ספיחה-פיזור של חומר פלסטי-על פוליקרבוקסילי

חוסר היציבות של מערכות משחת צמנט נובע משטחי הממשק הגדולים שלהן ומאנרגיות הממשק, מה שמוביל לנטייה להפחתה ספונטנית של הממשקים והצטברות חלקיקים. מצד שני, הגודל הקטן של חלקיקי הפאזה המפוזרים הופך אותם לרגישים לתנועה בראונית, שעלולה להפריע לשקיעה, אבל ברגע שמתרחשות התנגשויות, הם מאיצים את ההצטברות. המשטחים של חלקיקי המלט, שהם הידרופיליים, מכוסים בשכבה מומסת המונעת למעשה הצטברות חלקיקים. בנוסף, רוב משטחי החלקיקים נושאים מטען חשמלי, היוצר דחייה אלקטרוסטטית בין חלקיקים, מה שמקשה עליהם להתקבץ יחד. כאשר חלק מהשכבות המומסות על משטחי החלקיקים נעלמות, כוחות משיכה מולקולריים בין החלקיקים יכולים להוביל להיווצרות של מבנים מקונפים, וללכוד בתוכם כמות משמעותית של מי ערבוב.

לאחר הוספת חומר פלסטי-על, משחת המלט מציגה מבנה מפוזר באופן אחיד. זה מתרחש מכיוון שהקבוצות ההידרופוביות של חומר פלסטי-העל סופגות כיוונית על פני משטחי חלקיקי הצמנט, כאשר הקבוצות ההידרופיליות פונות לתמיסה המימית, יוצרות קרום ספיחה מולקולרי. זה מפחית את מתח הפנים LV של מים, את מתח המשטח המוצק-נוזל SL ואת זווית המגע θ של מים על חלקיקי צמנט, ובכך משפר את יכולת ההרטבה שלהם ומפחית את אנרגיית המשטח של המערכת. זה גם מגביר את קצב חדירת המים לתוך הנקבוביות של חלקיקי הצמנט, מה שמועיל לספיחת ה-Superplasticizer בממשקים מוצקים ויוצר השפעות נוספות המסייעות בפיזור ובפירוק של צברי חלקיקים.

2.2 השפעות הרטבה ושימון

כאשר מערבבים מים עם מלט, משטחי החלקיקים נרטבים, ומידת ההרטבה משפיעה באופן משמעותי על הביצועים של בטון שזה עתה מעורבב. כאשר הדיפוזיה מתרחשת באופן טבעי, ניתן לחשב את ההפחתה באנרגיה חופשית פני השטח באמצעות משוואת גיבס:

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

כאשר dGdGdG הוא השינוי באנרגיה החופשית של פני השטח, cw\gamma_{cw} cw​ הוא מתח הממשק בממשק המלט-מים, ו-dSdSdS הוא השינוי באזור הנרטב. שילוב זה נותן:

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 להתפשט על פני השטח של חלקיקי מלט. בדרך כלל, למים יש את מתח הפנים הגבוה ביותר מבין הנוזלים הנפוצים, ומונעים מהם להתפשט על משטחים בעלי אנרגיה נמוכה. תוספת של חומר פלסטייזר מפחיתה משמעותית את מתח הפנים של המים ובמקביל מורידה את מתח הממשק המוצק-נוזל, ומאפשרת התפשטות ספונטנית על משטחים בעלי אנרגיה נמוכה.

חומרי פלסטיק-על הם בדרך כלל פעילי שטח אניונים. כאשר התמיסה המימית שלהם באה במגע עם פני השטח של חלקיקי המלט, הקבוצות ההידרופיליות של פלסטייזר העל נספגות על משטחי חלקיקי הצמנט עקב אינטראקציות אלקטרוסטטיות, בעוד הקבוצות ההידרופוביות מכוונות לכיוון הפאזה המימית. ככל שריכוז ה-Superplasticizer עולה, הכמות הנספגת עולה, מטענים פני השטח מנוטרלים, סידור האזורים ההידרופוביים הופך קומפקטי יותר, וההידרופוביות של פני השטח עולה, מה שמוביל לזווית מגע גבוהה יותר.

הקבוצות ההידרופיליות הנספגות על פני משטחי חלקיקי המלט יוצרות בקלות קשרי מימן עם מולקולות מים. לאחר ספיגה מספקת של חומר פלסטי-על על חלקיקי הצמנט, האינטראקציה בין הקבוצות ההידרופיליות וקשרי המימן במולקולות המים, בשילוב עם קשרי מימן בין מולקולות המים, יוצרת סרט מים מומס יציב בין חלקיקי המלט. סרט זה מונע מגע ישיר בין חלקיקי הצמנט ומספק סיכה ביניהם. בנוסף, כאשר מוסיפים את חומר הפלסטיק העל, כמה בועות קטנות עשויות להיכנס למערכת הדבק, מוקפות בסרט מולקולרי שנספג על ידי חומר הפלסטיק. בועות אלו נושאות את אותו מטען חשמלי כמו סרט הספיחה על חלקיקי המלט, והדחייה האלקטרוסטטית בין הבועות לחלקיקי המלט משפרת את פיזור חלקיקי המלט, ומגבירה את יכולת ההחלקה שלהם.