Modelar cómo los superplastificantes pueden reducir las proporciones de agua en las mezclas de cemento puede ayudar a desarrollar superplastificantes más eficientes, así como mejorar el rendimiento del hormigón, muestra el primer estudio completo realizado por A * STAR.

Los superplastificantes son polímeros que actúan como dispersantes en mezclas de cemento. Impiden la agregación de las partículas de cemento, permitiendo reducciones drásticas en el volumen de agua en la mezcla sin impactar en su flujo y trabajabilidad. Si bien se necesita algo de agua para permitir que el cemento se endurezca y se convierta en concreto a través de la hidratación, la reducción de la proporción de agua en las mezclas de cemento da como resultado productos más fuertes.

En colaboración con la empresa química global, Nippon Shokubai, Jianwei Zheng, del Instituto A * STAR de Computación de Alto Rendimiento, y sus colegas utilizaron simulaciones de dinámica molecular para modelar la adsorción de tres superplastificantes novedosos (éteres de policarboxilato (PCE)) en la superficie de partículas de óxido de magnesio en una mezcla de cemento.

Los superplastificantes basados ​​en PCE tienen grupos de ácido carboxílico cargados negativamente en su estructura polimérica que se adsorben electrostáticamente a partículas en el cemento como el óxido de magnesio. Los grupos largos de polietilenglicol actúan como espaciadores, evitando que las partículas de cemento se aglutinen. Varios de los anteriores, estudios de modelado más pequeños sugirieron que el espesor de esta capa de polímero adsorbido se correlaciona directamente con la cantidad de dispersión observada. El equipo de Zheng es el primero en llevar a cabo un estudio de modelado integral para determinar cómo la forma del polímero influye en la construcción y profundidad de la capa.

"Describimos la correlación de las estructuras moleculares de los superplastificantes de tipo PCE con la conformación del polímero, así como el espesor de la capa de adsorción en la solución de poros de cemento, "explica Zheng. El equipo descubrió que el grosor de la capa depende de cómo los polímeros se orientan inicialmente contra la superficie de la partícula. Aquellos que comienzan perpendiculares a la superficie forman gradualmente una cola con un bucle en su extremo. Estos polímeros eventualmente forman el deseado capa más gruesa. Por el contrario, los que comienzan paralelos a la superficie se convierten en una cola y dan como resultado una capa más delgada.

El equipo planea realizar más simulaciones con diferentes estructuras poliméricas para ver si la profundidad de la capa se puede aumentar aún más. "Es posible que se diseñen superplastificantes más eficientes en un futuro próximo, ", dice Zheng." El efecto de los superplastificantes sobre la hidratación del cemento se considerará en modelos futuros ".