快速、自动化、经济实惠的水泥耐久性测试

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（University of Illinois Urbana-Champaign）的工程师开发了一种新测试，可以在几秒钟到几分钟内预测水泥的耐久性，而不是使用当前方法需要花费数小时。该测试使用计算机视觉在成本低于200美元的设备上测量水泥表面上水滴的行为。研究人员表示，这项新研究可以帮助水泥行业对其材料进行快速和自动化的质量控制。

由伊利诺伊州土木和环境工程教授Nishant Garg领导的研究结果发表在npj Materials Degradation杂志上。

“混凝土是我们这个星球上消耗最多的材料之一，仅次于水，”Garg说。“随着时间的推移，用于建造我们基础设施的混凝土会随着时间的推移而降解，因为暴露在除冰盐中;冻融循环;和进水 – 所有这些都会导致用于加固结构的钢筋腐蚀。最终，这会导致失败，有时甚至是灾难性的，正如 2021 年佛罗里达州瑟夫赛德的公寓倒塌所见，那里有 98 人丧生。

Garg说，用于预测水泥基系统耐久性的关键测试之一是基于水泥浆 – 水泥基粘合剂和水的混合物 – 吸收水分的能力。吸水率与水泥的耐久性有关;水泥浆的孔隙越多，吸收的水分就越多，最终导致钢筋混凝土中嵌入的钢筋腐蚀。

一项称为ASTM C1585的标准测试是在实验室中进行的，方法是将含有水泥浆的混凝土样品暴露在水中，同时技术人员通过观察其重量变化来连续测量“吸附率” – 或样品吸收和传输多少水数小时，如果不是几天的话。

在这项研究中，新设备使用计算机视觉预测初始吸附率，以查看单个水滴在最初几秒钟或几分钟内被吸收到表面的速度。Garg说，该测试远没有目前的ASTM方法那么乏味，可以在现场或实验室中即时进行。

“我们对60多个独特的样品进行了新的测试，我们的结果与传统ASTM测试方法的结果之间存在相当好的相关性，”Garg说。“因此，我们现在提出新的测试方法，作为在几秒钟内测试水泥基体系耐久性的替代方案。

除了液滴吸收的重要性外，研究小组还了解到水滴与水泥表面接触的初始角度也很重要。

“吸收的动力学变化很快，而水滴改变表面的形状，”Garg说。“像这样的错综复杂之处都纳入了我们的新测试。

该团队目前正在研究如何扩大砂浆和更多种类混凝土的测试，这些混凝土在纹理和化学上更加复杂。

“这项研究的关键结论是，测试建筑材料的耐久性非常缓慢，乏味和劳动密集型，”Garg说。“随着计算机视觉和分析等技术的可用性，我们可以开发更快、自动化和方便的测试。

伊利诺伊州土木与环境工程系支持这项研究。