Polikarboksilik süper plastikleştiricinin adsorpsiyon-dispersiyonu

Çimento hamuru sistemlerinin kararsızlığı, geniş arayüzey alanlarından ve arayüzey enerjilerinden kaynaklanır ve bu durum, arayüzeylerin kendiliğinden azalmasına ve parçacıkların topaklaşmasına neden olur. Öte yandan, dağınık faz parçacıklarının küçük boyutu onları Brownian hareketine duyarlı hale getirir, bu da çökelmeyi engelleyebilir, ancak çarpışmalar meydana geldiğinde topaklanmayı hızlandırırlar. Hidrofilik olan çimento parçacıklarının yüzeyleri, parçacıkların toplanmasını etkili bir şekilde önleyen solvatlı bir katmanla kaplanır. Ek olarak, çoğu parçacık yüzeyi bir elektrik yükü taşır ve parçacıklar arasında elektrostatik itme oluşturarak onların bir araya toplanmasını zorlaştırır. Parçacık yüzeylerindeki solvatlanmış katmanların bir kısmı kaybolduğunda, parçacıklar arasındaki moleküler çekim kuvvetleri, önemli miktarda karışım suyunu içeride hapsederek topaklaşmış yapıların oluşmasına yol açabilir.

Süper akışkanlaştırıcının eklenmesinden sonra çimento hamuru düzgün dağılmış bir yapı sergiler. Bunun nedeni, süper plastikleştiricinin hidrofobik gruplarının, hidrofilik grupların sulu çözeltiye bakacak şekilde çimento parçacıklarının yüzeylerine yönlü olarak adsorbe edilmesi ve moleküler bir adsorpsiyon membranı oluşturmasıdır. Bu, suyun yüzey gerilimini LV, katı-sıvı arayüzey gerilimini SL ve suyun çimento parçacıkları üzerindeki temas açısını θ azaltır, böylece ıslanabilirliğini arttırır ve sistemin arayüzey enerjisini azaltır. Aynı zamanda suyun çimento parçacıklarının gözeneklerine nüfuz etme hızını da arttırır, bu da süper plastikleştiricinin katı arayüzlerde adsorpsiyonu için faydalıdır ve parçacık topaklarının dağılmasına ve parçalanmasına yardımcı olan ek etkiler üretir.

2.2 Islatma ve Yağlama Etkileri

Su çimento ile karıştırıldığında parçacık yüzeyleri ıslanır ve ıslanma derecesi taze karıştırılmış betonun performansını önemli ölçüde etkiler. Difüzyon doğal olarak meydana geldiğinde, yüzey serbest enerjisindeki azalma Gibbs denklemi kullanılarak hesaplanabilir:

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

burada dGdGdG yüzeydeki serbest enerjideki değişimdir, cw\gamma_{cw} cw​ çimento-su arayüzündeki arayüzey gerilimidir ve dSdSdS ıslanan alandaki değişimdir. Bunu entegre etmek şunları sağlar:

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​>Çimento parçacıklarının yüzeyine yayılmak için 0. Genel olarak su, yaygın sıvılar arasında en yüksek yüzey gerilimine sahiptir ve düşük enerjili yüzeylere yayılmasını engeller. Süper akışkanlaştırıcının eklenmesi suyun yüzey gerilimini önemli ölçüde azaltırken aynı zamanda katı-sıvı ara yüzey gerilimini de düşürerek düşük enerjili yüzeylerde kendiliğinden yayılmayı sağlar.

Süperplastikleştiriciler tipik olarak anyonik yüzey aktif maddelerdir. Sulu çözeltileri çimento parçacıklarının yüzeyi ile temas ettiğinde, süper akışkanlaştırıcının hidrofilik grupları, elektrostatik etkileşimler nedeniyle çimento parçacıklarının yüzeylerine adsorbe olurken, hidrofobik gruplar sulu faza doğru yönelir. Süper akışkanlaştırıcının konsantrasyonu arttıkça adsorbe edilen miktar artar, yüzey yükleri nötralize edilir, hidrofobik bölgelerin düzeni daha kompakt hale gelir ve yüzey hidrofobikliği artar, bu da daha yüksek bir temas açısına yol açar.

Çimento parçacıklarının yüzeylerine adsorbe edilen hidrofilik gruplar, su molekülleri ile kolaylıkla hidrojen bağları oluşturur. Yeterli süper plastikleştirici çimento parçacıkları üzerine adsorbe edildikten sonra, hidrofilik gruplar ile su moleküllerindeki hidrojen bağları arasındaki etkileşim, su molekülleri arasındaki hidrojen bağıyla birleştiğinde, çimento parçacıkları arasında stabil bir solvatlı su filmi oluşturur. Bu film, çimento parçacıklarının doğrudan temasını önler ve aralarında yağlama sağlar. Ek olarak, süper akışkanlaştırıcı eklendiğinde, süper akışkanlaştırıcı tarafından adsorbe edilen moleküler bir filmle çevrelenmiş olarak macun sistemine bazı küçük kabarcıklar da girebilir. Bu kabarcıklar, çimento parçacıkları üzerindeki adsorpsiyon filmiyle aynı elektrik yükünü taşır ve kabarcıklar ile çimento parçacıkları arasındaki elektrostatik itme, çimento parçacıklarının dağılımını artırarak kayma yeteneklerini arttırır.