Cơ chế hoạt động của các phân tử Polycarboxylate

1. Hành động phân tán

Khi trộn xi măng với nước, các hạt sẽ hút nhau, tạo thành cấu trúc kết bông có thể bao bọc 10%-30% nước giữa các hạt xi măng. Nước bị mắc kẹt này không thể di chuyển tự do hoặc cung cấp dầu bôi trơn, ảnh hưởng xấu đến tính lưu động của hồ xi măng. Các phân tử polycarboxylate hấp phụ trên bề mặt của các hạt xi măng, truyền điện tích âm tạo ra lực đẩy tĩnh điện. Hành động này thúc đẩy sự phân tán của các hạt xi măng, phá vỡ cấu trúc keo tụ và giải phóng nước bị mắc kẹt để tham gia vào dòng chảy. Điều này giải thích tác dụng khử nước của chất siêu dẻo polycarboxylate; chúng tăng cường việc sử dụng nước mà không tăng hoặc giảm tùy ý tổng hàm lượng nước. Ngoài ra, sự hình thành phức chất giữa các ion COO2⁻ và Ca2⁺ làm giảm nồng độ ion canxi trong hồ xi măng, làm chậm quá trình kết tinh của Ca(OH)₂ và giảm sự hình thành gel CSH, do đó làm chậm quá trình hydrat hóa của xi măng. Do đó, các phân tử polycarboxylate cũng thể hiện tác dụng làm chậm ở mức độ nhất định. Điều thú vị là, việc phát triển các dung dịch polycarboxylate cường độ sớm có thể gặp khó khăn do đặc tính làm chậm vốn có của chúng. Hầu hết các chất phụ gia cường độ sớm hiện có trên thị trường đều dựa vào việc kết hợp với các tác nhân như natri nitrit và trietanolamine để đạt được hiệu quả này.

2. Hành động bôi trơn

Chuỗi bên của chất siêu dẻo polycarboxylate chứa nhóm hydroxyl và ether (-COCC) có tính ưa nước. Các nhóm này hình thành liên kết hydro với các phân tử nước, tạo nên màng nước trên bề mặt các hạt xi măng. Màng nước này có đặc tính bôi trơn tuyệt vời, làm giảm hiệu quả lực cản giữa các hạt xi măng và tăng khả năng chảy của bê tông.

3. Hiệu ứng cản trở không gian

Cấu trúc phân nhánh của chất siêu dẻo polycarboxylate có cấu hình không gian ở cấp độ vi mô. Tương tự như nhân vật “bé mũm mĩm” trong phim hoạt hình, mái tóc xoăn ngăn không cho tiếp xúc với các hạt xi măng “búp bê to” phía sau, các hạt xi măng càng gần nhau thì hiệu ứng cản trở không gian càng lớn.

Hiệu ứng này làm tăng khả năng duy trì độ sụt của bê tông. Kích thước hạt của xi măng nằm trong phạm vi micromet, trong khi các phân tử polycarboxylate nằm trong phạm vi nanomet, nhỏ hơn khoảng ba bậc độ lớn. Một hạt xi măng có thể hấp phụ nhiều phân tử polycarboxylate. Sơ đồ biểu diễn của phân tử polycarboxylate giống như một chiếc lược. Ban đầu, nhân vật "nhỏ mũm mĩm" rơi vào một tình huống bi thảm, không thể thoát khỏi "người mập mạp" cơ bắp cuồn cuộn, người cuối cùng đã hét lên và đánh bại anh ta. Trong khi các phân tử polycarboxylate làm chậm quá trình hydrat hóa bằng cách hấp phụ lên các hạt xi măng, cuối cùng chúng sẽ bị bao bọc bởi các sản phẩm hydrat hóa, làm mất đi tính hiệu quả của chúng. Nhìn chung, hoạt động hấp phụ của các phân tử polycarboxylate không làm thay đổi tính chất của xi măng; nó chỉ thay đổi đặc tính dòng chảy của bê tông mà không ảnh hưởng đến cường độ sau này của nó.