mikroskop
Die Bilder auf der linken Seite zeigen das ausgehärtete Material nur mit Zement.
Anhand der Bilder auf der rechten Seite können wir den Einfluss von Renolith auf die Mikrostruktur erkennen.
- Die Zementhydratationsprodukte sind zahlreicher und besser ausgebildet.
- Die Zwischenräume zwischen den Bodenkörnern werden aufgefüllt, wodurch die Durchlässigkeit verringert und weniger Eintrittspforten für schädliche Substanzen wie Sulfate und Chloride geschaffen werden.
- Der Verbundwerkstoff weist verbesserte mechanische Eigenschaften wie Druckfestigkeit, Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul auf.
- Die Anfälligkeit für Rissbildung wird stark reduziert.
Zusammenfassung
Wir definieren ‘Nanopolymer-Zusatzmittel’ als polymerbasierte Zusatzmittel für zementäre Bindemittel, die Nanomaterialien enthalten. Das Nanopolymer-Zusatzmittel Renolith 2.0 ist eine Latex-Polymerdispersion mit nanoskaliger Cellulose und Siliciumdioxid. Die einzelnen Wirkungen dieser Bestandteile in zementierten Verbundwerkstoffen sind in der Fachliteratur gut dokumentiert und lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Latex
- Verbesserte Haftfestigkeit
- reduziert Schrumpfung
- erhöht die Flexibilität
Cellulose/Nanocellulose
- Risse unterdrücken und stabilisieren
- Verbesserung der Druck- und Biegefestigkeit
- Verbesserung der Schlag- und Bruchzähigkeitseigenschaften
- Frostbeständigkeit
- Salzbeständigkeit
Nanopartikel
- erhöhte Anzahl an Nukleationsstellen
- Verbesserte CSH-Bildung durch puzzolanische Reaktion
- Verdichtung durch den Füllstoffeffekt
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