Einführung in polymermodifizierten Beton

Beton ist ein uraltes Material. Es wurde im Nahen Osten bereits im Jahr 6 verwendet , 500 B . C. zum Bau von Etagen, Wohnbauten und unterirdischen Zisternen. In der Römerzeit, um 600 v. Chr., wurde Beton noch stärker verwendet. Römische Ingenieure gossen ihre Mischung in Holzformen und stapelten die gehärteten Blöcke wie Ziegelsteine .

Beton ist im modernen Bauen ebenso allgegenwärtig, obwohl sich die Formeln im Laufe der Jahre geändert haben. Während in alten Mischungen Vulkanasche, Kalk und Meerwasser verwendet wurden, verwenden Ingenieure heute Portlandzement gemischt mit Zuschlagstoffen wie Kies und Sand. Portlandzement enthält einige wenige Primärstoffe, darunter Kalkstein, Sand oder Ton, Bauxit und Eisenerz. Um Zement herzustellen, werden diese verschiedenen Komponenten gemischt und erhitzt, um eine kieselartige Zwischensubstanz namens Klinker zu bilden. Anschließend wird der Klinker zu einem Pulver zermahlen, das mit Wasser zu einer Paste vermischt wird.

Zement ist an sich ein ausgezeichnetes Bindemittel, neigt jedoch zur Rissbildung. Wenn Sie es jedoch mit Zuschlagstoffen mischen, ist der resultierende Beton viel haltbarer und kann Hunderte oder sogar Tausende von Jahren halten.

So gut Beton auch ist, perfekt ist er nicht. Mehrere Bedingungen können zu einer Verschlechterung des Betons führen, was zu kosmetischen Problemen oder schwerwiegenderen strukturellen Fehlern führen kann. Wiederholte Frost-Tau-Zyklen können zum Beispiel zu Rissen, Ablagerungen und Bröckeln führen. Beton kann auch Schaden nehmen, wenn er bestimmten Chemikalien ausgesetzt ist. Säuren, insbesondere solche mit einem pH-Wert unter 3, reagieren mit dem Calciumhydroxid von Portlandzement und bilden wasserlösliche Calciumverbindungen, die dann ausgewaschen werden. Die Chloride und Nitrate von Ammonium, Magnesium, Aluminium und Eisen können gleichermaßen Betonschäden verursachen.

Hier kommen Zusatzstoffe, sogenannte Zusatzmittel, ins Spiel. Die Zugabe des richtigen Zusatzstoffes kann die Betonqualitäten für eine bestimmte Anwendung verändern oder verbessern. Polymere, einschließlich Emulsionspolymere, können die Leistung von Beton erheblich verbessern und ihn stärker und langlebiger machen. Die Herstellung von polymermodifiziertem Beton ist eine einfache Sache, indem ein Teil des Zementbindemittels durch Polymer ersetzt wird, entweder in flüssiger Form oder in Form von redispergierbarem Pulver (RDP). Redispergierbare Pulver werden mit einem Spray hergestellt - Trocknungsverfahren, das Polymeremulsionen in Pulverform umwandelt. Diese Pulver können dann auf die Baustelle transportiert, dem Zement zugesetzt und schließlich mit Wasser vermischt wieder in flüssiger Form mit im Wesentlichen identischen Eigenschaften wie die ursprünglichen Copolymeremulsionen redispergiert werden. RDPs bieten eine Reihe von Vorteilen, insbesondere, dass in jeder Sendung mehr Polymer transportiert werden kann. Im Gegensatz zu Flüssigkeiten unterliegen redispergierbare Pulver auch keinem Gefrieren, was die Leistung des Betons beeinträchtigen kann.

Wenn dem Beton Polymere zugesetzt werden, wird das resultierende Material als Polymer-modifizierter Beton, Polymer-Zement-Beton (PCC) oder, wenn er speziell auf Brückenbelägen verwendet wird, als Latex-modifizierter Beton (LMC) bezeichnet. Die Verwendung von polymermodifiziertem Beton hat mehrere Vorteile:

• Erhöhte Festigkeit und Haltbarkeit — Die Festigkeit von Beton hängt von der Wassermenge ab, die in der Mischung verwendet wird. Eine Verringerung des Wasser-Zement-Verhältnisses erhöht die Festigkeit und bei polymermodifiziertem Beton wird weniger Wasser benötigt. Außerdem trägt die Viskosität von Latex dazu bei, eine Trennung von Materialien zu verhindern, wodurch die Biege- und Zugfestigkeit des Materials erhöht wird.
  
  
• Verbesserte Verarbeitbarkeit — Die Verwendung von weniger Wasser erhöht die Festigkeit des Betons, erschwert aber auch das Gießen. Ingenieure sind bestrebt, Festigkeit und Verarbeitbarkeit in Einklang zu bringen, weshalb sie oft auf Latexbeimischungen zurückgreifen, um den Wasserbedarf zu reduzieren und die Verarbeitbarkeit zu verbessern.
  
  
• Geringere Wasserdurchlässigkeit — Die Bildung eines Latexfilms, der auftritt, wenn Wasser durch Hydratation entfernt wird und Latexpartikel zusammenfließen, verbessert die Haftfestigkeit und die mechanischen Eigenschaften des Betons. Die Filmbildung erhöht auch die Beständigkeit des Betons gegen Wasserdurchlässigkeit, da sich die Polymerpartikel in den Kapillarporen und Mikrorissen in der Zementmatrix konzentrieren und Kanäle für die Wasserbewegung blockieren.
  
  
• Erhöhte Frost-Tau-Stabilität — Die verringerte Wasserdurchlässigkeit von polymermodifiziertem Beton schützt auch vor Schäden durch wiederholtes Einfrieren und Auftauen. Frost-Tau-Schäden werden durch die Ausdehnung von Wasser im Beton verursacht, wenn das Wasser gefriert. Die Expansion übt Zugkräfte innerhalb der Zementmatrix aus und führt zur Rissbildung. Mit Latex modifizierter Beton verhindert das Eindringen von Wasser in die Matrix, was das Material vor Frost-Tau-Effekten schützt.
  
  
• Bessere Chemikalienbeständigkeit — Polymermodifizierter Beton ist gegenüber üblichen chemischen Angriffen tendenziell undurchlässiger. Chloridionen sind beispielsweise die Hauptursache für die Korrosion von Stahlbeton. Die Einarbeitung von Latex in Beton verbessert den Chlorid-Eindringwiderstand zusammen mit der allgemeinen Ionendurchlässigkeit und trägt dazu bei, das Eindringen von Chlorid-Ionen zu verhindern, die häufig in Tausalzen und Meerwasser vorkommen .

Aufgrund dieser Vorteile wird polymermodifizierter Beton immer häufiger verwendet. Ingenieure wählen es oft für Straßen und Brücken, sowohl für Neubauten als auch für Reparaturen von beschädigten Bauwerken. Sie spezifizieren es auch für den Bau von Industrieböden, stark frequentierten Gehwegen, Wassertanks, Schwimmbädern, Klärgruben, Silos, Abflüssen, Rohren und Schiffsdecks. PMC eignet sich auch gut als Reparaturmaterial, sodass es zur Reparatur von Architekturelementen aus Stein und Beton verwendet werden kann.

Bei diesen Anwendungen kann das Polymer je nach Projektanforderungen und Anforderungen variieren. Typischerweise werden als Latexmodifikatoren für Beton Acrylate, Styrol-Acryl- und Styrol-Butadien(SB)-Latex verwendet Bindemittel. Jedes Polymer erzeugt charakteristische physikalische Eigenschaften. Acryllatex bietet beispielsweise eine sehr gute wasserbeständige Verbindung zwischen dem modifizierenden Polymer und den Betonkomponenten, während die Verwendung von Latizes von Styrol-Butadien-Polymeren zu einer erhöhten Festigkeit, einem ausgewogenen Verhältnis von Zug und Dehnung sowie einer ausgezeichneten Wasserbeständigkeit führt. Durch die zusätzliche Vernetzung und Hydrophobierung durch Carbonsäure erhöht sich die Feuchtigkeitsbeständigkeit des polymermodifizierten Betons und ist somit ideal für nasse Umgebungen .

Bei der Abwägung von Entscheidungen darüber, welches Polymer verwendet werden soll, spielen die Kosten immer eine Rolle. Im Allgemeinen sind Styrol-Butadien-Bindemittel kostengünstiger als Acrylate, wenn jedoch Farbechtheit wichtig ist, können die Kosten eine untergeordnete Rolle spielen. Denn mit Styrol-Butadien modifizierter Beton kann sich im ultravioletten Licht verfärben. Für bestimmte Anwendungen, z. B. bei Architekturprojekten, ist Weißzement, der mit teureren Acrylpolymeren modifiziert wurde, eine bessere Lösung, um die Farbstabilität zu gewährleisten3 .