诺伊大学开发的快速自动化经济实惠的水泥耐久性测试

诺伊大学厄巴纳-香槟分校的工程师开发了一种新测试，可以在几秒到几分钟内预测水泥的耐久性，而不是使用现有方法需要几个小时。该测试使用计算机视觉在成本不到 200 美元的设备上测量水滴在水泥表面上的行为。研究人员表示，这项新研究可以帮助水泥行业实现材料的快速和自动化质量控制。

这项由诺伊州土木与环境工程教授Nishant Garg领导的研究结果发表在《npj Materials Degradation》杂志上。

“混凝土是地球上消耗最多的材料之一，仅次于水，”加格说。“随着时间的推移，用于建造基础设施的混凝土会因接触除冰盐而逐渐降解;冷冻和解冻循环;以及进水——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事件所示，导致 98 人丧生。”

加格说，用于预测水泥体系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)吸水的能力。吸水率与水泥的耐久性有关;水泥浆的孔隙越多，吸收的水就越多，最终导致钢筋混凝土中嵌入的钢筋腐蚀。

被称为 ASTM C1585 的标准测试是在实验室中进行的，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“吸着性”(即样品吸收和传输的水量)持续几个小时，甚至几天。

在这项研究中，新设备使用计算机视觉来预测初始吸附率，以了解单个水滴在最初几秒或几分钟内被吸收到表面的速度。Garg 表示，该测试远没有目前的 ASTM 方法那么繁琐，并且可以在现场或实验室中即时进行。

单击此处观看演示水滴吸收的视频

“我们对 60 多个独特的样品进行了新测试，我们的结果与传统 ASTM 测试方法的结果之间有相当好的相关性，”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系统耐久性的替代方法。”

除了水滴吸收的重要性之外，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。

“当水滴在表面改变形状时，吸收动力学会迅速变化，”加格说。“像这些错综复杂的问题都被纳入我们的新测试中。”

单击此处观看演示水滴从不同初始接触角被吸收的视频

该团队目前正在研究扩大砂浆和更多品种混凝土测试的方法，这些混凝土在结构和化学上都更加复杂。

“这项研究的主要结论是，测试建筑材料的耐久性非常缓慢、繁琐且劳动密集型，”加格说。“随着计算机视觉和分析等技术的出现，我们可以开发更快、自动化和方便的测试。”

诺伊州土木与环境工程系支持这项研究。

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