Adsorpsjon-dispersjon av polykarboksylisk supermykner

Ustabiliteten til sementpastasystemer oppstår fra deres store grenseflateområder og grenseflateenergier, noe som fører til en tendens til spontan reduksjon av grensesnitt og partikkelagglomerering. På den annen side gjør den lille størrelsen til dispergerte fasepartikler dem mottakelige for Brownsk bevegelse, noe som kan hindre sedimentering, men når kollisjoner først oppstår, akselererer de aggregeringen. Overflatene til sementpartikler, som er hydrofile, er dekket med et solvatisert lag som effektivt forhindrer partikkelaggregering. I tillegg har de fleste partikkeloverflater en elektrisk ladning, noe som skaper elektrostatisk frastøtning mellom partikler, noe som gjør det vanskelig for dem å klumpe seg sammen. Når noen av de solvatiserte lagene på partikkeloverflatene forsvinner, kan molekylære tiltrekningskrefter mellom partiklene føre til dannelse av flokkulerte strukturer, som fanger en betydelig mengde blandevann inne.

Etter tilsetning av en superplastisator viser sementpastaen en jevnt fordelt struktur. Dette skjer fordi de hydrofobe gruppene i supermykneren adsorberer retningsmessig på overflatene av sementpartiklene, med de hydrofile gruppene vendt mot den vandige løsningen, og danner en molekylær adsorpsjonsmembran. Dette reduserer overflatespenningen LV til vann, faststoff-væske grenseflatespenningen SL og kontaktvinkelen θ for vann på sementpartikler, og forbedrer derved dets fuktbarhet og reduserer grenseflateenergien til systemet. Det øker også hastigheten med hvilken vann trenger inn i porene til sementpartiklene, noe som er fordelaktig for adsorpsjonen av supermykneren ved faste grensesnitt og genererer ytterligere effekter som hjelper til med spredning og nedbrytning av partikkelagglomerater.

2.2 Fukt- og smøreeffekter

Når vann blandes med sement, blir partikkeloverflatene fuktet, og fuktingsgraden påvirker ytelsen til nyblandet betong betydelig. Når diffusjon skjer naturlig, kan reduksjonen i overflatefri energi beregnes ved å bruke Gibbs-ligningen:

dG= cw dSdG=\gamma_{cw} \, dSdG= cw​dS

der dGdGdG er endringen i overflatefri energi, cw\gamma_{cw} cw​ er grensesnittspenningen ved sement-vann-grensesnittet, og dSdSdS er endringen i området som blir fuktet. Å integrere dette gir:

G= cw S+CG=\gamma_{cw} \, S + CG= cw​S+C

If the free energy of a certain moment in the system is constant, then γcw\gamma_{cw}γcw​ is inversely proportional to SSS. Therefore, the addition of a superplasticizer not only effectively disperses cement particles but also increases the hydration area of cement particles due to its wetting effect, influencing the hydration rate of cement. Water must satisfy the condition γsv−γsl−γlv>0\gamma_{sv} - \gamma_{sl} - \gamma_{lv} > 0γsv​−γsl​−γlv​>0 for å spre seg over overflaten av sementpartikler. Vann har vanligvis den høyeste overflatespenningen blant vanlige væsker, og hindrer det i å spre seg på lavenergioverflater. Tilsetningen av en superplastisator reduserer overflatespenningen til vann betydelig, samtidig som den senker grenseflatespenningen mellom fast og væske, noe som muliggjør spontan spredning på overflater med lav energi.

Supermyknere er typisk anioniske overflateaktive midler. Når den vandige løsningen deres kommer i kontakt med overflaten av sementpartikler, adsorberer de hydrofile gruppene til supermykneren på sementpartikkeloverflatene på grunn av elektrostatiske interaksjoner, mens de hydrofobe gruppene orienterer seg mot den vandige fasen. Når konsentrasjonen av superplastisatoren øker, øker mengden adsorbert, overflateladningene nøytraliseres, arrangementet av hydrofobe områder blir mer kompakt, og overflatehydrofobiteten øker, noe som fører til en høyere kontaktvinkel.

De hydrofile gruppene adsorbert på overflaten av sementpartikler danner lett hydrogenbindinger med vannmolekyler. Når tilstrekkelig superplastisator er adsorbert på sementpartiklene, danner interaksjonen mellom de hydrofile gruppene og hydrogenbindingene i vannmolekyler, kombinert med hydrogenbinding mellom vannmolekyler, en stabil solvatisert vannfilm mellom sementpartikler. Denne filmen hindrer direkte kontakt mellom sementpartiklene og gir smøring mellom dem. I tillegg, når supermykneren tilsettes, kan noen små bobler også komme inn i pastasystemet, omgitt av en molekylær film adsorbert av supermykneren. Disse boblene bærer den samme elektriske ladningen som adsorpsjonsfilmen på sementpartiklene, og den elektrostatiske frastøtningen mellom boblene og sementpartiklene øker spredningen av sementpartiklene, og øker deres glideevne.