I ricercatori hanno sviluppato una tecnica ottica non distruttiva e non invasiva in grado di determinare i tempi di presa per vari tipi di pasta cementizia, che viene utilizzato per legare nuove e vecchie superfici in calcestruzzo. Il nuovo metodo potrebbe aiutare nello sviluppo di tipi di cemento ottimizzati con un minore impatto sull'ambiente.

"Il nostro metodo ottico non invasivo caratterizza e determina il tempo di presa del cemento, che è un parametro molto importante per il settore edile, " disse José Ortiz-Lozano, un membro del gruppo di ricerca dell'Universidad Autónoma de Aguascalientes, Tecnológico Nacional de México e Centro de Investigaciones en Óptica, in Messico. "Può anche valutare con precisione il processo di idratazione del cemento in tempo reale. Queste informazioni sono cruciali sia per lo studio della chimica fisica che per la caratterizzazione quantitativa delle proprietà nanomeccaniche dei materiali a base di cemento".

Nella rivista della Optical Society (OSA) Ottica applicata , i ricercatori descrivono il nuovo metodo, che combina la tecnologia basata sul laser con un modello ottico per calcolare il comportamento dinamico della pasta di cemento. I ricercatori mostrano che il loro approccio può calcolare con precisione sia il tempo di presa iniziale, il tempo disponibile per miscelare il cemento e metterlo in posizione, sia il tempo di presa finale, quando il cemento raggiunge la sua piena forza.

"Il nostro gruppo sta cercando di migliorare le prestazioni dei materiali a base di cemento, come paste cementizie, malte e calcestruzzo, " ha detto Ortiz-Lozano. "Nuovi metodi di caratterizzazione dei materiali, come quello che riportiamo qui, può essere utilizzato per migliorare il comportamento e le prestazioni del cemento ottimizzando i suoi costituenti. Questo potrebbe portare a nuovi tipi di cemento che utilizzano meno acqua e materie prime come calcare e argilla, che li renderebbe più rispettosi dell'ambiente."

Studiare il cemento con la luce

Sebbene esistano diverse tecniche per studiare le dinamiche di presa del cemento, hanno vari inconvenienti come essere distruttivi, invasivo o influenzato da fattori umani. Il nuovo metodo utilizza le proprietà ottiche della pasta di cemento per calcolare direttamente il tempo di presa del cemento iniziale e finale misurando la luce diffusa che si riflette sul cemento.

Mentre il cemento tramonta, la riflessione della luce diffusa cambia mentre reagisce con l'acqua e gli spazi tra le particelle di cemento cambiano. Anche la quantità di acqua presente e lo strato superficiale protettivo in ogni fase di presa influenzano le proprietà di riflessione diffusa. I ricercatori hanno combinato le misurazioni della riflessione diffusa con il modello Kubelka-Munk, che viene utilizzato per descrivere la riflessione diffusa di campioni opachi.

"Questo nuovo metodo ottico è stato sviluppato utilizzando strumenti, componenti e materiali comuni nell'industria ottica, " disse Ortiz-Lozano. "Sarebbe, perciò, abbastanza semplice ed economico da implementare nei laboratori di controllo qualità del cemento. Può essere applicato a qualsiasi tipo di cemento una volta eseguita l'opportuna calibrazione con il modello Kubelka-Munk."

I ricercatori hanno applicato la nuova tecnica a sei campioni di cemento e hanno scoperto che i risultati per tutti i campioni erano ripetibili e concordavano bene con le tecniche di misurazione comunemente utilizzate oggi.

"Questa tecnica basata sul laser fornisce una valutazione continua e accurata del processo di idratazione del cemento con elevata ripetibilità e riproducibilità, mostrando il suo potenziale per lo studio delle proprietà fisico-chimiche del cemento, ", ha detto Ortiz-Lozano.

Prossimo, i ricercatori prevedono di acquisire più dati utilizzando più tipi di cemento, mortai, calcestruzzi nonché rapporti aggiuntivi acqua/cemento e paste cementizie che contengono additivi chimici e/o minerali. Stanno anche pianificando di eseguire il lavoro necessario per normalizzare il metodo come standard.