Modelar como os superplastificantes podem reduzir as proporções de água em misturas de cimento pode ajudar a desenvolver superplastificantes mais eficientes, além de melhorar o desempenho do concreto, mostra o primeiro estudo abrangente conduzido pela A * STAR.

Os superplastificantes são polímeros que atuam como dispersantes em misturas de cimento. Eles dificultam a agregação das partículas de cimento, permitindo reduções dramáticas no volume de água na mistura sem afetar seu fluxo e trabalhabilidade. Embora um pouco de água seja necessária para permitir que o cimento endureça em concreto por meio da hidratação, reduzir a proporção de água nas misturas de cimento resulta em produtos mais fortes.

Em colaboração com a empresa química global, Nippon Shokubai, Jianwei Zheng do Instituto A * STAR de Computação de Alto Desempenho e colegas usaram simulações de dinâmica molecular para modelar a adsorção de três novos superplastificantes - éteres de policarboxilato (PCEs) - na superfície de partículas de óxido de magnésio em uma mistura de cimento.

Os superplastificantes à base de PCE têm grupos de ácido carboxílico com carga negativa em sua estrutura de polímero que se adsorvem eletrostaticamente a partículas de cimento, como óxido de magnésio. Os longos grupos de polietilenoglicol, então, agem como espaçadores, impedindo que as partículas de cimento se aglutinem. Vários anteriores, estudos de modelagem menores sugeriram que a espessura dessa camada de polímero adsorvido se correlaciona diretamente com a quantidade de dispersão observada. A equipe de Zheng é a primeira a realizar um estudo de modelagem abrangente para determinar como a forma do polímero influencia a construção e a profundidade da camada.

"Descrevemos a correlação das estruturas moleculares dos superplastificantes do tipo PCE com a conformação do polímero, bem como a espessura da camada de adsorção em solução de poro de cimento, "explica Zheng. A equipe descobriu que a espessura da camada depende de como os polímeros se orientam inicialmente contra a superfície da partícula. Aqueles que começam perpendiculares à superfície gradualmente formam uma cauda com um laço em sua extremidade. Esses polímeros eventualmente formam o desejado camada mais espessa. Em contraste, aqueles que começam paralelos à superfície crescem em uma cauda e resultam em uma camada mais fina.

A equipe planeja realizar mais simulações com diferentes estruturas poliméricas para ver se a profundidade da camada pode ser aumentada ainda mais. "Superplastificantes mais eficientes podem ser projetados em um futuro próximo, "diz Zheng." O efeito dos superplastificantes na hidratação do cimento será considerado em modelos futuros. "