Wirkungsmechanismus von Polycarboxylatmolekülen

1.Dispergierwirkung

Wenn Zement mit Wasser gemischt wird, ziehen sich die Partikel gegenseitig an und bilden eine Flockenstruktur, die 10 %-30 % des Wassers zwischen den Zementpartikeln einschließen kann. Dieses eingeschlossene Wasser kann sich nicht frei bewegen oder für eine Schmierung sorgen, was sich negativ auf die Fließfähigkeit des Zementleims auswirkt. Polycarboxylatmoleküle adsorbieren an der Oberfläche der Zementpartikel und verleihen ihnen eine negative Ladung, die eine elektrostatische Abstoßung erzeugt. Diese Aktion fördert die Verteilung der Zementpartikel, zerstört die ausgeflockte Struktur und gibt das eingeschlossene Wasser frei, um am Fluss teilzunehmen. Dies erklärt die wasserreduzierende Wirkung von Polycarboxylat-Fließmitteln; Sie verbessern die Wasserausnutzung, ohne den Gesamtwassergehalt willkürlich zu erhöhen oder zu verringern. Darüber hinaus verringert die Bildung von Komplexen zwischen COO²⁻- und Ca²⁺-Ionen die Konzentration von Calciumionen in der Zementmasse, wodurch die Kristallisation von Ca(OH)₂ verzögert und die Bildung von CSH-Gel verringert wird, wodurch der Hydratationsprozess des Zements verlangsamt wird. Folglich weisen Polycarboxylatmoleküle auch eine gewisse verzögernde Wirkung auf. Interessanterweise kann die Entwicklung von Polycarboxylatlösungen mit früher Festigkeit aufgrund ihrer inhärenten Verzögerungseigenschaften eine Herausforderung darstellen. Die meisten auf dem Markt erhältlichen Additive mit früher Stärke basieren auf der Verbindung mit Wirkstoffen wie Natriumnitrit und Triethanolamin, um diesen Effekt zu erzielen.

2. Schmierwirkung

Die Seitenketten von Polycarboxylat-Superweichmachern enthalten Hydroxyl- und Ethergruppen (-COCC), die Hydrophilie aufweisen. Diese Gruppen bilden Wasserstoffbrückenbindungen mit Wassermolekülen und erzeugen so einen Wasserfilm auf der Oberfläche der Zementpartikel. Dieser Wasserfilm verfügt über hervorragende Schmiereigenschaften, wodurch der Widerstand zwischen den Zementpartikeln wirksam verringert und die Fließfähigkeit des Betons erhöht wird.

3.Sterische Hinderungswirkung

Die verzweigte Struktur von Polycarboxylat-Fließmitteln weist auf mikroskopischer Ebene eine räumliche Konfiguration auf. Ähnlich wie bei der „kleinen, pummeligen“ Figur in einer Animation, deren gekräuseltes Haar den Kontakt mit den „großen, pummeligen“ Zementpartikeln dahinter verhindert, gilt: Je näher die Zementpartikel beieinander sind, desto größer ist der sterische Hinderungseffekt.

Dieser Effekt verbessert die Setzmaßbeständigkeit des Betons. Die Partikelgröße von Zement liegt im Mikrometerbereich, während Polycarboxylatmoleküle im Nanometerbereich liegen, also etwa drei Größenordnungen kleiner. Ein einzelner Zementpartikel kann mehrere Polycarboxylatmoleküle adsorbieren. Die schematische Darstellung eines Polycarboxylatmoleküls ähnelt einem Kamm. Der „kleine Mollige“ gerät zunächst in eine tragische Situation und kann den muskelbepackten „großen Molligen“ nicht abschütteln, der ihn schließlich schreit und besiegt. Während Polycarboxylatmoleküle den Hydratationsprozess verzögern, indem sie an den Zementpartikeln adsorbieren, werden sie schließlich von den Hydratationsprodukten umhüllt und verlieren ihre Wirksamkeit. Insgesamt verändert die Adsorptionswirkung der Polycarboxylatmoleküle die Eigenschaften des Zements nicht; Es verändert lediglich das Fließverhalten des Betons, ohne seine spätere Festigkeit zu beeinträchtigen.