一种新方法可以穿透混凝土来检测早期腐蚀陈婧

一种新方法可以穿透混凝土来检测早期腐蚀

当您跌倒，现场碰撞或其他外伤性打击时，医生要做的第一件事是进行X射线，CT扫描或MRI，以确定内部是否有任何损坏。美国国家标准技术研究院的研究人员正在使用相同的原理，但以更强大的形式来检测腐蚀，威胁国家桥梁，道路和其他老化物理基础设施中钢框架健康的主要危险。

他们开发的是一种非侵入性的“光谱指纹”技术，该技术可以在混凝土包裹的钢引起其支撑结构的任何显着退化之前揭示其腐蚀在“应用磁共振”杂志上的一篇论文中描述了这种检测方法。

当水和氧气腐蚀铁时，会生成不同的氧化铁产物，其中最常见的两种是针铁矿和赤铁矿。NIST的物理化学家Dave Plusquellic说：“在雨中放锤子时形成的棕色锈大多是针铁矿，而钢筋在混凝土桥面板内腐蚀时则主要是赤铁矿。” “我们在对针铁矿的新研究中以及先前对赤铁矿的研究中已经表明，太赫兹辐射可以检测到两种腐蚀产品处于早期形成阶段。”

当前用于发现腐蚀的成像方法使用微波来记录受影响钢的物理状态的变化，例如桥梁或其他结构的混凝土中钢筋厚度的变化。

“不幸的是，等到这种变化被发现时，腐蚀过程已经在朝着混凝土裂缝的方向发展，”物理学家和NIST研究员埃德·加博奇说。

另外，加博奇说，大多数微波成像方法都依赖于与钢在建造时进行的基线测量的比较，这种做法只能追溯到25年前。

他解释说：“这是一个真正的问题，因为在美国，400,000根钢筋混凝土桥梁的平均使用寿命为50年，并且其中许多基准数据均不可用。”

NIST太赫兹波检测方法之所以有用，是因为针铁矿和赤铁矿是反铁磁性的。换句话说，在这些材料的铁原子中并排放置的电子对以相反的方向旋转，使它们不受外部磁场的影响。相反，家用磁性铁磁体中铁原子中的电子沿相同方向旋转，并被外部磁场吸引或排斥。

Plusquellic说：“太赫兹波将翻转一对电子中的一个的自旋取向，并被赤铁矿或针铁矿吸收。” “使用毫米波探测器，我们发现这种反铁磁吸收仅发生在电磁频谱的太赫兹区域的狭窄频率范围内-产生针铁矿和赤铁矿独有的'光谱指纹'，进而导致铁腐蚀。”

随着太赫兹源和检测器的最新发展，新的NIST无损评估技术具有潜力，可以从被混凝土，聚合物复合材料包围的钢的早期腐蚀中快速检测出微量的含铁氧化物。 ，油漆和其他防护材料。

Plusquellic说：“在实验室中，我们已经证明了2兆兆赫兹的太赫兹源可以产生通过25毫米混凝土检测赤铁矿的波。” “使用功率达数百毫瓦的太赫兹光源和具有空前的信噪比的先进接收器，我们应该能够穿透50毫米，混凝土的厚度覆盖了所使用的钢筋的第一层在大多数钢筋混凝土结构中。”

NIST小组的下一个工作将是寻找一种赤铁矿的光谱指纹，赤铁矿是在存在氯离子的情况下形成的铁腐蚀产物，氯离子来自海水和道路除冰盐等来源。

Garboczi说：“赤铁矿会在钢筋混凝土中引起类似针铁矿和赤铁矿的问题。”

反铁磁腐蚀检测方法由已故的NIST研究员，磁性材料领域的先驱William Egelhoff于2009年首次提出。

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