Мосты, плотины, атомные электростанции и другие бетонные сооружения строятся на десятилетия, но все равно имеют свойства  разрушаться.

Одним из явлений, сокращающих срок службы бетонных зданий и сооружений, является щелочно-кремнеземная реакция (ЩКР). Это реакция между ионами щелочных металлов, содержащимися в цементе и кремнеземом – двумя основными компонентами бетона, которая создает гель, поглощающий воду и расширяющийся, вызывая тем самым  внутреннее давление в бетоне.

Со временем это давление может привести к растрескиванию бетонных конструкций и их разрушению. В настоящее время нет лекарства от ЩКР, и его идентификация в готовых конструкциях  требует много времени.

Для определения масштабов реакции исследователи из Аргоннской национальной лаборатории открыли безвредный способ его обнаружения, который может снизить уровень проводимых дорогостоящих тестов. Их новый метод основан на спектроскопии электрохимического импеданса (ЭХИ), которая измеряет электрическую проводимость.

До сих пор единственным способом, которым инженеры могли обнаружить ЩКР, было взятие нескольких образцов керна и их анализ под микроскопом.

«Этот метод обнаружения является дорогостоящим, трудоемким и разрушительным, что не является оптимальным решением», — говорит ученый из Аргонны Александр Хейфец.

Хейфец и его исследовательская группа обнаружили, что ЭХИ может неразрушающим методом обнаруживать ЩКР.

Электричество проходит в бетоне через сети пор, которые образуются во время отверждения и содержат ионные жидкости. Гель, который образуется во время ЩКР, распространяется, чтобы заполнить пробелы в этих сетях.

Исследователи предположили, что щелочно-кремнеземная реакция  влияет на ионные жидкости внутри пор, а также на связность самих поровых сетей. Это, в свою очередь, могло изменить электрическую проводимость бетона, которую исследователи смогли измерить с помощью ЭХИ.

Инженеры использовали ЭХИ для косвенного измерения механических свойств бетона, таких как прочность во время отверждения. Но команда из Аргонна первой применила этот метод для обнаружения ЩКР.

Для проверки его надежности исследователи вызвали ускоренную реакцию в бетонных образцах. После этого команда измерила ЭХИ на образцах и рассчитала электрическое сопротивление бетона на основе данных.

Команда обнаружила, что ЩКР изменяет электрическое сопротивление бетона, создавая сигнатуру, которую ученые могут использовать для определения и определения места протекания реакции.

«По сути, мы нашли способ охарактеризовать свойство материала на основе его проводимости тока, и, в конце концов, мы обнаружили корреляцию между проводимостью и наличием и прогрессированием ЩКР», — говорит Хейфец.

ЭХИ является неразрушающим методом, поэтому его использование для мониторинга щелочно-кремнеземной реакции может уменьшить количество отверждения, необходимого для диагностики и мониторинга дорогостоящих бетонных конструкций.

Источник: www.machinedesign.com