Funktionsprinzip des Polycarboxylat-Superplastifizierers in zementbasierten Materialien

1. Dispersionseffekt
Wenn dem Zement Wasser zugesetzt und gerührt wird, ziehen sich die Zementpartikel gegenseitig an und bilden eine flockige Struktur. Diese ausgeflockte Struktur fängt 10 {7}}30 % des Wassers zwischen den Zementpartikeln ein und verhindert so, dass diese Wassermoleküle frei fließen und als Schmiermittel wirken. Die Flockung beeinflusst die Fließfähigkeit des Zementleims. Polycarbonsäuremoleküle adsorbieren an der Oberfläche von Zementpartikeln und verleihen den Partikeln eine negative Ladung. Diese elektrostatische Abstoßung fördert die Dispersion, zerstört die ausgeflockte Struktur und gibt die eingeschlossenen Wassermoleküle frei, sodass sie am Fließprozess teilnehmen können. Aus diesem Grund haben Polycarbonsäure-Fließmittel eine wasserreduzierende Wirkung. Dies kann als Erhöhung der Verwertungsrate von Wassermolekülen verstanden werden und nicht einfach nur als Erhöhung oder Verringerung des Molekulargewichts von Wasser. Darüber hinaus verringert die Bildung von Komplexen zwischen COO₂-- und Ca₂+-Ionen die Calciumionenkonzentration im Zementleim, verzögert die Bildung von Ca(OH)₂-Kristallen und verringert die Bildung von C-S-H-Gelen, wodurch der Zementhydratationsprozess verlangsamt wird. Daher haben Polycarbonsäuremoleküle auch eine gewisse verzögernde Wirkung. Abgesehen davon könnte die Schwierigkeit bei der Entwicklung früher -festigender Polycarbonsäure-Mutterlaugen mit ihrer inhärenten Verzögerungswirkung zusammenhängen. Derzeit basieren die meisten frühfestigenden Zusatzmittel auf dem Markt auf der Verbindung mit Natriumnitrit und Triethanolamin, um die gewünschte Wirkung zu erzielen.

2. Schmierung
Die Seitenketten von Polycarboxylat-Superweichmachermolekülen enthalten Hydroxyl- und Ethergruppen (-C-O-C-C), die hydrophil sind. Diese Gruppen binden über Wasserstoffbrückenbindungen an Wassermoleküle und bilden einen Wasserfilm auf der Oberfläche der Zementpartikel. Dieser Wasserfilm hat eine starke Schmierwirkung, wodurch der Widerstand zwischen den Zementpartikeln effektiv verringert und die Fließfähigkeit des Betons erhöht wird.

3. Sterische Hinderung
Durch die verzweigten Ketten innerhalb der Polycarboxylat-Fließmittelstruktur entsteht auf mikroskopischer Ebene eine räumliche Struktur, deren räumliche Struktur den Kontakt mit den Zementpartikeln verhindert. Je näher die Zementpartikel beieinander liegen, desto größer wird dieser sterische Hinderungseffekt. Dieser Effekt verbessert die Fähigkeit des Betons, die Einsturzfestigkeit aufrechtzuerhalten. Zementpartikel haben eine Größe im Mikrometerbereich, während Polycarboxylatmoleküle eine Größe im Nanometerbereich haben, was einem Unterschied von etwa drei Größenordnungen entspricht. Daher kann ein einzelnes Zementpartikel mehrere Polycarboxylatmoleküle adsorbieren.

4. Adsorption
Polycarboxylat-Fließmittel enthalten sowohl hydrophile als auch hydrophobe Gruppen in ihrer Molekülstruktur und bilden eine wirksame Adsorptionsschicht im Beton. Während des Hydratationsprozesses haften sie an den Zementpartikeln und verhindern so deren Aggregation und Koagulation. Dadurch wird der Zusammenhalt und die innere Reibung des Betons verringert und seine Fließfähigkeit erhöht.

5. Wasserreduzierender Effekt
Polycarboxylat-Fließmittel bilden eine Adsorptionsschicht auf der Oberfläche von Zementpartikeln und verhindern so wirksam die gegenseitige Adsorption und Agglomeration zwischen Partikeln. Dadurch wird die Reibung zwischen den Zementpartikeln verringert und dadurch die Kohäsion des Betons verringert. Dies ermöglicht eine Reduzierung des Wassergehalts bei gleicher Zementdosierung, wodurch eine wasserreduzierende Wirkung erzielt wird. Dies verbessert die Festigkeit und Haltbarkeit von Beton.

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