Forskare har utvecklat en icke -destruktiv och icke -invasiv optisk teknik som kan bestämma inställningstider för olika typer av cementpasta, som används för att binda nya och gamla betongytor. Den nya metoden kan hjälpa till att utveckla optimerade typer av cement med mindre påverkan på miljön.

"Vår icke -invasiva optiska metod karakteriserar och bestämmer cementens härdningstid, vilket är en mycket viktig parameter för byggindustrin, "sa José Ortiz-Lozano, medlem i forskargruppen från Universidad Autónoma de Aguascalientes, Tecnológico Nacional de México och Centro de Investigaciones en Óptica, i Mexiko. "Det kan också exakt bedöma cementhydreringsprocessen i realtid. Denna information är avgörande för både studier av fysisk kemi och kvantitativ karakterisering av de nanomekaniska egenskaperna hos cementbaserade material."

I Optical Society's (OSA) tidskrift Tillämpad optik , forskarna beskriver den nya metoden, som kombinerar laserbaserad teknik med en optisk modell för att beräkna cementpastans dynamiska beteende. Forskarna visar att deras tillvägagångssätt kan beräkna både den ursprungliga härdningstiden - den tid som är tillgänglig för att blanda cementet och placera det på plats - och den sista härdningstiden, när cementen når sin fulla styrka.

"Vår grupp försöker förbättra prestanda för cementbaserade material, såsom cementpasta, murbruk och betong, "sa Ortiz-Lozano." Nya materialkarakteriseringsmetoder, som den vi rapporterar här, kan användas för att förbättra beteende och prestanda för cement genom att optimera dess beståndsdelar. Detta kan leda till nya typer av cement som använder mindre vatten och råvaror som kalksten och lera, vilket skulle göra dem mer miljövänliga. "

Studerar cement med ljus

Även om det finns en mängd olika tekniker för att studera dynamiken i cementhärdning, de har olika nackdelar som att vara destruktiva, invasiv eller påverkad av mänskliga faktorer. Den nya metoden använder cementpastans optiska egenskaper för att direkt beräkna den ursprungliga och sista cementhärdningstiden genom att mäta det diffusa ljuset som reflekteras från cementet.

När cementen stelnar, den diffusa ljusreflektionen förändras när den reagerar med vatten och utrymmena mellan cementpartiklarna förändras. Mängden vatten som finns och det skyddande ytskiktet vid varje inställningssteg påverkar också de diffusa reflektionsegenskaperna. Forskarna kombinerade de diffusa reflektionsmätningarna med Kubelka-Munk-modellen, som används för att beskriva diffus reflektion av ogenomskinliga prover.

"Den här nya optiska metoden utvecklades med hjälp av verktyg, komponenter och material som är vanliga inom den optiska industrin, "sa Ortiz-Lozano." Det skulle vara, därför, ganska enkel och ekonomisk att implementera i cementkvalitetskontrolllaboratorier. Det kan appliceras på vilken typ av cement som helst när lämplig kalibrering har utförts med Kubelka-Munk-modellen. "

Forskarna tillämpade den nya tekniken på sex cementprov och fann att resultaten för alla proverna var repeterbara och överensstämde väl med mättekniker som vanligtvis används idag.

"Denna laserbaserade teknik ger kontinuerlig och noggrann bedömning av cementhydreringsprocessen med hög repeterbarhet och reproducerbarhet, visar sin potential för att studera cementens fysikaliska kemiska egenskaper, sa Ortiz-Lozano.

Nästa, forskarna planerar att skaffa mer data med hjälp av fler typer av cement, murbruk, betong samt ytterligare vatten till cementförhållanden och cementpasta som innehåller kemiska och/eller mineraliska tillsatser. De planerar också att utföra det arbete som krävs för att normalisera metoden som standard.