17.5.2 Hidratáció és mikroszerkezet

A SAP hozzáadása jelentős hatással van a beton hidratációs folyamatára és mikroszerkezetének alakulására. Ez több okból következik be. Először is, a kezdeti SAP felszívódás megváltoztathatja az effektív w/b arányt és a korai hidratációs jellemzőket. Másodszor, a SAP-ból történő későbbi vízfelszabadulás elősegíti a cement további hidratációját, további hidratációs termékeket hozva létre, és a pórusok finomodását. Harmadszor, a megszáradt és összeomlott SAP a megszilárdult cementmasszában eloszlatott makroszintű üregeket hagy maga után, és ez az SAP adagolásától függően megváltoztatja a teljes porozitást és a méreteloszlást. Emellett egyedi mikroszerkezeti jellemzőkkel rendelkező határfelületet idéz elő az SAP és a cementpaszta mátrix között, amelynek fontos következményei lehetnek.

Mechtcherine és munkatársai (2014) és Justs és munkatársai (2014) megfigyelték, hogy az SAP enyhe késleltetést okozott a korai hidratációban, míg Hasholt és Jensen (2015) enyhe gyorsító hatásról számolt be. Ezekben az esetekben extra vizet adtak hozzá, hogy kompenzálják a SAP felszívódását a friss keverékben. Mindazonáltal a legtöbb tanulmány egyetért abban, hogy az SAP növeli a hidratáció mértékét a későbbi életkorokban, különösen 14 naptól kezdődően, a cementtel való reakcióra rendelkezésre álló további víz miatt (pl. Igarashi és Watanabe, 2006; Lura et al., 2006; Justs et al., 2014). Továbbá úgy tűnik, hogy a hosszabb távú hidratációt inkább a teljes w/b arány, mint a kezdeti effektív w/b arány szabályozza (Justs és mtsai., 2014; Reinhardt és Assmann, 2014; Hasholt és Jensen, 2015). Más szóval, a hidratáció végső mértéke a rendszerben rendelkezésre álló teljes víztől függ, függetlenül attól, hogy annak egy része a korai életkorban SAP-ba került.

A SAP-t tartalmazó rendszerekben a jobb hidratációnak a kapilláris porozitás csökkenéséhez és a pórusméret-eloszlás finomodásához kell vezetnie, különösen a későbbi életkorokban. A rendelkezésre álló vizsgálatok eredményei azonban nem teljesen egyeznek. Ennek oka, hogy a pórusszerkezetre gyakorolt nettó hatás számos tényezőtől függ, többek között az SAP adagolásától és abszorpciós képességétől, a w/b aránytól, valamint attól, hogy az adagolás során adtak-e extra vizet az SAP abszorpció kompenzálására. A kapilláris porozitás csökkenése a jobb hidratáció (belső kikeményedés) vagy az SAP abszorpció miatti effektív w/b arány csökkenése lehet, hogy elegendő, de lehet, hogy nem elegendő ahhoz, hogy ellensúlyozza a makropórusok kialakulása miatti porozitásnövekedést. A nettó hatás a w/b aránytól is függ, mivel a belső keményedés csak a nagyon alacsony w/b arányú rendszerek esetében előnyös. Ez rávilágít az SAP mikroszerkezetre gyakorolt ellensúlyozó hatására. A 17.4.3. szakaszban tárgyalt bizonytalanságok a cementkötésű anyagok SAP-felvételének becslésében tovább bonyolítják ezt a kérdést.

A higanybehatolásos porozimetriát alkalmazó egyes vizsgálatok például magasabb teljes porozitást találtak SAP-t és szállított vizet tartalmazó habarcsokban és betonokban. Ezt az SAP száradásakor kialakuló makrohézagoknak tulajdonították (Mönnig, 2005; Mechtcherine et al., 2009). Ugyanakkor alacsonyabb teljes porozitást figyeltek meg a szállított víz nélküli rendszerekben (Mönnig, 2005; Igarashi és Watanabe, 2006), feltehetően azért, mert az effektív w/b arányt csökkentette az SAP felszívódása. Lura és munkatársai (2008) röntgensugaras tomográfiát alkalmazva megfigyelték a kis kapilláris pórusok csökkenését a belső kikeményedésből származó további hidratációs termékek miatt, valamint az autogén zsugorodás okozta mikrorepedések csökkenését. Vízgőz-szorpciót használva Snoeck és munkatársai (2015) megfigyelték, hogy az SAP-t tartalmazó és a bejuttatott víz nélküli cementpaszták a mikro- (<2 nm) és mezopórusok (2-50 nm) tartományában enyhe csökkenést mutattak. Az SAP-t és bejuttatott vizet tartalmazó cementpaszták nem mutattak jelentős változást a mikropórustartományban, de enyhe növekedést a nagyobb mezopórustartományban. Beushausen és munkatársai (2014) szintén nem találtak szignifikáns hatást az SAP-nak a porozitásra, ami arra utal, hogy az SAP által létrehozott nagyobb kezdeti üregtartalmat ellensúlyozza a belső kikeményedésből származó jobb mikroszerkezet.

A 17.4. ábra néhány példát mutat SAP-t tartalmazó paszták, habarcsok és betonok visszaszórt elektronos képeire. Látható, hogy az SAP-részecskék és a makroüregek izoláltak és jól eloszlanak a megszilárdult cementmasszában. A makroüregek ~10 és több mint 500 μm között mozognak, a száraz SAP kezdeti méretétől és a duzzadástól függően (Lam, 2005; Lee et al., 2010a,b,c, 2016). A makroüregek határai általában a száraz SAP eredeti alakját követik, ahogy azt röntgentomográfiával is megfigyelték (Lura et al., 2008). Az összeesett SAP-részecske megjelenhet szilárd, porózus/celluláris vagy keskeny gyűrű alakú részecskeként. Egyes mintákban a paszta és az SAP között a zsugorodás miatt rés keletkezik (Lam, 2005), míg a szuszpenziós polimerizált SAP-t tartalmazó, durva textúrájú és nagyobb felületű mintákban jó kötés marad meg (Lee és mtsai., 2010a,b,c), amint az pl. a 17.4F ábrán látható. Esetenként a makroüregek kalcium-hidroxid csapadékot vagy apró cementszemcséket tartalmaznak, amelyek később reakcióba lépve hidratációs termékeket képeztek a víztartályban, kitöltve az eredetileg a megduzzadt SAP által elfoglalt teret (17.4D-F ábra).

Az SAP-t körülvevő cementpaszta nagyon változó mikroszerkezetet mutat, és hasonló tulajdonságokkal rendelkezik, mint az aggregátum-paszta “határfelület-átmeneti zóna” és a légüreg-paszta határfelület (Scrivener et al., 2004; Wong és Buenfeld, 2006; Wong et al., 2011). A határfelület kevesebb cementet tartalmaz, mint a távolabbi ömlesztett paszta, a megzavart szemcseképződés miatt. Emellett hajlamos arra, hogy nagyon porózus legyen, és esetenként nagyméretű kalcium-hidroxid lerakódásokat tartalmaz (17.4C,D ábra). Ezek a jellemzők a megduzzadt SAP felszínének magas víztartalmának tulajdoníthatók, vagy esetleg az elnyelt víznek a környező pasztába történő korai felszabadulásának, ami preferenciális kicsapódást okoz. Az SAP zsugorodása száradáskor a környező cementpaszta mikrorepedéséhez vezethet (Lee et al., 2010a,b,c), de az SAP által felszabaduló nedvesség várhatóan elősegíti a környező paszta további hidratációját és mikroszerkezetének kialakulását. A habarcsokban és betonokban az SAP üregek homokszemcseméretűek, és az aggregátum részecskék között is átnyúlhatnak (Lee et al., 2016), pl. 17.4B. ábra

.