Mécanisme d'action des molécules de polycarboxylate

1.Action de dispersion

Lorsque le ciment est mélangé à de l'eau, les particules s'attirent les unes les autres, formant une structure floculée qui peut encapsuler 10 %-30 % de l'eau entre les particules de ciment. Cette eau emprisonnée ne peut pas circuler librement ni assurer la lubrification, ce qui nuit à la fluidité de la pâte de ciment. Les molécules de polycarboxylate s'adsorbent à la surface des particules de ciment, conférant une charge négative qui crée une répulsion électrostatique. Cette action favorise la dispersion des particules de ciment, perturbant la structure floculée et libérant l'eau emprisonnée pour participer à l'écoulement. Ceci explique l'effet réducteur d'eau des superplastifiants polycarboxylates ; ils améliorent l’utilisation de l’eau sans augmenter ou diminuer arbitrairement la teneur totale en eau. De plus, la formation de complexes entre les ions COO²⁻ et Ca²⁺ réduit la concentration d'ions calcium dans la pâte de ciment, retardant la cristallisation de Ca(OH)₂ et réduisant la formation de gel CSH, ralentissant ainsi le processus d'hydratation du ciment. Par conséquent, les molécules de polycarboxylate présentent également un certain degré d’effet retardateur. Il est intéressant de noter que le développement de solutions de polycarboxylates à résistance précoce peut s’avérer difficile en raison de leurs propriétés retardatrices inhérentes. La plupart des additifs à forte concentration disponibles sur le marché reposent sur une combinaison d'agents tels que le nitrite de sodium et la triéthanolamine pour obtenir cet effet.

2. Action lubrifiante

Les chaînes latérales des superplastifiants polycarboxylates contiennent des groupes hydroxyle et éther (-COCC) qui présentent un caractère hydrophile. Ces groupes forment des liaisons hydrogène avec les molécules d’eau, créant un film d’eau à la surface des particules de ciment. Ce film d'eau possède d'excellentes propriétés lubrifiantes, réduisant efficacement la résistance entre les particules de ciment et augmentant la fluidité du béton.

3. Effet d'obstacle stérique

La structure ramifiée des superplastifiants polycarboxylates a une configuration spatiale au niveau microscopique. Semblable au personnage « petit potelé » dans une animation, dont les cheveux bouclés empêchent tout contact avec les particules de ciment « gros potelé » derrière eux, plus les particules de ciment sont proches les unes des autres, plus l'effet d'encombrement stérique est important.

Cet effet améliore la rétention d'affaissement du béton. La taille des particules du ciment est de l’ordre du micromètre, tandis que celle des molécules de polycarboxylate est de l’ordre du nanomètre, soit environ trois ordres de grandeur plus petits. Une seule particule de ciment peut adsorber plusieurs molécules de polycarboxylate. La représentation schématique d'une molécule de polycarboxylate ressemble à un peigne. Au départ, le personnage du « petit potelé » se retrouve dans une situation tragique, incapable de se débarrasser du « gros potelé » musclé, qui finit par crier et le vainc. Alors que les molécules de polycarboxylate retardent le processus d’hydratation en s’adsorbant sur les particules de ciment, elles finiront par être enveloppées par les produits d’hydratation, perdant ainsi leur efficacité. Globalement, l’action d’adsorption des molécules de polycarboxylate n’altère pas les propriétés du ciment ; cela modifie simplement le comportement d'écoulement du béton sans affecter sa résistance ultérieure.