17.5.2 Hydrering og mikrostruktur

tilsætning af SAP har store virkninger på hydreringsprocessen og mikrostrukturudviklingen af beton. Dette sker på grund af en række årsager. For det første kan den indledende SAP-absorption ændre det effektive w/b-forhold og de tidlige hydreringskarakteristika. For det andet fremmer den efterfølgende frigivelse af vand fra SAP en yderligere hydrering af cementen, hvorved der dannes yderligere hydreringsprodukter og poreforfining. For det tredje efterlader den tørrede og kollapsede SAP makroporer spredt ud over hele den hærdede cementpasta, hvilket ændrer den samlede porøsitet og størrelsesfordeling, afhængigt af SAP-doseringen. Det inducerer også en grænseflade mellem SAP og cementpasta-matrix med unikke mikrostrukturkarakteristika, der kan have vigtige konsekvenser.

Mechtcherine et al. (2014) og Justs et al. (2014) observerede, at SAP forårsagede en lille forsinkelse af den tidlige hydrering, mens Hasholt og Jensen (2015) rapporterede om en let accelererende effekt. I disse tilfælde blev der tilsat ekstra vand for at kompensere for SAP-absorptionen i den friske blanding. Ikke desto mindre er de fleste undersøgelser enige om, at SAP øger hydreringsgraden ved senere aldre, især fra 14 dage og fremefter, på grund af det ekstra vand, der gøres tilgængeligt til at reagere med cement (f.eks. Igarashi og Watanabe, 2006; Lura et al., 2006; Justs et al., 2014). Desuden synes den mere langsigtede hydrering at være styret af det samlede w/b-forhold snarere end det oprindelige effektive w/b-forhold (Justs et al., 2014; Reinhardt og Assmann, 2014; Hasholt og Jensen, 2015). Med andre ord afhænger den endelige grad af hydrering af det samlede vand, der er tilgængeligt i systemet, uanset at en del af det blev medtaget i SAP i de tidlige aldre.

Den forbedrede hydrering i systemer, der indeholder SAP, bør føre til en reduktion af den kapillære porøsitet og en forfinelse af porestørrelsesfordelingen, især i de senere aldre. Resultaterne fra de tilgængelige undersøgelser er imidlertid ikke helt enige. Dette skyldes, at nettoeffekten på porestrukturen afhænger af en række faktorer, herunder SAP-dosering og absorptionskapacitet, w/b-forholdet, og hvorvidt der blev tilsat ekstra vand under batching for at kompensere for SAP-absorptionen eller ej. Reduktionen af den kapillære porøsitet som følge af forbedret hydrering (intern hærdning) eller faldet i det effektive w/b-forhold som følge af SAP-absorptionen er muligvis ikke tilstrækkelig til at modvirke stigningen i porøsiteten som følge af dannelsen af makroporer. Nettoeffekten afhænger også af w/b-forholdet, fordi intern hærdning kun er gavnlig for systemer med meget lavt w/b-forhold. Dette understreger de modvirkende virkninger af SAP på mikrostrukturen. Usikkerheden ved vurdering af SAP-absorptionen i cementmaterialer, som omtalt i afsnit 17.4.3, komplicerer dette spørgsmål yderligere.

For eksempel har nogle undersøgelser, der anvender kviksølvindtrængningsporosimetri, fundet en højere samlet porøsitet i mørtel og beton, der indeholder SAP og medfølgende vand. Dette blev tilskrevet de makrohuller, der dannes, når SAP tørrer (Mönnig, 2005; Mechtcherine et al., 2009). Der blev imidlertid observeret en lavere samlet porøsitet i systemer uden medbragt vand (Mönnig, 2005; Igarashi og Watanabe, 2006), formentlig fordi det effektive w/b-forhold blev nedsat af SAP-absorptionen. Ved hjælp af røntgentomografi observerede Lura et al. (2008) en reduktion i små kapillære porer på grund af de ekstra hydreringsprodukter fra intern hærdning og en reduktion af mikrorevner forårsaget af autogen krympning. Ved hjælp af vanddampsorption observerede Snoeck et al. (2015), at cementpastaer med SAP og uden medfølgende vand viste et lille fald i mikro- (<2 nm) og mesoporeområdet (2-50 nm). Cementpastaer med SAP og medfølgende vand viste ingen signifikante ændringer i mikroporerområdet, men en lille stigning i det større mesoporeområde. Beushausen et al. (2014) fandt heller ikke en signifikant effekt af SAP på porøsiteten, hvilket tyder på, at den højere indledende hulrumsgrad skabt af SAP opvejes af en forbedret mikrostruktur fra intern hærdning.

Figur 17.4 viser nogle eksempler på billeder af backscattered electron-billeder af pastaer, mørtel og beton indeholdende SAP. Det ses, at SAP-partiklerne og makrohuller er isolerede og velfordelte i den hærdede cementpasta. Makroporerne varierer fra ~10 til mere end 500 μm, afhængigt af den tørre SAP’s oprindelige størrelse og opsvulmning (Lam, 2005; Lee et al., 2010a,b,c, 2016). Grænsen for makrohullerne har en tendens til at følge den tørre SAP’s oprindelige form, hvilket også er observeret med røntgentomografi (Lura et al., 2008). Den kollapsede SAP-partikel kan fremstå som en fast, porøs/cellulær eller smal ringformet partikel. Nogle prøver viser et hul mellem pasta og SAP på grund af krympning (Lam, 2005), mens en god binding bibeholdes i prøver, der indeholder suspensionspolymeriseret SAP med grov tekstur og større overfladeareal (Lee et al., 2010a,b,c), som det f.eks. ses i fig. 17.4F. Lejlighedsvis indeholder makrohullerne calciumhydroxidudfældninger eller små cementkorn, der efterfølgende har reageret for at danne hydreringsprodukter i vandreservoiret og udfylder det rum, der oprindeligt var optaget af den hævede SAP (Fig. 17.4D-F).

Cementpastaen, der omgiver SAP, udviser en meget variabel mikrostruktur og har lignende egenskaber som aggregat-pasta “grænseflade-overgangszonen” og grænsefladen mellem lufthuller og pasta (Scrivener et al, 2004; Wong og Buenfeld, 2006; Wong et al., 2011). Grænsefladen indeholder mindre cement sammenlignet med pastaen længere væk på grund af den forstyrrede partikelpakning. Den har også en tendens til at være meget porøs og indeholder lejlighedsvis store calciumhydroxidaflejringer (fig. 17.4C,D). Disse træk kan tilskrives det høje vandindhold på overfladen af den opsvulmede SAP eller muligvis den tidlige frigivelse af absorberet vand til den omgivende pasta, der forårsager præferentiel udfældning. SAP’s krympning, når den tørrer, kan føre til mikrorevner i den omgivende cementpasta (Lee et al., 2010a,b,c), men den fugt, der frigives af SAP, forventes at fremme yderligere hydrering og mikrostrukturudvikling i den omgivende pasta. I mørtel og beton er SAP-hulrummene på størrelse med sandkorn, og de kan spænde mellem aggregatpartikler (Lee et al., 2016), f.eks. fig. 17.4B.