시멘트- 기반 재료의 폴리카르복실레이트 고성능가소제의 작동 원리

1. 분산효과
시멘트에 물을 넣고 저어주면 시멘트 입자들이 서로 끌어당겨 응집된 구조를 형성합니다. 이 응집 구조는 시멘트 입자 사이에 10%-30%의 물을 가두어 이러한 물 분자가 자유롭게 흐르는 것을 방지하고 윤활제 역할을 합니다. 응집은 시멘트 페이스트의 유동성에 영향을 미칩니다. 폴리카르복실산 분자는 시멘트 입자 표면에 흡착되어 입자에 음전하를 부여합니다. 이러한 정전기적 반발력은 분산을 촉진하여 응집된 구조를 파괴하고 갇힌 물 분자를 방출하여 흐름 과정에 참여할 수 있도록 합니다. 이것이 바로 폴리카르복실산 고성능가소제가 수분 감소 효과를 갖는 이유입니다.{10}} 이는 단순히 물의 분자량을 높이거나 낮추는 것이 아니라 물 분자의 이용률을 높이는 것으로 이해될 수 있다. 또한, COO2-와 Ca2+ 이온 사이의 복합체 형성은 시멘트 페이스트 내 칼슘 이온 농도를 감소시켜 Ca(OH)2 결정 형성을 지연시키고 C-S-H 겔 형성을 감소시켜 시멘트 수화 과정을 지연시킵니다. 따라서 폴리카르복실산 분자도 특정 지연 효과를 갖습니다. 여담으로, 조기-강화 폴리카르복실산 모액 개발의 어려움은 고유의 지연 효과와 관련이 있을 수 있습니다. 현재 시중에 나와 있는 대부분의 조기 강화 혼화제는 원하는 효과를 얻기 위해 아질산나트륨과 트리에탄올아민을 혼합하는 데 의존합니다.

2. 윤활
폴리카복실레이트 고성능가소제 분자의 측쇄에는 친수성인 하이드록실 및 에테르 그룹(-C-O-C-C)이 포함되어 있습니다. 이들 그룹은 수소 결합을 통해 물 분자와 결합하여 시멘트 입자 표면에 수막을 형성합니다. 이 수막은 강력한 윤활 효과를 가지며, 시멘트 입자 사이의 저항을 효과적으로 감소시키고 콘크리트의 유동성을 증가시킵니다.

3. 입체 장애
폴리카복실산염 고성능가소제 구조 내의 분지형 사슬은 미시적 수준에서 공간 구조를 생성하며, 그 공간 구조는 시멘트 입자와의 접촉을 방지합니다. 시멘트 입자가 가까울수록 이러한 입체 장애 효과는 더 커집니다. 이 효과는 붕괴 저항을 유지하는 콘크리트의 능력을 향상시킵니다. 시멘트 입자는 마이크론- 크기인 반면, 폴리카르복실레이트 분자는 나노미터- 크기로 약 3배 정도의 차이가 있습니다. 따라서 단일 시멘트 입자는 여러 개의 폴리카르복실산 분자를 흡착할 수 있습니다.

4. 흡착
폴리카르복실산염 고성능감수제는 분자 구조에 친수성 그룹과 소수성 그룹을 모두 포함하여 콘크리트 내에 효과적인 흡착층을 형성합니다. 수화 과정에서 시멘트 입자에 달라붙어 응집과 응고를 방지합니다. 이는 콘크리트의 응집력과 내부 마찰을 감소시키고 유동성을 증가시킵니다.

5. 수분 감소 효과
폴리카르복실산계 고성능가소제는 시멘트 입자 표면에 흡착층을 형성하여 입자간 상호흡착 및 뭉침을 효과적으로 방지합니다. 이는 시멘트 입자 사이의 마찰을 감소시켜 콘크리트의 응집력을 감소시킵니다. 이를 통해 동일한 시멘트 투입량에 대해 수분 함량을 줄여 수분-감소 효과를 얻을 수 있습니다. 이는 콘크리트의 강도와 내구성을 향상시킵니다.

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