Hấp phụ-phân tán của chất siêu dẻo polycarboxylic

Tính không ổn định của hệ thống xi măng dán phát sinh từ diện tích bề mặt lớn và năng lượng bề mặt của chúng, dẫn đến xu hướng giảm các bề mặt phân cách và sự kết tụ hạt một cách tự phát. Mặt khác, kích thước nhỏ của các hạt pha phân tán khiến chúng dễ bị chuyển động Brown, có thể cản trở quá trình lắng, nhưng một khi xảy ra va chạm, chúng sẽ đẩy nhanh quá trình kết tụ. Bề mặt của các hạt xi măng có tính ưa nước được phủ một lớp hòa tan có tác dụng ngăn ngừa sự kết tụ của các hạt một cách hiệu quả. Ngoài ra, hầu hết các bề mặt hạt đều mang điện tích, tạo ra lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt, khiến chúng khó kết tụ lại với nhau. Khi một số lớp hòa tan trên bề mặt hạt biến mất, lực hấp dẫn phân tử giữa các hạt có thể dẫn đến sự hình thành các cấu trúc keo tụ, giữ lại một lượng nước trộn đáng kể bên trong.

Sau khi bổ sung chất siêu dẻo, hồ xi măng có cấu trúc phân tán đồng đều. Điều này xảy ra do các nhóm kỵ nước của chất siêu dẻo hấp phụ trực tiếp lên bề mặt của các hạt xi măng, trong đó các nhóm ưa nước hướng vào dung dịch nước, tạo thành màng hấp phụ phân tử. Điều này làm giảm sức căng bề mặt LV của nước, sức căng bề mặt rắn-lỏng SL và góc tiếp xúc θ của nước trên các hạt xi măng, do đó tăng cường khả năng thấm ướt của nó và giảm năng lượng bề mặt của hệ thống. Nó cũng làm tăng tốc độ nước xâm nhập vào các lỗ rỗng của các hạt xi măng, điều này có lợi cho sự hấp phụ của chất siêu dẻo ở các bề mặt rắn và tạo ra các hiệu ứng bổ sung hỗ trợ sự phân tán và phân hủy các chất kết tụ hạt.

2.2 Hiệu ứng làm ướt và bôi trơn

Khi trộn nước với xi măng, bề mặt hạt bị ướt và mức độ làm ướt ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của bê tông mới trộn. Khi quá trình khuếch tán xảy ra một cách tự nhiên, mức giảm năng lượng tự do bề mặt có thể được tính bằng phương trình Gibbs:

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

trong đó dGdGdG là sự thay đổi năng lượng tự do bề mặt, cw\gamma_{cw} cw​ là sức căng bề mặt tại bề mặt tiếp xúc xi măng-nước và dSdSdS là sự thay đổi trong khu vực bị ướt. Việc tích hợp điều này mang lại:

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 để trải đều trên bề mặt hạt xi măng. Nói chung, nước có sức căng bề mặt cao nhất trong số các chất lỏng thông thường, ngăn không cho nó lan rộng trên các bề mặt năng lượng thấp. Việc bổ sung chất siêu dẻo làm giảm đáng kể sức căng bề mặt của nước đồng thời làm giảm sức căng bề mặt rắn-lỏng, cho phép sự lan rộng tự phát trên các bề mặt năng lượng thấp.

Chất siêu dẻo thường là chất hoạt động bề mặt anion. Khi dung dịch nước của chúng tiếp xúc với bề mặt của các hạt xi măng, các nhóm ưa nước của chất siêu dẻo sẽ hấp phụ lên bề mặt các hạt xi măng do tương tác tĩnh điện, trong khi các nhóm kỵ nước hướng về pha nước. Khi nồng độ chất siêu dẻo tăng lên, lượng hấp phụ tăng lên, điện tích bề mặt bị trung hòa, sự sắp xếp các vùng kỵ nước trở nên chặt chẽ hơn và tính kỵ nước bề mặt tăng lên, dẫn đến góc tiếp xúc cao hơn.

Các nhóm ưa nước hấp phụ trên bề mặt hạt xi măng dễ dàng hình thành liên kết hydro với các phân tử nước. Sau khi đủ chất siêu dẻo được hấp phụ vào các hạt xi măng, sự tương tác giữa các nhóm ưa nước và liên kết hydro trong các phân tử nước, kết hợp với liên kết hydro giữa các phân tử nước, tạo thành màng nước hòa tan ổn định giữa các hạt xi măng. Lớp màng này ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp giữa các hạt xi măng và cung cấp dầu bôi trơn giữa chúng. Ngoài ra, khi thêm chất siêu dẻo, một số bong bóng nhỏ cũng có thể xâm nhập vào hệ thống dán, được bao quanh bởi màng phân tử được chất siêu dẻo hấp phụ. Những bong bóng này mang điện tích giống như màng hấp phụ trên các hạt xi măng, lực đẩy tĩnh điện giữa bong bóng và hạt xi măng giúp tăng cường sự phân tán của các hạt xi măng, tăng khả năng trượt của chúng.