การดูดซับและการกระจายตัวของสารลดน้ำพิเศษโพลีคาร์บอกซิลิก

ความไม่เสถียรของระบบซีเมนต์เพสต์เกิดขึ้นจากพื้นที่ผิวสัมผัสขนาดใหญ่และพลังงานระหว่างผิวสัมผัส ซึ่งนำไปสู่แนวโน้มที่จะลดส่วนต่อประสานและการรวมตัวของอนุภาคได้เอง ในทางกลับกัน อนุภาคเฟสที่กระจัดกระจายขนาดเล็กทำให้พวกมันไวต่อการเคลื่อนที่แบบบราวเนียน ซึ่งสามารถขัดขวางการตกตะกอน แต่เมื่อเกิดการชนกัน พวกมันจะเร่งการรวมตัว พื้นผิวของอนุภาคซีเมนต์ซึ่งเป็นสารที่ชอบน้ำนั้นถูกเคลือบด้วยชั้นโซลเวตที่ป้องกันการรวมตัวของอนุภาคได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ พื้นผิวอนุภาคส่วนใหญ่ยังมีประจุไฟฟ้า ทำให้เกิดแรงผลักกันทางไฟฟ้าสถิตระหว่างอนุภาค ทำให้ยากต่อการรวมตัวกันเป็นก้อน เมื่อชั้นโซลเวตบางส่วนบนพื้นผิวอนุภาคหายไป แรงดึงดูดของโมเลกุลระหว่างอนุภาคสามารถนำไปสู่การก่อตัวของโครงสร้างที่ตกตะกอน กักขังน้ำที่ผสมอยู่จำนวนมากไว้ภายใน

หลังจากเติมสารลดน้ำพิเศษแล้ว ซีเมนต์เพสต์จะมีโครงสร้างที่กระจายตัวสม่ำเสมอ สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากกลุ่มที่ไม่ชอบน้ำของสารลดน้ำพิเศษพิเศษดูดซับในทิศทางบนพื้นผิวของอนุภาคซีเมนต์ โดยกลุ่มที่ชอบน้ำหันหน้าเข้าหาสารละลายที่เป็นน้ำ ทำให้เกิดเมมเบรนดูดซับระดับโมเลกุล ซึ่งจะช่วยลดแรงตึงผิว LV ของน้ำ ความตึงผิวระหว่างของแข็งและของเหลว SL และมุมสัมผัส θ ของน้ำบนอนุภาคซีเมนต์ ดังนั้นจึงช่วยเพิ่มความสามารถในการเปียกน้ำและลดพลังงานระหว่างผิวของระบบ นอกจากนี้ยังเพิ่มอัตราการที่น้ำซึมเข้าไปในรูพรุนของอนุภาคซีเมนต์ ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการดูดซับของสารลดน้ำพิเศษที่ส่วนต่อประสานที่เป็นของแข็ง และสร้างผลกระทบเพิ่มเติมที่ช่วยในการกระจายและการสลายของอนุภาคที่เกาะกลุ่มกัน

2.2 ผลของการเปียกและการหล่อลื่น

เมื่อน้ำผสมกับซีเมนต์ พื้นผิวของอนุภาคจะเปียก และระดับของการทำให้เปียกจะส่งผลต่อประสิทธิภาพของคอนกรีตที่ผสมใหม่อย่างมีนัยสำคัญ เมื่อการแพร่กระจายเกิดขึ้นตามธรรมชาติ การลดลงของพลังงานอิสระที่พื้นผิวสามารถคำนวณได้โดยใช้สมการกิ๊บส์:

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

โดยที่ dGdGdG คือการเปลี่ยนแปลงของพลังงานอิสระที่พื้นผิว cw\gamma_{cw} cw​ คือแรงตึงผิวที่ส่วนต่อประสานของซีเมนต์กับน้ำ และ dSdSdS คือการเปลี่ยนแปลงในพื้นที่เปียก การบูรณาการสิ่งนี้ทำให้:

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 เพื่อกระจายไปทั่วพื้นผิวของอนุภาคซีเมนต์ โดยทั่วไป น้ำมีแรงตึงผิวสูงที่สุดในบรรดาของเหลวทั่วไป ป้องกันไม่ให้แพร่กระจายบนพื้นผิวที่ใช้พลังงานต่ำ การเติมสารลดน้ำพิเศษช่วยลดแรงตึงผิวของน้ำได้อย่างมาก ขณะเดียวกันก็ลดแรงตึงผิวระหว่างของแข็งและของเหลว ทำให้สามารถแพร่กระจายได้เองบนพื้นผิวที่ใช้พลังงานต่ำ

สารลดน้ำพิเศษพิเศษมักเป็นสารลดแรงตึงผิวที่มีประจุลบ เมื่อสารละลายในน้ำสัมผัสกับพื้นผิวของอนุภาคซีเมนต์ กลุ่มที่ชอบน้ำของสารลดน้ำพิเศษพิเศษจะดูดซับบนพื้นผิวอนุภาคซีเมนต์เนื่องจากปฏิกิริยาทางไฟฟ้าสถิต ในขณะที่กลุ่มที่ไม่ชอบน้ำจะหันไปทางเฟสที่เป็นน้ำ เมื่อความเข้มข้นของสารลดน้ำพิเศษเพิ่มขึ้น ปริมาณที่ถูกดูดซับจะเพิ่มขึ้น ค่าพื้นผิวจะถูกทำให้เป็นกลาง การจัดเรียงของบริเวณที่ไม่ชอบน้ำจะมีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น และความไม่ชอบน้ำของพื้นผิวจะเพิ่มขึ้น นำไปสู่มุมสัมผัสที่สูงขึ้น

กลุ่มที่ชอบน้ำที่ถูกดูดซับบนพื้นผิวของอนุภาคซีเมนต์จะสร้างพันธะไฮโดรเจนกับโมเลกุลของน้ำได้อย่างง่ายดาย เมื่อสารลดน้ำพิเศษพิเศษถูกดูดซับลงบนอนุภาคของซีเมนต์ ปฏิกิริยาระหว่างหมู่ที่ชอบน้ำและพันธะไฮโดรเจนในโมเลกุลของน้ำ เมื่อรวมกับพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลของน้ำ จะทำให้เกิดฟิล์มน้ำที่เป็นตัวทำละลายที่เสถียรระหว่างอนุภาคของซีเมนต์ ฟิล์มนี้ป้องกันการสัมผัสโดยตรงระหว่างอนุภาคซีเมนต์และให้การหล่อลื่นระหว่างอนุภาคเหล่านั้น นอกจากนี้ เมื่อเติมสารลดน้ำพิเศษเข้าไป ฟองอากาศเล็กๆ บางส่วนอาจเข้าสู่ระบบเพสต์ ซึ่งล้อมรอบด้วยฟิล์มโมเลกุลที่ถูกดูดซับโดยสารลดน้ำพิเศษ ฟองอากาศเหล่านี้มีประจุไฟฟ้าเดียวกันกับฟิล์มดูดซับบนอนุภาคของซีเมนต์ และการผลักกันของไฟฟ้าสถิตระหว่างฟองอากาศกับอนุภาคของซีเมนต์จะช่วยเพิ่มการกระจายตัวของอนุภาคของซีเมนต์ และเพิ่มความสามารถในการเลื่อนของพวกมัน