DE102010047923B4 - Use of an agent to reduce dark discoloration on exposed concrete surfaces - Google Patents

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Abstract

Verwendung eines Mittels, das Alkalimetall-Kationen und anorganische und/oder organische Anionen enthält, als Verfärbungsminderungsmittel zum Vermindern des Auftretens fleckiger Dunkelverfärbungen an Sichtbetonoberflächen, das dem Sichtbeton vor dessen Aushärten zumindest in seinem nach dem Aushärten die Sichtbetonoberfläche bildenden Bereich zugesetzt wird.Use of an agent which contains alkali metal cations and inorganic and / or organic anions as a discoloration-reducing agent to reduce the occurrence of stained dark discoloration on exposed concrete surfaces, which is added to the exposed concrete before it has hardened, at least in its area forming the exposed concrete surface after hardening.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Mittels, das Alkalimetall-Kationen und anorganische und/oder organische Anionen enthält, als Verfärbungsminderungsmittel zum Vermindern des Auftretens fleckiger Dunkelverfärbungen an Sichtbetonoberflächen.The invention relates to the use of an agent containing alkali metal cations and inorganic and / or organic anions as a stain reducing agent for reducing the occurrence of spotty dark discoloration on exposed concrete surfaces.

Im Folgenden wird unter Sichtbeton Beton verstanden, dessen Oberfläche (Sichtbetonoberfläche) nach Abnahme einer Schalung sichtbar bleibt. Sichtbetonoberflächen bestimmen die architektonische Wirkung eines Bauwerkes und können durch den Einsatz besonderer Schalungen, eine gezielte Betonzusammensetzung oder durch nachträgliche mechanische Bearbeitung vielfältig gestaltet werden. Als Schalungen kommen glatte oder strukturierte Schalungen zum Einsatz, die saugende oder nichtsaugende Eigenschaften aufweisen. Als Schalungsmaterialien können beispielsweise Stahl, Kunststoff sowie unbehandelte, imprägnierte oder kunstharzbeschichtete Holzwerkstoffe verwendet werden. Um lunkerfreie, in ihrer Farbwirkung gleichmäßige Betonoberflächen ohne Wasserläufer, Entmischungserscheinungen oder andere optische Mängel zu erhalten, muss der Beton entsprechend dem Merkblatt Sichtbeton, Fassung August 2004, Eigenverlag Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein e. V. und Bundesverband der Deutschen Zementindustrie e. V. so zusammengesetzt sein, dass die Konsistenz und das Größtkorn dem Einbauverfahren und der Bauteilgeometrie angepasst sind. In der Praxis haben sich folgende Maßnahmen bewährt:

  • – Erhöhter Mehlkorngehalt zur Minderung der Sedimentationsneigung und Wasserabsonderengen,
  • – Erhöhter Leim- bzw. Mörtelgehalt
  • – Begrenzung des w/z-Wertes auf maximal 0,55,
  • – Konsistenzen im Bereich F3 (entsprechend DIN EN 206) und
  • – Einsatz robuster Betone.
In the following, concrete is understood to mean concrete whose surface (exposed concrete surface) remains visible after removal of a formwork. Exposed concrete surfaces determine the architectural effect of a building and can be varied by the use of special formwork, a specific concrete composition or by subsequent mechanical processing. As formwork smooth or structured formwork are used, which have absorbent or non-absorbent properties. As shuttering materials, for example, steel, plastic and untreated, impregnated or resin-coated wood materials can be used. In order to obtain void-free, uniform in their color effect concrete surfaces without runners, segregation phenomena or other optical defects, the concrete according to the leaflet exposed concrete, version August 2004, self-publisher Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein e. V. and Federation of the German Cement Industry e. V. be so composed that the consistency and the largest grain are adapted to the installation method and the component geometry. In practice, the following measures have proven successful:
  • - Increased flour grain content to reduce the sedimentation tendency and Wasserabsonderengen,
  • - Increased glue or mortar content
  • Limiting the w / c value to a maximum of 0.55,
  • Consistencies in the area of F3 (according to DIN EN 206) and
  • - Use of robust concretes.

In der Praxis werden unterschiedlichste Betonzusatzmittel zur Beeinflussung von Eigenschaften des Betons verwendet. Der Volumenanteil der Betonzusatzmittel ist im Allgemeinen klein. Als Beispiele von Betonzusatzmitteln seien genannt Betonverflüssiger (BV) sowie Fließmittel (FM), Luftporenbildner (LP), Dichtungsmittel (DM), Verzögerer (VZ) zur Verzögerung des Erstarrens, Beschleuniger (BE) zur Beschleunigung des Erstarrens und/oder des Härtens, Einpresshilfen (EH), Stabilisierer (ST), Recyclinghilfen für Waschwasser (RH), Recyclinghilfen für Restbeton (RB), Chromatreduzierer (CR), Schaumbildner (SB), Sedimentationsreduzierer (SR) und Schwindreduzierer.In practice, a wide variety of concrete admixtures are used to influence properties of the concrete. The volume fraction of concrete admixtures is generally small. Examples of concrete admixtures include concrete condenser (BV) and superplasticizer (FM), air entraining agent (LP), sealant (DM), retarder (VZ) for retarding the setting, accelerator (BE) for accelerating solidification and / or hardening, press-fit (EH), stabilizer (ST), recycling aids for washing water (RH), recycling aids for residual concrete (RB), chromate reducer (CR), foaming agent (SB), sedimentation reducer (SR) and shrinkage reducer.

Auf die Innenseite einer Schalung können vor dem Einbringen des zunächst fließfähigen Betons Trennmittel aufgebracht werden, die den Verbund zwischen dem erhärtenden Beton und der Schalungsoberfläche verringern, um Abrisse an der Betonoberfläche bei Abnahme der Schalung zu verhindern. Die Wirkungsweise der Trennmittel kann chemisch und/oder physikalisch sein.On the inside of a formwork, before the introduction of the initially flowable concrete, release agents can be applied which reduce the bond between the hardening concrete and the formwork surface in order to prevent breaks on the concrete surface when the formwork is removed. The mode of action of the release agent can be chemical and / or physical.

Zur Herstellung von Beton werden unterschiedliche Zemente verwendet, die den Anforderungen nach DIN EN 197 für Normalzement entsprechen und darüber hinaus zusätzliche Eigenschaften entsprechend DIN 1164 (Stand 2001) aufweisen. Unter anderem wird zwischen folgenden Zementen unterschieden:

  • – Normalzement mit hohem Sulfatwiderstand (HS),
  • – Zement mit niedrigem wirksamen Alkaligehalt (NA),
  • – Zement mit verkürztem Erstarren (FE/SE),
  • – Zement mit erhöhtem Anteil an organischen Bestandteilen (HO),
For the production of concrete different cements are used, which meet the requirements of DIN EN 197 for normal cement and also have additional properties according to DIN 1164 (as of 2001). Among other things, a distinction is made between the following cements:
  • - normal cement with high sulphate resistance (HS),
  • - Cement with low effective alkali content (NA),
  • - cement with shortened solidification (FE / SE),
  • - Cement with increased organic content (HO),

Weiter gibt es Sonderzemente mit sehr niedriger Hydratationswärme (NW) nach DIN EN 14216, C3A-freie Zemente nach DIN EN ISO 10426-1 oder nicht normativ geregelte Sonderzemente, wie z. B. Weißzement.There are also special cements with very low heat of hydration (NW) according to DIN EN 14216, C 3 A-free cements according to DIN EN ISO 10426-1 or non-normatively regulated special cements, such. B. white cement.

Ein Problem von Sichtbetonoberflächen liegt darin, dass trotz hohem planerischen und ausführungstechnischen Aufwand Dunkelverfärbungen auftreten, die das optische Erscheinungsbild der Sichtbetonfläche maßgeblich beeinträchtigen. Derartige Dunkelverfärbungen werden gemäß dem Anhang E des vorstehend genannten Merkblatts Sichtbeton von Blau- und Grünverfärbungen einerseits und Gelb- und Braunverfärbungen andererseits abgegrenzt.A problem of exposed concrete surfaces is that despite high planning and execution overhead dark discoloration occur that significantly affect the visual appearance of the exposed concrete surface. Such dark discolorations are delimited according to Annex E of the above-mentioned leaflet exposed concrete of blue and green discoloration on the one hand and yellow and brown discoloration on the other hand.

Die beigefügte einzige Figur verdeutlicht das Problem anhand von 6 Ansichten, wobei jeweils ein einwandfreier, unverfärbter heller Bereich (linke Spalte der Ansichten) mit einem dunkel verfärbten Bereich verglichen ist. Die oberste Zeile vergleicht fotografische Ansichten der Oberfläche. Die mittlere Zeile vergleicht rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen der Oberflächen und die unterste Zeile vergleicht rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen des Gefüges (Schnitt durch die Sichtbetonoberfläche).The attached single figure illustrates the problem by means of 6 views, wherein each a perfect, uncolored light area (left column of the views) is compared with a dark discolored area. The top line compares photographic views of the surface. The middle line compares scanning electron micrographs of the surfaces and the bottom line compares SEM images of the microstructure (section through the exposed concrete surface).

Das Phänomen der fleckigen Dunkelverfärbungen besteht in einer Ansammlung lokal begrenzter, dunkler Verfärbungen mit einer Größenordnung von wenigen mm2 auf großen Flächenanteilen auf einer ursprünglich gleichmäßig hellen Sichtbetonoberfläche. Die dunkel verfärbten Bereiche sind durch eine Verdichtung des oberflächennahen Gefüges gekennzeichnet, in der die Porigkeit der Zementsteinmatrix deutlich geringer ist. Die rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen zeigen außerdem, dass die Oberfläche der dunkel verfärbten Bereiche eine im Vergleich zu den unverfärbten Bereichen ebenere Struktur aufweist, wobei die Poren in den rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen dunkel erscheinen.The phenomenon of spotty dark discoloration is an accumulation of localized, dark discoloration of the order of a few mm 2 over large areas on an originally uniformly bright exposed concrete surface. The dark discolored areas are characterized by a densification of the near-surface microstructure, in which the porosity of the cement paste matrix is significantly lower. The scanning electron micrographs also show that the surface of the dark discolored areas a Compared to the uncolored areas has a more planar structure, the pores appear dark in the scanning electron micrographs.

Dunkelverfärbungen werden insbesondere unter winterlichen Bedingungen beobachtet. Möglicherweise kommt es aufgrund der unter winterlichen Bedingungen vorhandenen niedrigeren Temperaturen und hohen Luftfeuchtigkeiten, der geringeren Verdunstungsraten, der geringeren Frischbetontemperaturen (Temperaturen des fließfähigen Betons), veränderter Hydratationskinetik sowie verzögerter Gefügeausbildung und veränderter Transportmechanismen zu einer Erhöhung des Calciumgehaltes in der Porenlösung und zu einer Verlagerung der Verdunstungsfront an die Betonoberfläche. Die Folge ist eine Anreicherung calciumhaltiger Mineralphasen im oberflächennahen Bereich, die zu der Verdichtung des Gefüges und den daraus resultierenden Dunkelverfärbungen führen.Dark discoloration is observed especially under winter conditions. Due to the lower temperatures and high humidities present under wintry conditions, the lower evaporation rates, the lower fresh concrete temperatures (flowable concrete temperatures), modified hydration kinetics, delayed microstructure and altered transport mechanisms, it is possible that the calcium content in the pore solution will increase Evaporation front to the concrete surface. The result is an accumulation of calcium-containing mineral phases in the near-surface area, which leads to the densification of the microstructure and the resulting dark discoloration.

Für eine Verminderung der Dunkelverfärbungen an Sichtbetonoberflächen wird bisher versucht, die Verdunstungsrate an der Betonoberfläche und/oder den Hydratationsgrad des Betons zum Ausschalzeitpunkt zu erhöhen. Dies ist nur durch finanziell aufwändige Nachbehandlungsmaßnahmen, wie vorgehängte Folien mit zirkulierender Warmluft, Erwärmung des Betons während der Schalphase oder Verlängerung der Schalfristen möglich.To reduce the dark discoloration on exposed concrete surfaces, attempts have been made to increase the rate of evaporation of the concrete surface and / or the degree of hydration of the concrete at the time of stripping. This is only possible through financially complex post-treatment measures, such as pre-hung foils with circulating warm air, heating of the concrete during the formwork phase or extension of the periods of setting.

Aus der DE 100 64311 A1 ist ein Verfahren zur Unterdrückung von weißen bis leicht gelblichen Ausblühungen an Melamin-Harz-modifizierten zementären Baustoffmassen bekannt, bei dem der nicht ausgehärteten Baustoffmasse alkylierte Benzol- und/oder Naphtalinsulfonsäuren und/oder deren Salze in Mengen von 0,0005 bis 5 Gew.%, bezogen auf den Zementanteil, zugesetzt werden.From the DE 100 64311 A1 discloses a process for the suppression of white to slightly yellowish efflorescence on melamine-resin-modified cementitious building materials, in which the uncured building material comprises alkylated benzene and / or naphthalene sulfonic acids and / or salts thereof in amounts of from 0.0005 to 5% by weight. , based on the cement content, are added.

Die DE 10 2005 050 026 A1 beschreibt einen weißen Zement, der Hochofenschlacke, einen Anreger und wenigstens einen mineralischen Aufheller mit hohem Weißgrad aus der Gruppe Kalziumkarbonat, Siliziumdioxid, Titandioxid und/oder Kalziumsulfat enthält. Als sulfatischer Anreger zur Einstellung der Abbindeeigenschaften kann zusätzlich Kaliumsulfat vorhanden sein.The DE 10 2005 050 026 A1 describes a white cement containing blast furnace slag, an exciter and at least one high whiteness mineral brightener selected from the group consisting of calcium carbonate, silica, titania and / or calcium sulfate. In addition, potassium sulfate may be present as a sulfatic exciter for adjusting the setting properties.

Die DE 39 30 458 C2 offenbart einen Werktrockenmörtel auf der Basis von mineralischen Bindemitteln und Kalkhydrat, mineralischen Sandzuschlägen, einem Leichtzuschlag, Zusatzstoffen sowie Zusatzmitteln zur Verbesserung der Materialeigenschaften.The DE 39 30 458 C2 discloses a dry mortar on the basis of mineral binders and hydrated lime, mineral sand aggregates, a lightweight aggregate, additives and additives to improve the material properties.

EP 1 547 987 A2 beschreibt einen Zement, der ein Hydrophobierungsmittel enthält, wobei das Hydrophobierungsmittel eine Kombination aus einem Alkali- oder Erdalkali- oder Aluminiumsalz einer Fettsäure und einem Alkalisalz einer ungesättigten Fettsäure ist und nach dem Vermahlen des hydraulischen Bindemittels trocken zugesetzt ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Zements. EP 1 547 987 A2 describes a cement containing a hydrophobing agent, wherein the hydrophobing agent is a combination of an alkali or alkaline earth or aluminum salt of a fatty acid and an alkali salt of an unsaturated fatty acid and is added dry after grinding the hydraulic binder, and a method for producing the cement ,

DE 200 23 232 U1 betrifft eine mineralische Baustoffzusammensetzung, enthaltend als Additiv eine Mischung, umfassend (a) mindestens ein Alkylnaphthalinsulfonat, (b) mindestens ein Alkylbenzolsulfonat und (c) mindestens ein Alkalisulfat. DE 200 23 232 U1 relates to a mineral building material composition containing as additive a mixture comprising (a) at least one alkylnaphthalenesulfonate, (b) at least one alkylbenzenesulfonate and (c) at least one alkali sulfate.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine einfach durchführbare und kostengünstige Möglichkeit zu schaffen, mit der das Auftreten von fleckigen Dunkelverfärbungen an Sichtbetonoberflächen zuverlässig vermindert oder ganz verhindert werden kann.The invention is based on the object to provide an easy to implement and cost-effective way, with the occurrence of spotty dark discoloration of exposed concrete surfaces can be reliably reduced or completely prevented.

Die Lösung dieser Aufgabe wird mit der Verwendung gemäß dem Anspruch 1 erzielt.The solution to this problem is achieved with the use according to claim 1.

Gemäß dem Anspruch 2 werden als Anionen des Verfärbungsminderungsmittels vorteilhafterweise Hydroxyl-, Sulfat- oder Carbonationen eingesetzt.According to claim 2, hydroxyl, sulfate or carbonate ions are advantageously used as anions of the discoloration-reducing agent.

Gemäß dem Anspruch 3 wird als Verfärbungsminderungsmittel vorteilhafterweise Na2SO4 und/oder K2SO4 eingesetzt.According to claim 3 is used as a discoloration reducing agent advantageously Na 2 SO 4 and / or K 2 SO 4 .

Der Anspruch 4 ist auf vorteilhafte Alkaligehalte des Anmachwassers gerichtet, sofern das Verfärbungsminderungsmittel dem Anmachwasser zugesetzt wird.The claim 4 is directed to advantageous alkali contents of the mixing water, provided that the discoloration reducing agent is added to the mixing water.

Der Anspruch 5 kennzeichnet vorteilhafte Alkaligehalte, wenn das Verfärbungsminderungsmittel unmittelbar auf eine Oberfläche einer Schalung aufgebracht wird.The claim 5 indicates advantageous alkali contents when the discoloration reducing agent is applied directly to a surface of a formwork.

Gemäß dem Anspruch 6 ist es vorteilhaft, das Verfärbungsminderungsmittel zusammen mit einem Trennmittel auf die Schalung aufzutragen.According to claim 6, it is advantageous to apply the discoloration reducing agent together with a release agent on the formwork.

Gemäß dem Anspruch 7 wird dem Beton und/oder dem Zement vorteilhafterweise ein Erstarrungsregler zugemischt.According to claim 7 the concrete and / or the cement advantageously a congealing regulator is added.

Dem Auftreten fleckiger Dunkelverfärbungen kann durch die folgende Maßnahme entgegengewirkt werden.The occurrence of spotty dark discoloration can be counteracted by the following measure.

Dem fließfähigen Sichtbeton wird zumindest in dem Bereich, der nach dem Aushärten die Sichtbetonoberfläche bildet, ein Verfärbungsminderungsmittel zugesetzt. Dies kann geschehen, indem das Verfärbungsminderungsmittel der fließfähigen Betonmischung insgesamt zugemischt wird oder nur dem Oberflächenbereich, der die spätere Sichtfläche bildet. Alternativ ist es auch möglich, die Schalungsoberfläche, die die Gestalt der späteren Sichtbetonoberfläche bestimmt, vor dem Einbau des Frischbetons mit dem Verfärbungsminderungsmittel zu beschichten, wobei das Verfärbungsminderungsmittel separat aufgebracht werden kann oder einem Trennmittel zugesetzt wird. Die Wirkung des Verfärbungsminderungsmittels beruht möglicherweise auf der Reduzierung des Calciumgehaltes der Porenlösung, ohne dabei die Hydratationsreaktion sowie die Verarbeitbarkeits- und Dauerhaftigkeitseigenschaften nachteilig zu beeinflussen.The flowable exposed concrete is at least in the area that forms the exposed concrete surface after curing, added a discoloration reducing agent. This can be done by blending the stain reducing agent with the flowable concrete mix as a whole, or only with the surface area that forms the later visible surface. Alternatively, it is also possible to coat the formwork surface, which determines the shape of the later exposed concrete surface, before incorporation of the fresh concrete with the stain reducing agent, wherein the stain reducing agent can be applied separately or added to a release agent. The effect of the discoloration reducer may be due to the reduction of the calcium content of the pore solution without adversely affecting the hydration reaction as well as the processability and durability properties.

Als fließfähige Betonmischung kann jedwelche für Sichtbeton übliche Betonmischung verwendet werden, wobei die Gesteinskörnung beispielsweise Sand, Kies oder Splitt geeigneter Körnung sein kann, üblicher Zement verwendet wird und die eingangs geschilderten Betonzusatzmittel vorhanden sein können.The flowable concrete mixture can be any concrete mixture used for exposed concrete, where the aggregate may be, for example, sand, gravel or grit of suitable grain size, conventional cement is used and the concrete admixtures described above may be present.

Das Verfärbungsminderungsmittel enthält als Wirkstoffe Alkalimetall-Kationen in Verbindung mit anorganischen und/oder organischen Anionen, wie z. B. Hydroxyl-, Sulfat-, oder Carbonationen. Das Verfärbungsminderungsmittel kann beispielsweise Na2SO4 und/oder K2SO4 enthalten.The discoloration reducing agent contains as active ingredients alkali metal cations in conjunction with inorganic and / or organic anions, such as. B. hydroxyl, sulfate, or carbonate ions. The stain reducing agent may contain, for example, Na 2 SO 4 and / or K 2 SO 4 .

Durch Zugabe des Verfärbungsminderungsmittels als Betonzusatzmittel zu einer üblichen fließfähigen Betonmischung für Sichtbeton oder als Applikation auf die Schalung ist es möglich, Sichtbetonoberflächen herzustellen, die ohne fleckige Dunkelverfärbungen bleiben. Die Erfindung ist vielfältig anwendbar, beispielsweise für Ortbeton, Transportbeton, Betonfertigteile, Betonwaren usw.By adding the stain reducing agent as a concrete admixture to a common flowable concrete mix for exposed concrete or as an application to the formwork, it is possible to produce exposed concrete surfaces that remain without stained dark discolorations. The invention has many uses, for example for in-situ concrete, ready-mixed concrete, precast concrete, concrete products, etc.

Claims (7)

Verwendung eines Mittels, das Alkalimetall-Kationen und anorganische und/oder organische Anionen enthält, als Verfärbungsminderungsmittel zum Vermindern des Auftretens fleckiger Dunkelverfärbungen an Sichtbetonoberflächen, das dem Sichtbeton vor dessen Aushärten zumindest in seinem nach dem Aushärten die Sichtbetonoberfläche bildenden Bereich zugesetzt wird.Use of an agent containing alkali metal cations and inorganic and / or organic anions as a stain reducing agent to reduce the occurrence of spotty dark discoloration on exposed concrete surfaces added to the exposed concrete prior to its curing at least in its post cure curing surface forming area. Verwendung nach Anspruch 1, wobei als Anionen Hydroxyl-, Sulfat- oder Carbonationen eingesetzt werden.Use according to claim 1, wherein as anions hydroxyl, sulfate or carbonate ions are used. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, wobei als Verfärbungsminderungsmittel Na2SO4 und/oder K2SO4 eingesetzt werden.Use according to claim 1 or 2, wherein Na 2 SO 4 and / or K 2 SO 4 are used as a discoloration-reducing agent. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verfärbungsminderungsmittel zumindest dem die spätere Sichtbetonoberfläche bildenden Bereich des Sichtbetons in einer Menge zwischen 50 und 500 mmol Alkalien je Liter Anmachwasser, bevorzugt zwischen 50 und 250 mmol Alkalien je Liter Anmachwasser zugemischt wird.Use according to any one of claims 1 to 3, wherein the discoloration-reducing agent is added at least to the later exposed concrete surface forming portion of the exposed concrete in an amount between 50 and 500 mmol alkalies per liter of mixing water, preferably between 50 and 250 mmol alkalies per liter of mixing water. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verfärbungsminderungsmittel vor dem Einbau des Sichtbetons auf eine Oberfläche einer Schalung, die die Gegenfläche der Sichtbetonoberfläche bildet, in einer Menge zwischen 20 und 200 mmol Alkalien je m2 Schalfläche, bevorzugt zwischen 20 und 75 mmol Alkalien je m2 Schalfläche aufgetragen wird.Use according to any one of claims 1 to 3, wherein prior to incorporating the exposed concrete onto a surface of a formwork forming the counterface of the exposed concrete surface, the stain reducing agent is present in an amount of between 20 and 200 mmol alkalis per m 2 blank, preferably between 20 and 75 mmol Alkalis per m 2 scarf surface is applied. Verwendung nach Anspruch 5, wobei das Verfärbungsminderungsmittel zusammen mit einem Trennmittel auf die Schalung aufgetragen wird.Use according to claim 5, wherein the stain reducing agent is applied to the formwork together with a release agent. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei dem Sichtbeton und/oder dem Zement ein Erstarrungsregler zugemischt wird.Use according to one of claims 1 to 6, wherein the setting concrete and / or the cement, a solidification regulator is added.
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