Datormodeller har avslöjat hur superplastisatorer adsorberar på ytan av cementpartiklar. Kredit:återgivet från Ref. 1 och licensierad under CC BY 4.0 2018 T. Hirata et al.
Genom att modellera hur superplastisatorer kan minska vattenproportioner i cementblandningar kan det bidra till att utveckla effektivare superplastisatorer, samt förbättra betongprestanda, visar den första omfattande studien utförd av A*STAR.
Superplastifierare är polymerer som fungerar som dispergeringsmedel i cementblandningar. De hindrar aggregeringen av cementpartiklarna, möjliggör dramatiska minskningar av vattenmängden i blandningen utan att påverka dess flöde och bearbetbarhet. Även om det behövs lite vatten för att cement ska härda till betong genom hydrering, Att minska andelen vatten i cementblandningar resulterar i starkare produkter.
I samarbete med det globala kemiföretaget Nippon Shokubai, Jianwei Zheng vid A*STAR Institute of High Performance Computing och kollegor använde molekylära dynamiksimuleringar för att modellera adsorptionen av tre nya superplastisatorer - polykarboxylatetrar (PCE) - på ytan av magnesiumoxidpartiklar i en cementblandning.
PCE-baserade superplastisatorer har negativt laddade karboxylsyragrupper i sin polymerskelett som adsorberar elektrostatiskt till partiklar i cement, såsom magnesiumoxid. De långa polyetylenglykolgrupperna fungerar sedan som distanser, förhindrar att cementpartiklarna klumpar ihop sig. Ett antal tidigare, mindre modelleringsstudier föreslog att tjockleken på detta adsorberade polymerskikt direkt korrelerar med mängden dispersion som ses. Zhengs team är först med att genomföra en omfattande modelleringsstudie för att avgöra hur polymerens form påverkar lagerkonstruktion och djup.
"Vi beskriver korrelationen mellan molekylstrukturer hos superplastisatorer av PCE-typ med polymerkonformation samt adsorptionsskikttjocklek i cementporlösning, "förklarar Zheng. Teamet fann att lagrets tjocklek beror på hur polymererna initialt orienterar sig mot partikelytan. De som börjar vinkelrätt mot ytan bildar gradvis en svans med en ögla i änden. Dessa polymerer bildar så småningom den önskade tjockare lager. Däremot de som börjar parallellt med ytan växer till en svans och resulterar i ett tunnare lager.
Teamet planerar att genomföra ytterligare simuleringar med olika polymerstrukturer för att se om lagdjupet kan ökas ytterligare. "Mer effektiva superplastisatorer kan utformas inom en snar framtid, "säger Zheng." Effekten av superplastizatorer på cementhydrat kommer att övervägas i framtida modeller. "
