Sự tương tác của PCE với xi măng ở cấp độ phân tử

PCE thành phần chính trong phụ gia bê tông thế hệ 3 thường được sử dụng trong công nghệ bê tông để cải thiện các tính chất lưu biến của hỗn hợp xi măng, vữa và bê tông.

Một mặt, phụ gia giúp bê tông có các tính chất dễ thi công, đặc biệt như bê tông tự lèn, bê tông bơm cao tầng, vận chuyển khoảng cách xa,… Mặt khác, phụ gia bê tông siêu dẻo cho phép thiết kế hỗn hợp bê tông với tỷ lệ nước/xi măng rất thấp. Do đó, có thể đạt được bê tông chất lượng cao với cường độ và độ bền rất cao. Các phụ gia siêu dẻo thế hệ mới có các tính chất được cải thiện là các polyme gốc polycarboxylate (PCE) hình răng lược. Chúng được hấp phụ trên các hạt xi măng và hoạt động như chất phân tán, bằng các hiệu ứng đẩy tĩnh điện và  hiệu ứng đẩy không gian.

Picture. a) The molecular structure of polycarboxylate ether (PCE) superplasticizer. b) The surface pacification of C—S—H nanofoils with PCE.

Việc cải thiện tính công tác của chất siêu dẻo phụ thuộc vào nhiều thông số khác nhau, như  loại, thành phần hóa học và cấu trúc phân tử của phụ gia, ảnh hưởng đến các tính chất lưu biến (ví dụ: ứng suất chảy, độ nhớt, độ sụt của bê tông). Mặt khác, cũng phụ thuộc vào thành phần hóa học của xi măng (đặc biệt là hàm lượng C3A và mức độ sulfat hòa tan trong thời gian thi công), bề mặt riêng, sự hiện diện của các loại phụ gia khác cũng như các pha hydrat hình thành trong quá trình hydrat hóa sớm ảnh hưởng đến hành vi của phụ gia hóa học trong các hệ thống xi măng.

Các hiện tượng như giảm độ chảy ban đầu, mất độ sụt nhanh, làm kéo dài đông kết hoặc đông kết nhanh có thể là kết quả của sự không tương thích giữa chất kết dính và phụ gia hóa học.

Các nghiên cứu về tương tác của phụ gia hóa học polycarboxylate (PCE) với các loại xi măng Portland khác nhau trong hàm lượng C3A đã được đánh gia bằng nhiều phương pháp khác nhau như lưu biến, phân tích độ rỗng và nhiệt thủy hóa,..

Kết quả cho thấy sự hấp phụ của polyme trên các khoáng clinker xi măng và các sản phẩm hydration của chúng đóng vai trò quan trọng liên quan đến lưu biến và phản ứng hydration ở giai đoạn sớm. Các hành vi này có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh mật độ/tỷ trọng, chiều dài của mạch nhánh, hoặc trọng lượng phân tử của polyme.

Người ta thấy rằng tỷ trọng mạch nhánh PCE giảm làm tăng đặc tính công tác của hồ xi măng. Chiều dài của mạch nhánh chỉ có ảnh hưởng nhỏ.

Thời gian đông kết kéo dài khi mạch nhánh có chiều dài giảm và tỷ trọng giảm.

Các polyme có mật độ điện tích cao hơn hấp phụ ở mức độ lớn hơn. Mật độ điện tích của PCE tăng khi chiều dài và tỷ trọng mạch nhánh giảm. Lượng polyme hấp phụ tương quan trực tiếp đến hiệu ứng làm chậm đông kết.

Khi hàm lượng C3A của xi măng tăng, lượng polyme hấp phụ cũng tăng. Tuy nhiên, xi măng có hàm lượng C3A cao hơn cần thêm nhiều phụ gia hơn so với xi măng có hàm lượng C3A thấp hơn để đạt được cùng khả năng làm việc. PCE ảnh hưởng chủ yếu đến quá trình thủy hóa alite C3S, nhưng hấp phụ tốt hơn trên các pha aluminate như C3A.

Do đó, trong xi măng có hàm lượng C3A thấp, cần có nhiều polyme hơn để tương tác với tricalcium silicat và các hydrat của nó.