新型材料有助于测量建筑物和其他结构中的混凝土劣化

发布时间：2024-01-24 17:32:47 栏目：精选知识

导读 混凝土是建筑行业的重要材料，是住宅和办公楼以及道路、水坝和桥梁以及许多其他基础设施项目的地基和结构的基础。然而，混凝土的使用寿命是

混凝土是建筑行业的重要材料，是住宅和办公楼以及道路、水坝和桥梁以及许多其他基础设施项目的地基和结构的基础。然而，混凝土的使用寿命是有限的，必须对其进行监控以保证这些结构的安全。为了促进快速、低成本的原位分析，无需将样品带到实验室，巴西圣保罗大学物理研究所 (IF-USP) 的研究人员与鲁汶大学的同事合作比利时的研究人员开发了一种发光材料，可以显示化合物的存在，表明混凝土暴露在紫外线下时会变质。



研究结果发表在 《化学通讯》杂志 上 的一篇文章中 ，并刊登在该杂志的封面上。

混凝土结构的平均使用寿命约为 50 年。不断吸收大气中的水、盐和气体会导致酸化，导致板、柱和其他结构元件中的钢筋腐蚀，并大大降低其承重能力。

通过预防措施可以延长混凝土的使用寿命，例如添加阻止二氧化碳 (CO 2 ) 渗透到结构暴露表面的保护层。如果要及时进行干预，验证和描述恶化程度的能力至关重要。

检查建筑物和其他结构中的混凝土状态的工程师面临的主要挑战是，在实验室中钻孔以取出样品并进行分析是劳动密集型且成本高昂的，而且在难以到达的地方也很复杂。它也可能是危险的，因为钻孔可能会导致结构发生变化，如果混凝土已经降解，尤其是如果程序未正确执行，则会进一步削弱混凝土。

在这项由 FAPESP(项目 15/19210-0、18 / 13837-0、19 / 25665-1 和 22/01314-8)资助的研究中，IF-USP 纳米材料和应用实验室 (LNA) 的研究人员开发了一种基于层状双氢氧化物 (LDH)(也称为阴离子粘土)的催化剂，用于测量混凝土的劣化程度。他们添加了三价铕 (Eu 3+ ) 以产生橙色至红色的发光。

实验室测试表明，当该材料暴露在紫外线(UV)下时，其发光颜色会根据其吸收的碳酸盐量而改变。这种效应可用于检测混凝土的劣化：红移越大，碳酸盐的量越大，混凝土的劣化越严重。

“主要的进步在于，该材料可以帮助实时确定结构中存在的混凝土如何恶化以及结构何时需要维护，而无需钻孔或等待实验室分析。这有助于更灵活的决策，促进预防性维护，并有助于避免可能造成生命损失和巨大经济损失的事故，” 该文章的第一作者Alysson Ferreira Morais说道。在研究期间，他通过博士后奖学金获得了 FAPESP 的支持。

据科学家称，下一步将需要开发一种传感器来检测发光材料，并在现实条件下对其进行测试，以验证具体因素，例如混凝土内部的耐候性和稳定性。

安全、成本和碳足迹

除了对建筑安全的贡献之外，新方法还为当今经济的另外两个非常重要的方面提供了潜在的好处：成本和碳减排。

“建筑物的使用寿命越长，对新结构的投资需求就越少，建筑业对减少温室气体排放的贡献就越大，由于混凝土的生产和建筑本身，全球温室气体排放量的 8% 来自该行业， ” 该文章的最后作者、IF-USP 教授达尼洛·穆斯塔法 (Danilo Mustafa)说道。