The work documented in this thesis includes a wide range of research topics, namely (1) the interaction of polycarboxylate comb copolymers with different clay minerals; (2) a novel facile preparation method for PCE polymers using macroradicals; (3) a mechanistic investigation of cement – PCE superplasticizer incompatibility; (4) the nucleation and crystallization of ettringite under zero gravity conditions; and (5) the use of nano clay for early strength enhancement of Portland cement. It has been reported that PCE superplasticizers exhibit a strong sensitivity to clay contaminants occurring in aggregates. Because of this effect the dispersing performance of PCEs can be reduced significantly. To make it even more complicated, the negative effect from clay contaminants varies from case to case depending on the type of clay. To specify the mode of interaction between PCE polymers and clays, XRD analysis, adsorption and zeta potential measurements were carried out. Moreover, PCE structures exhibiting enhanced clay tolerance were proposed and successfully synthesized. Due to the limitation of the conventional synthesis methods of (meth)acrylate ester-based PCEs, a more simplified synthesis method starting from maleic anhydride and ω-methoxy poly(ethylene glycol) as sole raw materials was introduced in this study. The key in the polymerization process was the generation of ω-methoxy polyethylene glycol macroradicals obtained via hydrogen abstraction from MPEG. The third part of this thesis investigated the incompatibility problem occurring between most PCE polymers and specific cements. In the study, a wide range of ordinary Portland cements (OPCs) and structurally different PCE superplasticizer samples were chosen to probe their cement compatibility via the ‘mini slump’ test. The morphology of the ettringite crystals was observed under the SEM, and the role of the PCE polymers as morphological catalyst was elucidated. In the fourth part, early ettringite nucleation and crystal growth was investigated. The crystallization under idealized zero gravity conditions was studied on parabolic flights which offer 22 seconds of zero gravity. The morphology of ettringite crystals formed under zero gravity was compared with those produced in the earth’s gravity field and was found to be smaller, because at 0 g ion transport occurs only via diffusion and is not enhanced by convection. In the last part of the thesis, the use of nano kaolin as an efficient enhancer for the early strength of cement was studied. A thorough mechanistic study was also carried out to explain the strength enhancement effect. A correlation between the strength enhancement and particle size of nano clay was established.      «

The work documented in this thesis includes a wide range of research topics, namely (1) the interaction of polycarboxylate comb copolymers with different clay minerals; (2) a novel facile preparation method for PCE polymers using macroradicals; (3) a mechanistic investigation of cement – PCE superplasticizer incompatibility; (4) the nucleation and crystallization of ettringite under zero gravity conditions; and (5) the use of nano clay for early strength enhancement of Portland cement. It...     »

Diese Arbeit umfasst einen breiten Bereich an Forschungsthemen, nämlich (1) die Wechselwirkung von Polycarboxylat-Kammpolymeren mit verschiedenen Tonmineralien; (2) eine neue vereinfachte Synthesemethode für PCE-Polymere mit Hilfe von Macroradikalen; (3) eine mechanistische Untersuchung der Unverträglichkeit zwischen Zement und PCE-Fließmitteln; (4) die Keimbildung und Kristallisation von Ettringit in Schwerelosigkeit; und (5) die Verwendung von NanoKaolin zur Ver-besserung der Frühfestigkeit von Portlandzement. Es ist bekannt, dass PCE-Fließmittel eine starke Empfindlichkeit gegenüber Tonverunreinigungen aufweisen, welche in Zuschlägen für Beton vorkommen koennen. Aufgrund dieses Effekts kann die verflüssigende Wirkung der PCEs signifikant abnehmen. Obendrein variiert der negative Effekt von Tonverunreinigungen von Fall zu Fall, je nach Art des Tons. Um die Art der Wechselwirkung zwischen PCE-Polymeren und Tonen genauer zu bestimmen, wurden XRD-Analysen sowie Adsorptions- und Zetapotentialmessungen durchgeführt. Außerdem wurden PCE-Strukturen, welche eine verbesserte Toleranz gegenüber Tonen aufweisen, vorgeschlagen und erfolgreich synthetisiert. Wegen der Schwierigkeiten bei der konventionellen Synthese von Methacrylatester-basierten PCEs wird in dieser Arbeit eine stark vereinfachte Synthesemethode aus Maleinsäureanhydrid und ω-Methoxypolyethylenglykol als einzigen Rohstoffen vorgestellt. Kernstück des neuartigen Polymerisationsprozesses war die Generierung von ω-Methoxypolyethylenglykol-Macroradikalen, erhalten durch Wasserstoffabstraktion von MPEG. Der dritte Teil dieser Arbeit untersuchte die Unverträglichkeit zwischen gängigen PCE-Polymeren und bestimmten Zementen. Dazu wurde eine breite Palette an Portlandzementen (OPCs) und strukturell unterschiedlichen PCE-Fließmitteln ausgewählt, um ihre Zementkompatibilität mittels des mini slump Tests zu erforschen. Als Ursache wurde gefunden, daß die PCE-Polymere als morphologischer Katalysator für die Ettringitkristalle wirken und zu wesentlich kleineren Kristallen führen. Im vierten Teil wurde die frühe Keimbildung und das Wachstum der Ettringitkristalle untersucht. Das Verhalten unter den idealisierten Bedingungen von Schwerelosigkeit wurde auf Parabelflügen, welche 22 Sekunden Schwerelosigkeit bieten, erforscht. Dazu wurde die Morphologie von Ettringitkristallen, die in Schwerelosigkeit gebildet wurden, mit derjenigen verglichen, welche im Erdgravitationsfeld entstehen. Im letzten Teil der Arbeit wurde die Verwendung von NanoKaolin als effizientem Beschleuniger für die Frühfestigkeit von Zement untersucht. Eine ausführliche mechanistische Studie ergab, daß der Effekt der erhöhten Festigkeit auf eine früher einsetzende Bildung von C-S-H-Phasen zurückzuführen ist. Es wurde außerdem versucht, eine Korrelation zwischen der Festigkeitserhöhung und der Partikelgröße des Nano Kaolins zu finden.      «

Diese Arbeit umfasst einen breiten Bereich an Forschungsthemen, nämlich (1) die Wechselwirkung von Polycarboxylat-Kammpolymeren mit verschiedenen Tonmineralien; (2) eine neue vereinfachte Synthesemethode für PCE-Polymere mit Hilfe von Macroradikalen; (3) eine mechanistische Untersuchung der Unverträglichkeit zwischen Zement und PCE-Fließmitteln; (4) die Keimbildung und Kristallisation von Ettringit in Schwerelosigkeit; und (5) die Verwendung von NanoKaolin zur Ver-besserung der Frühfestigkei...     »