Onderzoekers hebben een niet-destructieve en niet-invasieve optische techniek ontwikkeld die de hardingstijden voor verschillende soorten cementpasta kan bepalen, die wordt gebruikt om nieuwe en oude betonnen oppervlakken te binden. De nieuwe methode kan helpen bij de ontwikkeling van geoptimaliseerde cementsoorten met minder impact op het milieu.

"Onze niet-invasieve optische methode karakteriseert en bepaalt de uithardingstijd van cement, wat een zeer belangrijke parameter is voor de bouwsector, " zei José Ortiz-Lozano, een lid van het onderzoeksteam van Universidad Autónoma de Aguascalientes, Tecnológico Nacional de México en Centro de Investigaciones en Óptica, in Mexico. "Het kan ook het cementhydratatieproces in realtime nauwkeurig beoordelen. Deze informatie is cruciaal voor zowel de studie van de fysische chemie als de kwantitatieve karakterisering van de nanomechanische eigenschappen van op cement gebaseerde materialen."

In het tijdschrift van de Optical Society (OSA) Toegepaste optica , beschrijven de onderzoekers de nieuwe methode, die op laser gebaseerde technologie combineert met een optisch model om het dynamische gedrag van de cementpasta te berekenen. De onderzoekers laten zien dat hun aanpak zowel de initiële uithardingstijd - de beschikbare tijd om het cement te mengen en op zijn plaats te brengen - als de uiteindelijke uithardingstijd nauwkeurig kan berekenen, wanneer het cement zijn volledige sterkte bereikt.

"Onze groep probeert de prestaties van op cement gebaseerde materialen te verbeteren, zoals cementpasta's, mortels en beton, " zei Ortiz-Lozano. "Nieuwe materiaalkarakteriseringsmethoden, zoals degene die we hier rapporteren, kan worden gebruikt om het gedrag en de prestaties van cement te verbeteren door de bestanddelen ervan te optimaliseren. Dit kan leiden tot nieuwe cementsoorten die minder water verbruiken en grondstoffen zoals kalksteen en klei, wat ze milieuvriendelijker zou maken."

Cement bestuderen met licht

Hoewel er een verscheidenheid aan technieken bestaat om de dynamiek van het uitharden van cement te bestuderen, ze hebben verschillende nadelen, zoals destructief zijn, invasief of beïnvloed door menselijke factoren. De nieuwe methode gebruikt de optische eigenschappen van cementpasta om de initiële en uiteindelijke cementhardingstijd direct te berekenen door het diffuse licht te meten dat op het cement weerkaatst.

Terwijl het cement hard wordt, de diffuse lichtreflectie verandert als het reageert met water en de ruimtes tussen de cementdeeltjes veranderen. De aanwezige hoeveelheid water en de beschermende oppervlaktelaag in elke uithardingsfase beïnvloeden ook de diffuse reflectie-eigenschappen. De onderzoekers combineerden de diffuse reflectiemetingen met het Kubelka-Munk-model, die wordt gebruikt om diffuse reflectie van ondoorzichtige monsters te beschrijven.

"Deze nieuwe optische methode is ontwikkeld met behulp van tools, componenten en materialen die gebruikelijk zijn in de optische industrie, "zei Ortiz-Lozano. "Het zou zijn, daarom, vrij eenvoudig en economisch te implementeren in laboratoria voor kwaliteitscontrole van cement. Het kan op elk type cement worden aangebracht zodra de juiste kalibratie is uitgevoerd met het Kubelka-Munk-model."

De onderzoekers pasten de nieuwe techniek toe op zes cementmonsters en ontdekten dat de resultaten voor alle monsters herhaalbaar waren en goed overeenkwamen met meettechnieken die tegenwoordig veel worden gebruikt.

"Deze op laser gebaseerde techniek geeft een continue en nauwkeurige beoordeling van het cementhydratatieproces met een hoge herhaalbaarheid en reproduceerbaarheid, waaruit blijkt dat het potentieel heeft voor het bestuderen van de fysisch-chemische eigenschappen van cement, ' zei Ortiz-Lozano.

Volgende, de onderzoekers zijn van plan meer data te verzamelen met meer cementsoorten, mortieren, beton evenals extra water/cement-verhoudingen en cementpasta's die chemische en/of minerale hulpstoffen bevatten. Ze zijn ook van plan om het werk uit te voeren dat nodig is om de methode standaard te normaliseren.