CHAMPAIGN, Ill. — Ingenieros de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign han desarrollado una nueva prueba que puede predecir la durabilidad del cemento en segundos o minutos, en lugar de las horas que lleva usar los métodos actuales. La prueba mide el comportamiento de las gotas de agua en las superficies de cemento usando visión por computadora en un dispositivo que cuesta menos de $200. Los investigadores dijeron que el nuevo estudio podría ayudar a la industria del cemento a avanzar hacia un control de calidad rápido y automatizado de sus materiales.

Los resultados del estudio, dirigido por el profesor de ingeniería civil y ambiental de Illinois Nishant Garg, se informan en la revista Degradación de materiales npj.

“El concreto es uno de los materiales más consumidos en nuestro planeta, solo superado por el agua”, dijo Garg. “Con el tiempo, el concreto utilizado para construir nuestra infraestructura se degrada con el tiempo debido a la exposición a las sales de deshielo; ciclos de congelación y descongelación; y la entrada de agua, todo lo cual puede conducir a la corrosión de la barra de refuerzo que se utiliza para fortalecer las estructuras. En última instancia, esto conduce al fracaso, a veces de manera catastrófica, como se vio en el colapso de un condominio en 2021 en Surfside, Florida, donde se perdieron 98 vidas”.

Una de las pruebas clave utilizadas para predecir la durabilidad de los sistemas cementosos se basa en la capacidad de la pasta de cemento, una mezcla de aglutinante a base de cemento y agua, para absorber agua, dijo Garg. La absorción de agua está ligada a la durabilidad del cemento; cuanto más porosa sea la pasta de cemento, más agua absorberá, lo que en última instancia provocará la corrosión de la barra de refuerzo incrustada en el hormigón armado.

Una prueba estándar, conocida como ASTM C1585, se realiza en un laboratorio al exponer una muestra de concreto que contiene pasta de cemento al agua mientras un técnico mide continuamente la "absorción" (cuánta agua absorbe y transmite la muestra) al observar su cambio de peso. durante varias horas, si no días.

En el estudio, el nuevo dispositivo predice la sorción inicial utilizando la visión por computadora para ver qué tan rápido se absorbe una sola gota de agua en la superficie en los primeros segundos o minutos. Garg dijo que la prueba es mucho menos tediosa que el método actual de ASTM y se puede realizar sobre la marcha en el campo o en el laboratorio.

Haga clic aquí para ver un video que demuestra la absorción de gotas de agua

“Realizamos la nueva prueba en más de 60 muestras únicas y existe una correlación bastante buena entre nuestros resultados y los resultados del método de prueba convencional de ASTM”, dijo Garg. “Así que ahora estamos proponiendo nuestro nuevo método de prueba como una alternativa para probar la durabilidad de los sistemas cementosos en unos pocos segundos”.

Además de la importancia de la absorción de las gotas, el equipo de investigación también aprendió que el ángulo inicial en el que las gotas de agua entran en contacto con la superficie del cemento también es importante.

“La dinámica de la absorción cambia rápidamente mientras que las gotas de agua cambian de forma en la superficie”, dijo Garg. "Las complejidades como estas se tienen en cuenta en nuestra nueva prueba".

Haga clic aquí para ver un video que muestra la absorción de gotas de agua desde diferentes ángulos de contacto inicial

Actualmente, el equipo está trabajando en formas de ampliar la prueba para morteros y más variedades de concreto, que son textural y químicamente más complejos.

“La conclusión clave del estudio es que probar la durabilidad de los materiales de construcción es muy lento, tedioso y laborioso”, dijo Garg. “Con la disponibilidad de tecnologías como la visión y el análisis por computadora, podemos desarrollar pruebas que sean más rápidas, automatizadas y convenientes”.

El departamento de ingeniería civil y ambiental de Illinois apoyó esta investigación.

Notas del editor:

Para comunicarse con Nishant Garg, llame al 217-300-9448; correo electrónico GME@dhr-rgv.com.

El documento "Predicción rápida de la sorción inicial de cemento a través de la humectabilidad de la superficie" está disponible en línea. DOI: 10.1038/s41529-023-00371-4