Des modèles informatiques ont découvert comment les superplastifiants s'adsorbent à la surface des particules de ciment. Crédit :Reproduit de Réf. 1 et sous licence CC BY 4.0 2018 T. Hirata et al.
Modéliser comment les superplastifiants peuvent réduire les proportions d'eau dans les mélanges de ciment peut aider à développer des superplastifiants plus efficaces, ainsi que d'améliorer les performances du béton, montre la première étude approfondie menée par A*STAR.
Les superplastifiants sont des polymères qui agissent comme dispersants dans les mélanges de ciment. Ils empêchent l'agrégation des particules de ciment, permettant des réductions spectaculaires du volume d'eau dans le mélange sans impact sur son débit et sa maniabilité. Alors qu'un peu d'eau est nécessaire pour permettre au ciment de durcir en béton par hydratation, la réduction de la proportion d'eau dans les mélanges de ciment permet d'obtenir des produits plus résistants.
En collaboration avec la société chimique mondiale, Nippon Shokubai, Jianwei Zheng de l'A*STAR Institute of High Performance Computing et ses collègues ont utilisé des simulations de dynamique moléculaire pour modéliser l'adsorption de trois nouveaux superplastifiants - les éthers polycarboxylates (PCE) - sur la surface des particules d'oxyde de magnésium dans un mélange de ciment.
Les superplastifiants à base de PCE ont des groupes acide carboxylique chargés négativement dans leur squelette polymère qui s'adsorbent électrostatiquement aux particules de ciment telles que l'oxyde de magnésium. Les groupes longs polyéthylène glycol jouent alors le rôle d'espaceurs, empêchant les particules de ciment de s'agglomérer. Un certain nombre d'antérieurs, des études de modélisation plus petites ont suggéré que l'épaisseur de cette couche de polymère adsorbée est directement corrélée à la quantité de dispersion observée. L'équipe de Zheng est la première à mener une étude de modélisation complète pour déterminer comment la forme du polymère influence la construction et la profondeur de la couche.
"Nous décrivons la corrélation des structures moléculaires des superplastifiants de type PCE avec la conformation du polymère ainsi que l'épaisseur de la couche d'adsorption dans la solution de pores de ciment, " explique Zheng. L'équipe a découvert que l'épaisseur de la couche dépend de la façon dont les polymères s'orientent initialement contre la surface des particules. Ceux qui commencent perpendiculairement à la surface forment progressivement une queue avec une boucle à leur extrémité. Ces polymères finissent par former le couche plus épaisse. ceux qui commencent parallèlement à la surface se transforment en une queue et donnent une couche plus mince.
L'équipe prévoit de mener d'autres simulations avec différentes structures polymères pour voir si la profondeur de la couche peut être augmentée davantage. "Des superplastifiants plus efficaces pourraient être conçus dans un futur proche, " dit Zheng. " L'effet des superplastifiants sur l'hydratation du ciment sera à l'étude dans les futurs modèles. "
