Un estudi sobre ciment amb participació del Sincrotró guanya la Medalla Le Chatelier

Un estudi pioner que aporta nous coneixements sobre els mecanismes fonamentals de l'enduriment del ciment ha estat guardonat amb la Medalla Le Chatelier de Recerca a Ciment i Formigó 2023. L'estudi ha comptat amb experiments crucials realitzats al Sincrotró Alba.

El Sincrotró ALBA ha contribuït a la investigació sobre ciment que acaba de rebre la prestigiosa Medalla Le Chatelier, un premi molt valorat a la comunitat científica del ciment i el formigó. L'article guanyador, titulat "Mechanisms and kinetics of CSH nucleation approaching the spinodal line: Insights into the role of organics additives", es va publicar a la revista científica Cement and Concrete Research. Aquest premi subratlla l'impacte de la investigació i la importància de les tècniques avançades de caracterització, com les disponibles al Sincrotró de Cerdanyola, per abordar els desafiaments complexos de la ciència dels materials.

L'estudi explora la complexa formació del silicat de calci hidratat (CSH) i és el resultat d'un equip científic format per personal de la Université Bourgogne Franche-Comté i la Université Grenoble Alpes (França), del Empa - Concrete & Asphalt Laboratory (Suïssa) i de la línia de llum NCD-SWEET a ALBA.

Fonts de la investigació apunten que el CSH és la principal fase d'unió al ciment i és essencialment la "cola" que el manté unit i en determina les propietats. Per això, apuntes des del sincrotró, comprendre la seva nucleació i creixement, especialment en presència d'additius orgànics utilitzats per controlar els temps de forjat i millorar el rendiment, és vital per al desenvolupament de materials de construcció més sostenibles i duradors.

L'article premiat va fer servir una combinació de tècniques: química humida, dispersió de raigs X d'angle petit (SAXS) i criomicroscòpia electrònica de transmissió (cryo-TEM). Els experiments SAXS realitzats a la línia de llum NCD-SWEET van ser crucials en la caracterització de la mida, la forma i l'evolució dels esferoides amorfs de CSH durant la precipitació inicial. L'alta brillantor de la llum de sincrotró d'Alba va permetre al grup investigador monitoritzar aquests processos ràpids a escala nanomètrica en temps real, sota condicions controlades de sobresaturació de solució i en presència de diversos additius orgànics com ara gluconat i hexitols.

L'estudi va revelar descobriments clau com la confirmació d'una via de nucleació de diversos passos per al CSH i la identificació de dos règims de precipitació diferents: un règim de nucleació clàssic amb menor sobresaturació i un règim de nucleació de tipus espinodal amb més sobresaturació, on la barrera energètica per a la formació es redueix significativament. A més, es va observar un augment significatiu del prefactor cinètic per a la formació de CSH en presència de compostos orgànics, correlacionant-se amb les constants de complexació del calci i silicat amb aquests additius.

Juan Carlos Martínez, científic de la línia de llum NCD-SWEET, explica que aquesta investigació proporciona una comprensió molt més profunda dels primers moments de la formació de CSH” i que “les capacitats de la nostra línia van ser essencials per capturar la cinètica ràpida i els detalls estructurals a escala nanomètrica, especialment com els additius orgànics influeixen en aquesta fase crítica”. Aquests coneixements són decisius per al disseny de formigons d'alt rendiment i d'última generació.