Leitfaden zur Zementformulierung: Zusatzstoffe, Celluloseether und Wasserbedarf

Ein Trockenmischungshersteller tauscht eine Celluloseethersorte gegen eine günstigere Alternative aus, behält die gleiche Dosierung bei und der Fliesenkleber, der jeden Prüfstandstest bestanden hat, beginnt eine Woche später vor Ort von der Kelle zu rutschen. Am Zement hat sich nichts geändert. Was sich änderte, war, wie lange die Mischung ihr Wasser hielt.

Bei der Zementformulierung geht es darum, zu entscheiden, was in einer zementbasierten Mischung in welcher Größenordnung und warum enthalten ist. Das Fazit zunächst: Das Bindemittel bestimmt die Leistungsobergrenze eines Mörtels, Putzes, Fugenmörtels oder Klebers, aber die Wasserretention, die Partikelklassierung und das Additivpaket entscheiden darüber, wie nahe man dieser Obergrenze tatsächlich kommt. Wenn der Wasserhaushalt falsch ist, kann kein zusätzlicher Zement die Mischung retten.

Woraus eine Zementformulierung besteht

Eine Trockenmischung auf Zementbasis besteht aus vier Gruppen von Zutaten: Bindemittel, Füllstoff oder Zuschlagstoff, Anmachwasser und in sehr kleinen Mengen dosierten funktionellen Zusatzstoffen. Das Bindemittel ist in der Regel gewöhnlicher Portlandzement (CEM I gemäß EN 197-1) oder ein Mischzement, manchmal kombiniert mit Gips, Kalkhydrat oder Calciumaluminat, wobei das Abbindeverhalten angepasst werden muss. Füllstoffe wie Quarzsand, Kalksteinmehl oder Leichtzuschlagstoffe füllen das Volumen und geben die Sieblinie vor.

Bei Zusatzstoffen trennt sich eine Formulierung von einer anderen, und sie werden in Gramm pro Kilogramm und nicht als Anteil am Ganzen dosiert. Die Bereiche in Tabelle 1 spiegeln die übliche Trockenmischungspraxis wider; Behandeln Sie sie als Startfenster, da der Zielstandard, die lokale Sandqualität und der Wasserbedarf des Bindemittels alle die Zahlen verschieben.

Wassereinlagerungen sind die Variable, die über die meisten Ergebnisse entscheidet

Zement benötigt etwa 0,40 bis 0,42 Teile Wasser pro Massenteil Zement, um seine Klinkerphasen vollständig zu hydratisieren. Praktische Mörtel werden aus Gründen der Verarbeitbarkeit mit 0,40 bis 0,55 angemischt, so dass ein Großteil des Anmachwassers Porenwasser ist, das niemals chemisch gebunden ist. Porenwasser tritt auf drei Arten aus: durch Absaugen in das Substrat, durch Verdunstung von der Oberfläche und durch Austreten in Richtung der Oberseite der Schicht.

Wenn Wasser schneller austritt, als der Zement es verbraucht, ist das Ergebnis vorhersehbar: unvollständige Hydratation, schwache Oberflächenschichten, Schrumpfungsrisse und ein Klebstoff, der einen Trockenlabortest besteht, aber nach einem heißen Nachmittag auf der Baustelle versagt.

Dies ist die zentrale Aufgabe von Celluloseether in einem Zementsystem. Die Moleküle adsorbieren an Zementpartikeln und erhöhen die Viskosität der Porenlösung, wodurch die Wasserbewegung verlangsamt wird, während der von ihnen gebildete Film das Wasser im frischen Mörtel hält. Die Wasserretention kann direkt mit der in EN 1015-8 beschriebenen Filterpapiermethode gemessen werden, und es lohnt sich, jede neue Äthersorte zu testen, anstatt sich nur auf ein Datenblatt zu verlassen.

Hinweis zur Tabelle: Hierbei handelt es sich um eine Richtungsdarstellung des allgemeinen Verhaltens, nicht um gemessene Testdaten. Die tatsächliche Kurve hängt von der Etherqualität, seiner Viskosität und dem Rest der Mischung ab.

Anpassung des Ethertyps an das Zementsystem

In Trockenmischungen auf Zementbasis dominieren vier Ether: HEC, HEMC, HPMC und HPS. Sie sind nicht austauschbar, da die Substituentengruppen darüber entscheiden, wie sich das Molekül in Wasser verhält, bei welcher Temperatur es geliert und wie viel Luft es in die Mischung zieht.

HPMC und HEMC sind die Arbeitspferde der Zement- und Gipsmörtel. Beide zeichnen sich durch eine starke Wasserretention aus und beide zeigen eine thermische Gelierung in Wasser bei etwa 55 bis 70 °C, weshalb die Verarbeitbarkeit in heißem Klima eher getestet als angenommen werden muss. HEMC nimmt im Allgemeinen weniger Luft auf als HPMC, was wichtig ist, wenn ein dichter Reparaturmörtel das Ziel ist. HEC bietet eine gute Wasserretention bei geringerer Verdickung und geringem Luftporengehalt, was für Beschichtungen und Bohrflüssigkeiten auf Wasserbasis besser geeignet ist als für Dickbettmörtel.

HPS ist eher ein Stärkeether als ein Celluloseether: Es sorgt bei geringen Kosten für Wasserretention und ausgeprägte Beständigkeit gegen Durchhängen und wird oft zusammen mit einem Celluloseether verwendet, um Leistung und Preis in Einklang zu bringen. Die Viskosität, angegeben für eine 2 %ige Lösung bei 20 °C, ist ebenso wichtig wie die Chemie. In Fliesenklebern werden häufig Typen im Bereich von 40.000 bis 75.000 mPa·s verwendet, während in selbstverlaufenden Massen, bei denen die Mischung noch fließen muss, niedrigerviskose Typen um 4.000 bis 15.000 mPa·s üblich sind. Behandeln Sie diese als allgemeine Richtlinien und bestätigen Sie das tatsächliche Fenster mit Ihrem Lieferanten.

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RDP und die Adhäsionshälfte der Formulierung

Redispergierbares Polymerpulver ist das zweite Additiv, das einen einfachen Zementmörtel von einem Klebstoff in Spezifikationsqualität trennt. Aus einer Polymerdispersion sprühgetrocknet, dispergiert es im Anmachwasser erneut und bildet beim Trocknen des Mörtels einen Polymerfilm, der die Grenzfläche zwischen Zementhydraten und Gesteinskörnung überbrückt.

In der Praxis wandelt dieser Film spröde Haftung in Zug- und Scherfestigkeit um, die das Eintauchen in Wasser und Hitzealterung übersteht, was den Unterschied zwischen einer C1- und einer C2-Klassifizierung gemäß EN 12004 ausmacht. Typische Zusätze in Fliesenklebern liegen zwischen etwa 1 % und 4 % der Trockenmischung. Darunter ist der Film nicht durchgehend; deutlich darüber steigen die Kosten schneller als die messbare Leistung.

Die meisten Betriebe behandeln RDP und Celluloseether als eine Packung und nicht als zwei separate Käufe, da beide das Verhalten der frischen Mischung steuern. Die Art und Weise, wie diese Komponenten in Putzen, Fugenmörteln und Ausgleichsmassen kombiniert werden, wird in diesem Leitfaden behandelt Trockenmörtelzusätze .

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Fehler, die direkt auf die Formulierung hinweisen

Die meisten Feldbeschwerden sind auf eine Handvoll Formulierungsentscheidungen zurückzuführen. Das Symptom weist meist auf die Ursache hin.

• Durchhängen oder Verrutschen auf einem vertikalen Untergrund: Die offene Zeit ist zu kurz oder der Mischung fehlt die Thixotropie. Erhöhen Sie den Celluloseether oder fügen Sie HPS hinzu, anstatt mehr Wasser hinzuzufügen.
• Feine Risse in dünnen Schichten: Wasser tritt schneller aus, als das Bindemittel hydratisieren kann. Überprüfen Sie die Etherdosierung, die Füllstoffqualität und die Saugfähigkeit des Untergrunds.
• Schwache Haftung nach Eintauchen in Wasser: RDP ist für die Expositionsklasse zu niedrig oder der Zementgehalt wurde zu stark reduziert.
• Klumpen, wenn Pulver auf Wasser trifft: Der Äther löst sich nicht auf. Überprüfen Sie Partikelgröße, Mischreihenfolge und Scherung.
• Nadellöcher und eine poröse Oberfläche: Der Lufteintrag ist zu hoch. Reduzieren Sie die Etherdosis oder fügen Sie einen Entschäumer hinzu.
• Ausblühungen auf der fertigen Oberfläche: Wasser wandert durch die Schicht. Verbessern Sie die Wasserretention und kontrollieren Sie die Wasserzugabe vor Ort.

Ein praktischer Arbeitsablauf von der Spezifikation bis zur Testcharge

1. Legen Sie die Norm und die Prüfliste fest, bevor Sie mit der Rezeptur in Berührung kommen: EN 998-1 oder EN 998-2 für Putze und Mauermörtel, EN 12004 für Fliesenkleber sowie die entsprechenden Haftungs- und Wasserrückhaltemethoden.
2. Stellen Sie den Wasserbedarf durch Ausprobieren ein, nicht durch Kopieren der Nummer eines anderen Lieferanten. Die Konsistenz im Eimer muss mit der Kelle oder Pumpe übereinstimmen, mit der die Mischung aufgetragen wird.
3. Erstellen Sie zunächst die Siebkurve aus lokal verfügbarem Sand oder Füllstoff, da die Siebverteilung den Wasserbedarf und die Schwindung stärker bestimmt als jeder andere Zusatzstoff.
4. Dosieren Sie den Celluloseether, um die erforderliche Wasserretention zu erreichen, und prüfen Sie dann erneut die offene Zeit, bevor Sie zu einem Verzögerer greifen.
5. Dosieren Sie RDP entsprechend der Expositionsklasse und überprüfen Sie die Haftung nach Eintauchen in Wasser und Wärmealterung.
6. Fügen Sie sekundäre Komponenten einzeln hinzu, sodass jede Änderung nachverfolgt werden kann, wenn sich ein Ergebnis verschiebt.
7. Führen Sie den Anlagenversuch mit Produktionssand und Produktionsmischgeräten durch; Ein Labormischer und ein Pflanzenmischer stimmen nie perfekt überein.

Wenn es sich bei dem Ziel um einen verformbaren Dünnbettklebstoff handelt, finden Sie in dieser Übersicht Beispiele für die Sortenauswahl und die Dosierungslogik HPMC für Fliesenkleber .

Beschaffungsprüfungen, bevor Sie sich auf eine Note festlegen

Der Wechsel des Etherlieferanten ist eine Änderung der Formulierung und kein Beschaffungsdetail. Bevor Sie sich verpflichten, fordern Sie ein technisches Datenblatt, ein Sicherheitsdatenblatt und ein Analysezertifikat für die tatsächliche Charge an und vergleichen Sie dann Art und Grad der Substitution, Viskosität, Feuchtigkeitsgehalt und Partikelgröße mit der Sorte, die Sie ersetzen.

• Schwankungen der Viskosität und des Feuchtigkeitsgehalts von Charge zu Charge, nicht nur der Zertifikatsdurchschnitt.
• Konsistenz des Substitutionsmusters zwischen Lieferungen, insbesondere für HEMC und HPMC.
• Verpackungsunversehrtheit und Haltbarkeit, da Celluloseether hygroskopisch sind und in feuchten Lagern Feuchtigkeit aufnehmen.
• Lagerdisziplin vor Ort: trocken, belüftet, First In, First Out.
• Ob der Lieferant den Ether selbst herstellt oder mit ihm handelt, denn das entscheidet darüber, wie schnell eine Abweichung untersucht werden kann.

Ein Hersteller wie Zhejiang Yisheng New Material gibt eine jährliche Celluloseether-Kapazität von 15.000 Tonnen an und sortiert sein EASONZELL-Sortiment nach Endverwendung, was hilfreich ist, wenn ein Werk Fliesenkleber, Spachtelmasse und selbstnivellierende Masse auf derselben Linie verarbeitet.

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