Forskare har avslöjat att försämringen av moderna betong- och asfaltstrukturer beror på närvaron av spårmängder av organiskt material i dessa strukturer.

Cement och asfalt är avgörande för moderna byggmaterial; cement används för konstruktion av olika byggnader och strukturer, medan asfalt främst används för motorvägar och landningsbanor. De har använts i stor utsträckning för dessa ändamål sedan 1800-talet. Det har observerats att moderna betongkonstruktioner och asfaltkonstruktioner tenderar att försämras mycket snabbare än historiska strukturer, men orsaken till detta fenomen var okänd.

Ett team av forskare från sex institutioner, inklusive Akihiro Moriyoshi, Emeritus professor Hokkaido University, har avslöjat att förekomsten av spårmängder av organiskt material i moderna betongkonstruktioner och asfaltbeläggningar driver försämringen av dessa strukturer. Deras resultat, som inkluderar nya metoder för att bedöma försämring, publicerades i tidskriften PLOS ETT .

Försämringen av moderna betongkonstruktioner och asfaltbeläggningar är ett stort problem. De egenskaper som leder till försämring inkluderar sprickor, sönderdelning (nedbrytning till fint vitt pulver) och delaminering (separering i skikt). Dessa försämrade strukturer är osäkra för sina avsedda ändamål; snabb försämring minskar den förväntade livslängden för strukturer, vilket ökar kostnaderna för underhåll eller utbyte.

Forskarna satte sig för att utveckla en ny metod för att bedöma graden av försämring i betong. Den nuvarande metoden bygger på bredden på ytsprickor i betong och ett enkelt kemiskt test; dock, det ger bara en ofullständig bild av skadenivån. Under sina experiment, forskarna råkade märka att en konstig lukt utvecklades när kommersiell cement blandades med vatten. De antog att organiskt material var ansvarigt för lukten, och undersökte effekten det har på försämring av betong.

Forskarna utvecklade den endimensionella transienta fuktgenomträngningsapparaten för att exakt återge de fältmiljöförhållanden som betongkonstruktioner och asfaltbeläggningar utsätts för, i laboratoriet, under en period av 24 timmar. I kombination med datortomografi, denna metod kan användas för att utvärdera den exakta omfattningen av skadan. De testade en mängd olika asfaltprover från Japan som går tillbaka till 1960; ett antal betongprover från hela världen testades också, och ett 120 år gammalt betongprov användes som referens.

Forskarna visade att det finns ett antal organiska molekyler, från olika källor, förekommer i moderna betongkonstruktioner och asfaltbeläggningar:ftalater, dieselavgaspartiklar, ytaktiva ämnen, och spolarvätskor. Dessa molekyler introduceras antingen under tillverkningsprocessen - innehållet av ftalater, fosfatföreningar, och AE vattenreducerande medel som finns i kommersiellt tillgängliga cement är 0,0012 %, 0,12 %, och 0,25 %, respektive – eller absorberas från miljön, och orsaka snabb försämring av betongkonstruktioner och asfaltbeläggningar.

Av det organiska materialet som finns i cement, ftalater har den högsta effekten på försämring mer än fosfater och AE vattenreducerande medel. Organiskt material i vatten påskyndar förstörelsen av asfaltbeläggningar. Forskarna visade också att sprickans bredd och längd är den bästa bestämningsfaktorn för betongskador, medan graden av bildning av amorfisering är den bästa bestämningsfaktorn för försämring. De tror att deras resultat kan användas för att utveckla nya formuleringar för långvariga betongkonstruktioner och asfaltbeläggningar.