20:41 2022-01-25
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Fluorescența siliciului strălucește prin microfisurile din ciment, dezvăluind semne timpurii de deteriorare
_ Fluorescența siliciului strălucește prin microfisurile din ciment, dezvăluind semne timpurii de deteriorare
Fracturile de beton care sunt invizibile cu ochiul liber ies în evidență în imaginile produse printr-o tehnică creată la Universitatea Rice.
O colaborare între grupurile de cercetare de la Rice și Institutul Kuweit pentru Cercetări Științifice a descoperit întâmplător că cimentul Portland obișnuit conține cristale microscopice de siliciu care emit fluorescență în infraroșu apropiat atunci când este iluminat cu lumină vizibilă. Asta a dus la două realizări. Prima a fost că lungimea de undă exactă a emisiei poate fi utilizată pentru a identifica tipul particular de ciment dintr-o structură.
A doua și poate mai importantă este că emisia în infraroșu apropiat poate dezvălui chiar și fisuri foarte mici. în ciment sau beton. Trucul este să aplici un strat subțire de vopsea opac pe beton când este nou. În scanările în infraroșu apropiat, betonul intact apare negru, iar lumina strălucitoare dezvăluie cele mai mici fisuri.
Studiul cu acces deschis realizat de laboratoarele chimistului Rice Bruce Weisman, inginerului structural Rice Satish Nagarajaiah și Institutul Științific din Kuweit Cercetatorul Jafarali Parol apare în Scientific Reports.
Wei Meng, primul autor al lucrării, a descoperit fenomenul în timp ce continua munca de lungă durată a echipei Rice privind detectarea deformațiilor optice cu nanotuburi de carbon.
„Acest lucru a apărut dintr-un proiect în care încercam să aplicăm tehnica noastră de măsurare a deformarii pe ciment și beton, dar ne-am confruntat cu o problemă neașteptată când am iluminat un specimen acoperit cu o peliculă de nanotuburi”, a spus Weisman, un pionier în spectroscopie cu nanotuburi. . „Am descoperit că unul dintre vârfurile din spectrul nostru de film a fost ascuns de emisii mult mai puternice care veneau de undeva. Nu ne-am așteptat niciodată să fie de la cimentul în sine.”
El a spus că nu cunoștea nici un altul. laborator care raportează fenomenul. „În cele din urmă, am reușit să mascam specimenul, astfel încât emisia să nu interfereze cu măsurarea deformarii noastre”, a spus el. „Dar am păstrat în mintea noastră că poate că acest lucru ar putea fi interesant în sine.”
Semnătura spectrală neobișnuită a emisiei i-a permis cercetătorilor să deducă că sursa au fost cristale de siliciu pur. „Mineralele numite silicați sunt componente majore ale cimentului și am emis ipoteza că în timpul procesului de producție la temperaturi ridicate, cantități foarte mici se descompun pentru a forma cristale microscopice de siliciu”, a spus Weisman. „Lungimea lor de undă de emisie ne spune că sunt mai mari de aproximativ 10 nanometri, dar nu pot fi mult mai mari sau oamenii le-ar fi observat cu mult timp în urmă.”
Meng a experimentat pe blocuri mici de beton vopsite în negru și cu găuri găurite în mijloc. Acestea au servit ca puncte focale pentru a forma microfisuri care s-ar propaga spre exterior atunci când blocurile erau comprimate, făcând și vopseaua. El a descoperit că semnalul fluorescent a venit prin fisurile minuscule și ar putea fi ușor mapat cu un laser de scanare raster.
„Structurile de beton au nevoie de monitorizare, iar aceasta este o modalitate de a le monitoriza”, a spus Nagarajaiah, specialist. în monitorizarea infrastructurii/structurale, identificarea sistemului, detectarea daunelor și sistemele de structuri de rigiditate adaptivă pentru a rezista evenimentelor seismice. „Obândirea unei idei clare despre unde sunt fisurile poate fi destul de important în structuri, în special în locurile critice în care știm că vor fi stresate.”
El a spus că beneficiile unei detectări mai bune a fisurilor s-ar putea extinde. dincolo de poduri și clădiri până la structurile de izolare de la centralele nucleare sau de pe nave sau interiorul puțurilor și conductelor care sunt greu de accesat.
Cercetătorii au spus că o abordare practică este de a lumina structurile critice și de a le fotografia. folosind o cameră în infraroșu apropiat și un filtru spectral cu bandă îngustă.
„Crăparea cimentului poate fi un simptom timpuriu al eșecului, așa că oamenii care sunt preocupați de integritatea structurală și siguranța structurilor din beton doresc să detecteze microfisurile înainte ca acestea să crească”, a spus Weisman.
> Cercetătorul de orez Serghei Bachilo este coautor al studiului. Nagarajaiah este profesor de inginerie civilă și de mediu, de știința materialelor și nanoinginerie și de inginerie mecanică. Weisman este profesor de chimie și de știința materialelor și nanoinginerie.
Comentarii:
Adauga Comentariu