Ny optisk teknik fanger dynamikken i realtid af cementbinding

Forskere har udviklet en ikke-destruktiv og ikke-invasiv optisk teknik, der kan bestemme afbindingstiderne for forskellige typer cementpasta, som bruges til at binde nye og gamle betonoverflader. Den nye metode kan hjælpe med udviklingen af ​​optimerede typer cement med mindre påvirkning af miljøet.

"Vores ikke-invasive optiske metode karakteriserer og bestemmer hærdningstiden for cement, hvilket er en meget vigtig parameter for byggebranchen, sagde José Ortiz-Lozano, et medlem af forskerholdet fra Universidad Autónoma de Aguascalientes, Tecnológico Nacional de México og Centro de Investigaciones en Óptica, I Mexico. "Det kan også præcist vurdere cementhydreringsprocessen i realtid. Denne information er afgørende for både studiet af fysisk kemi og den kvantitative karakterisering af cementbaserede materialers nanomekaniske egenskaber."

I Optical Societys (OSA) tidsskrift Anvendt optik , forskerne beskriver den nye metode, som kombinerer laserbaseret teknologi med en optisk model til at beregne cementpastaens dynamiske opførsel. Forskerne viser, at deres tilgang nøjagtigt kan beregne både den indledende hærdningstid - den tid, der er til rådighed for at blande cementen og placere den på plads - og den endelige hærdningstid, når cementen når sin fulde styrke.

"Vores gruppe forsøger at forbedre ydeevnen af ​​cementbaserede materialer, såsom cementpastaer, mørtler og beton, " sagde Ortiz-Lozano. "Nye materialekarakteriseringsmetoder, som den, vi rapporterer her, kan bruges til at forbedre cementens adfærd og ydeevne ved at optimere dets bestanddele. Dette kan føre til nye typer cement, der bruger mindre vand og råmaterialer som kalksten og ler, hvilket ville gøre dem mere miljøvenlige."

Studerer cement med lys

Selvom der findes en række forskellige teknikker til at studere dynamikken ved at hærde cement, de kommer med forskellige ulemper, såsom at være destruktive, invasiv eller påvirket af menneskelige faktorer. Den nye metode bruger cementpastaens optiske egenskaber til direkte at beregne den indledende og endelige hærdningstid for cement ved at måle det diffuse lys, der reflekteres fra cementen.

Efterhånden som cementen stivner, den diffuse lysreflektion ændrer sig, når den reagerer med vand, og mellemrummene mellem cementpartiklerne ændres. Mængden af ​​tilstedeværende vand og det beskyttende overfladelag på hvert afbindingstrin påvirker også de diffuse reflektionsegenskaber. Forskerne kombinerede de diffuse reflektionsmålinger med Kubelka-Munk-modellen, som bruges til at beskrive diffus refleksion af uigennemsigtige prøver.

"Denne nye optiske metode blev udviklet ved hjælp af værktøjer, komponenter og materialer, der er almindelige i den optiske industri, " sagde Ortiz-Lozano. "Det ville være, derfor, ganske enkel og økonomisk at implementere i cementkvalitetskontrollaboratorier. Den kan påføres enhver type cement, når den passende kalibrering er udført med Kubelka-Munk-modellen."

Forskerne anvendte den nye teknik på seks cementprøver og fandt ud af, at resultaterne for alle prøverne var gentagelige og stemte godt overens med måleteknikker, der almindeligvis anvendes i dag.

"Denne laserbaserede teknik giver kontinuerlig og nøjagtig vurdering af cementhydreringsprocessen med høj repeterbarhed og reproducerbarhed, viser dets potentiale til at studere cements fysisk-kemiske egenskaber, " sagde Ortiz-Lozano.

Næste, forskerne planlægger at indhente flere data ved hjælp af flere typer cement, mørtler, beton samt yderligere vand til cement-forhold og cementpastaer, der indeholder kemiske og/eller mineralske tilsætninger. De planlægger også at udføre det arbejde, der kræves for at normalisere metoden som standard.