Polikarboksilo superplastifikatoriaus adsorbcija-dispersija

Cemento pastos sistemų nestabilumas kyla dėl didelių jų sąsajų plotų ir tarpfazių energijos, dėl ko spontaniškai mažėja sąsajos ir dalelių aglomeracija. Kita vertus, dėl nedidelio išsklaidytų fazių dalelių dydžio jos yra jautrios Brauno judėjimui, kuris gali trukdyti nusėdimui, tačiau įvykus susidūrimams, jos pagreitina agregaciją. Cemento dalelių paviršiai, kurie yra hidrofiliniai, yra padengti solvatuotu sluoksniu, kuris efektyviai apsaugo nuo dalelių agregacijos. Be to, dauguma dalelių paviršių turi elektros krūvį, sukuriantį elektrostatinį atstūmimą tarp dalelių, todėl joms sunku sulipti. Kai dalelių paviršiuje išnyksta kai kurie solvatuoti sluoksniai, molekulinės patrauklios jėgos tarp dalelių gali sukelti flokuliuojančių struktūrų susidarymą, sulaikančios didelį kiekį besimaišančio vandens.

Pridėjus superplastifikatoriaus, cemento pasta įgauna tolygiai išsklaidytą struktūrą. Taip atsitinka todėl, kad superplastifikatoriaus hidrofobinės grupės adsorbuojasi kryptingai ant cemento dalelių paviršių, o hidrofilinės grupės yra nukreiptos į vandeninį tirpalą, sudarydamos molekulinę adsorbcijos membraną. Tai sumažina vandens paviršiaus įtempimą LV, kieto ir skysčio sąsajos įtempimą SL ir vandens kontaktinį kampą θ ant cemento dalelių, taip padidindamas jo drėkinamumą ir sumažindamas sistemos sąsajos energiją. Tai taip pat padidina greitį, kuriuo vanduo prasiskverbia į cemento dalelių poras, o tai yra naudinga superplastifikatoriaus adsorbcijai kietose sąsajose ir sukuria papildomus efektus, padedančius dalelių aglomeratams sklaidytis ir skaidytis.

2.2 Drėkinimo ir tepimo poveikis

Kai vanduo maišomas su cementu, dalelių paviršiai sušlapinami, o drėkinimo laipsnis labai paveikia ką tik sumaišyto betono eksploatacines savybes. Kai difuzija vyksta natūraliai, paviršiaus laisvosios energijos sumažėjimą galima apskaičiuoti naudojant Gibbso lygtį:

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

kur dGdGdG yra laisvosios paviršiaus energijos pokytis, cw\gamma_{cw} cw​ yra cemento ir vandens sąsajos paviršiaus įtempimas, o dSdSdS yra drėkinamos srities pokytis. Tai integruojant gaunama:

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, kad pasiskirstytų cemento dalelių paviršiuje. Paprastai vandens paviršiaus įtempis yra didžiausias tarp įprastų skysčių, todėl jis negali plisti ant mažai energijos naudojančių paviršių. Superplastifikatoriaus pridėjimas žymiai sumažina vandens paviršiaus įtempimą, taip pat sumažina kieto ir skysčio sąsajos įtampą, leidžiančią savaime pasklisti ant mažai energijos naudojančių paviršių.

Superplastifikatoriai paprastai yra anijoninės aktyviosios paviršiaus medžiagos. Kai jų vandeninis tirpalas liečiasi su cemento dalelių paviršiumi, superplastifikatoriaus hidrofilinės grupės dėl elektrostatinės sąveikos adsorbuojasi ant cemento dalelių paviršių, o hidrofobinės grupės orientuojasi į vandeninę fazę. Didėjant superplastifikatoriaus koncentracijai, didėja adsorbuotas kiekis, neutralizuojami paviršiaus krūviai, kompaktiškėja hidrofobinių zonų išsidėstymas, didėja paviršiaus hidrofobiškumas, o tai lemia didesnį kontaktinį kampą.

Ant cemento dalelių paviršių adsorbuotos hidrofilinės grupės lengvai sudaro vandenilinius ryšius su vandens molekulėmis. Kai ant cemento dalelių yra adsorbuojamas pakankamai superplastifikatoriaus, sąveika tarp hidrofilinių grupių ir vandenilio jungčių vandens molekulėse kartu su vandenilio jungtimi tarp vandens molekulių sudaro stabilią solvatuotą vandens plėvelę tarp cemento dalelių. Ši plėvelė apsaugo nuo tiesioginio cemento dalelių kontakto ir užtikrina jų sutepimą. Be to, įdėjus superplastifikatoriaus, į pastos sistemą taip pat gali patekti nedideli burbuliukai, apsupti superplastifikatoriaus adsorbuotos molekulinės plėvelės. Šie burbuliukai turi tokį patį elektros krūvį kaip ir adsorbcinė plėvelė ant cemento dalelių, o elektrostatinis atstūmimas tarp burbuliukų ir cemento dalelių sustiprina cemento dalelių sklaidą, padidindamas jų slydimą.