Eisenoxidpigment und Zementhydration: Auswirkungen auf Erstarrungszeit und Festigkeit

Kurz gesagt: Eisenoxidpigment ist ein feines Pulver, und feine Pulver konkurrieren in einer Betonmischung mit allen anderen Bestandteilen um Wasser und Zusatzmittel. In den meisten Betonwerken sind die Auswirkungen auf die Erstarrungszeit und die Festigkeit nach 28 Tagen gering und werden fälschlicherweise dem Pigment zugeschrieben, obwohl die eigentliche Ursache woanders liegt. Führen Sie eine Kontrollmischung und eine pigmentierte Mischung mit demselben Zement, demselben Wasser-Zement-Verhältnis und derselben Nachbehandlung durch und vergleichen Sie anschließend die Erstarrungszeit sowie die Ergebnisse der Würfelprüfungen. Dieses einzige Paar von Mischungen beantwortet die eigentliche Frage Ihres Kunden.

Eine Betonmischanlage wechselt am Freitag die Farbe, und die Würfelprüfungen zeigen am Dienstag niedrige Festigkeitswerte. Das Pigment wird als Erstes beschuldigt, weil es das einzige sichtbar veränderte Element ist. Manchmal ist das gerechtfertigt – oft jedoch nicht.

Dies ist tatsächlich das, was im Mischer beim Einfärben geschieht.

Das Pigment ist ein zweites Pulver in einem überlasteten System

Zementkörner hydratisieren und nehmen dabei Wasser auf sowie Wärme frei. Eisenoxidrot (Fe2O3) tut beides nicht. Es verhält sich chemisch ruhig in einem Portlandzement-System, weshalb es über Jahrzehnte hinweg seine Farbe behält.

Was es jedoch mitbringt, ist Oberfläche. Ein Pigment in der üblichen Dosierung für integral gefärbten Beton fügt eine große Anzahl sehr feiner Partikel hinzu. Diese Partikel benötigen Wasser – und zwar genau dann, wenn die Mischung noch plastisch ist. Das Ergebnis ist meist ein leichter Anstieg des Wasserverbrauchs und eine plastische Mischung, die bei gleicher Konsistenz (Slump) etwas steifer erscheint.

Ein zweiter Effekt führt Betonwerke oft in die Irre: Feine Pigmentoberflächen können einen Teil des luftentziehenden oder wasserreduzierenden Zusatzmittels binden, bevor dieses den Zement erreicht. Die Dosis, die Sie auf die Chargenkarte notiert haben, befindet sich zwar noch in der Trommel – doch weniger davon leistet tatsächlich Arbeit.

Die Erstarrungszeit ist der erste Bereich, in dem Sie dies bemerken.

Die Erstarrung ist ein thermischer und chemischer Vorgang. Das Tricalciumsilikat (C3S, die Hauptphase für die Festigkeitsentwicklung im Portlandzement) beginnt zu reagieren, und die Paste verfestigt sich. Jeder Faktor, der den Zugang von Wasser zu den Zementkörnern verlangsamt, verschiebt diese Kurve nach rechts.

In der Praxis erstarren pigmentierte Mischungen oft etwas später als die Referenzmischung. Eine Verzögerung von zehn bis zwanzig Minuten ist üblich und in der Regel unbedenklich. Entscheidend ist, ob die Verschiebung konsistent ist und ob sie sich mit steigender Pigmentdosierung verstärkt.

Zwei Methoden klären dies eindeutig. Die Vicat-Nadel (ASTM C191, ein Eindringtest an der Paste) liefert im Labor einen klaren Zahlenwert. Die Penetrationswiderstandsmethode (ASTM C403, eine Sonde, die in gesiebten Mörtel eingeführt wird), eignet sich besser für eine reale Mischung mit Zuschlagstoffen. Beide Methoden – jeweils an einer Referenzprobe und einer pigmentierten Probe aus derselben Zementcharge durchgeführt – zeigen die Größe der Verschiebung an.

Trennung des Pigments von allen anderen Bestandteilen

Die Festigkeitsminderung hat viele Ursachen: Zementchargen-Schwankungen, Feuchtigkeit im Zuschlag, Dosiergenauigkeit, Erhärtung und die Temperatur beim Einbringen beeinflussen alle das Ergebnis. Wenn Sie gleichzeitig sowohl das Pigment als auch die Mischung ändern, gewinnen Sie keinerlei Erkenntnis.

Halten Sie die Kontrollprobe ehrlich: derselbe Zementsilo, derselbe Zuschlagshauf, dasselbe Wasser-Zement-Verhältnis (w/z, das Gewicht des Wassers geteilt durch das Gewicht des Zements), dieselbe Charge an Zusatzmitteln. Ändern Sie ausschließlich das Pigment. Gießen Sie Probekörper aus beiden Mischungen, lagern Sie sie nebeneinander unter denselben Erhärtungsbedingungen und prüfen Sie die Druckfestigkeit nach 7 und 28 Tagen gemäß ASTM C39.

Wenn die pigmentierte Mischung bei beiden Prüfzeitpunkten unter der Kontrollprobe liegt und die Differenz zunimmt, liegt ein echter Effekt vor – die Dosierung ist dann der erste Aspekt, den Sie überprüfen sollten. Liegen beide Werte innerhalb der Streubreite Ihrer eigenen Prüfergebnisse, ist das Pigment nicht die Ursache Ihres Problems; stattdessen sollten Sie Erhärtung und Feuchtebedingungen untersuchen.

Seien Sie auch bei der Streuung ehrlich. Zwei Zylinder sind keine Beweisgrundlage. Betonwerke, die sich über eine halbe Megapascal-Differenz bei Einzelwürfeln streiten, diskutieren meist nur über Messrauschen.

Drei Dinge, die wichtiger sind als die Farbe

Pigment nach Gewicht, nicht nach Schaufelportion dosieren. Ein Pigment, das auf den nächsten Kilogramm genau für eine 2-Kubikmeter-Batch gewogen wird, ist in Ordnung. Ein Pigment, das mit der Schaufel zugegeben wird, ist es nicht – und die daraus resultierende Farbvariation wird üblicherweise dem Lieferanten angelastet.

Dispersionszeit. Pigment, das am Ende des Mischzyklus zugegeben und dreißig Sekunden später entnommen wird, dispergiert niemals richtig. Es entstehen Streifen, und die Mischung verhält sich anders als die im Labor getestete Probe. Geben Sie ihr ein vollständiges Mischintervall und beobachten Sie die Entnahme.

Jedes Mal aushärten. Gefärbter Beton wird an seiner Oberfläche beurteilt – und genau dort zeigt sich die Auswirkung der Aushärtung zuerst. Eine pigmentierte Platte, die früh austrocknet, wirkt fleckig und wird oft fälschlicherweise als Pigmentfehler gedeutet. Meist ist es jedoch keiner.

Wo die Anlage einen Fehler macht, ist fast immer hier, bei diesen drei Punkten, und nicht bei der Pigmenttrommel.

Ein Versuch, der die Frage in einem einzigen Guss beantwortet

1. Verwenden Sie die Zementlosnummer, mit der Sie tatsächlich arbeiten werden, und halten Sie die Kontroll- und Versuchsmischungen auf dieser einen Losnummer.
2. Legen Sie das Wasser-Zement-Verhältnis und die Zusatzmittel-Dosis schriftlich fest, bevor Sie beginnen, und notieren Sie die anzustrebende Konsistenz (Slump).
3. Stellen Sie eine Kontrollmischung ohne Pigment her. Gießen Sie Zylinder und nehmen Sie eine Vicat- oder Eindringtiefe-Prüfung vor.
4. Stellen Sie die pigmentierte Mischung in Ihrer Produktionsdosis her. Derselbe Zement, dieselben Zuschlagstoffe, dasselbe Wasser-Zement-Verhältnis. Gießen und prüfen Sie auf dieselbe Weise.
5. Notieren Sie den Slump bei beiden. Falls sich der Wasserverbrauch geändert hat, vermerken Sie, wie viel Wasser oder Zusatzmittel erforderlich war, um den Ziel-Slump wiederherzustellen.
6. Brechen Sie die Zylinder nach 7 und 28 Tagen. Bewahren Sie die Ergebnisse zusammen mit den Chargenunterlagen auf, nicht in jemandes Notizbuch.
7. Falls Sie mehr als eine Pigmentdosis in der Produktion einsetzen, wiederholen Sie den Versuch am oberen Ende des Bereichs. Die Wirkung ist dosisabhängig.
8. Bewahren Sie eine aufbewahrte Probe der Pigmentcharge (die genehmigte Vergleichsprobe) gemeinsam mit der Zementcharge auf, damit im nächsten Jahr ein Streit durch Belege untermauert werden kann.

Was Ihnen der Pigmentlieferant hier schuldet

Ein Pigmentlieferant kann Ihnen nicht sagen, wie sich sein Produkt in Ihrem Mischer verhält. Er kann Ihnen lediglich angeben, woraus es besteht, und er kann Ihnen dieselbe Produktcharge von Charge zu Charge liefern, sodass Ihr Versuch gültig bleibt.

Wir stellen Eisenoxidpigmente seit 26 Jahren her und produzieren rote (Fe2O3), gelbe (α-FeOOH), schwarze (Fe3O4), braune sowie zusammengesetzte grüne und blaue Sorten für Beton, Mörtel, Asphalt, Beschichtungen, Kunststoffe und Gummi. Unsere Mindestbestellmenge beträgt 1 Tonne (1.000 kg); Versuchschargen können aus derselben Produktionscharge entnommen werden, auf die sich das Angebot bezieht; Chargennummer und Analysezertifikat werden zusammen geliefert.

Falls Sie eine bestimmte Zeit- oder Festigkeitsanforderung bei einer farbigen Mischung verfolgen, senden Sie uns bitte die Mischungsangaben sowie die verwendete Zementcharge. Wir passen die Pigmentcharge entsprechend an, sodass in Ihrem Versuch nur die gewünschte Variable getestet wird.

Kontakt: [email protected] | +86-13400211655