Istraživači sa Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju (NIST) osmislili su metodu koja detektuje koroziju u ranoj fazi. Korozija je primarna opasnost koja ugrožava „zdravlje“ čeličnih okvira unutar mostova, puteva i drugih infrastrukturnih objekata.
Ono što su razvili je neinvazivna tehnika pod nazivom „spectral fingerprint" koja otkriva koroziju betonski obloženih čeličnih elemenata pre nego što može da izazove značajne degradacije konstrukcije koju podržava. Metoda detekcije je opisana u novom članku u časopisu Applied Magnetic Resonance.
Dva najčešća i najrasprostranjenija oksida gvožđa su getit i hematit. „Braon rđa koja se formira kada se ostavil čekić na kiši je uglavnom getit, a kada čelična armatura korodira unutar betonskog mosta to je uglavnom hematit", rekao je NISTov fizički hemičar Dave Plusquellic. „Pokazali smo u našoj novoj studiji sa getitom, i u našim dosadašnjim radovima sa hematitom da teraherc zračenje (elektromagnetni talasi sa frekvencijama od 10 do 100 puta veći od onih koji se koriste za kuvanje hrane) može otkriti koroziju u proizvodima u ranim fazama njenog formiranja."
Trenutne metode za otkrivanje korozije koriste mikrotalase za snimanje promena fizičkog stanja „pogođenog“ čelika. Snimaju se promene u debljini armature kod betonskih mostova ili drugih konstrukcija.
„Nažalost, trenutak kada se takve promene otkriju, proces korozije je već na dobrom putu da izazove ozbljna oštećenja i pukotine u betonu", rekao je fizičar i kolega sa NISTa Ed Garboczi.
Ilustracija
Pored toga, Garboczi je rekao da se većina mikrotalasnih metoda snimanja oslanja na poređenje sa osnovnim merenjima čelika uzetih u vreme izgradnje, praksa koja seže oko 25 godina unazad.
„To je pravi problem, jer je prosečna starost armirano-betonskih mostova u SAD-u kojih je oko 400.000, oko 50 godina, a za mnoge od njih nema ni osnovnih podataka na raspolaganju", objasnio je on.
Metoda za detekciju koju su osmislili na NISTu zasnovana na teraherc talasima funkcioniše jer su getit i hematit antiferomagnetni. Drugim rečima, parovi elektrona sedeći rame uz rame unutar atoma gvožđa u ovim materijalima okreću se u suprotnim smerovima, ostavljajući da na njih ne utiče spoljno magnetno polje. Nasuprot toga, elektroni u atomu gvožđa kod kućnog magneta, koji je feromagnetni, vrte se u istom smeru i privlače ili odbijaju u zavisnosti od spoljnog magnetnog polja.
„Terahercni talasi će se okrenuti i uskladiti rotaciju jednog elektrona u paru i biti apsorbovani od strane hematita ili getita", rekao je Plusquellic. „Upotrebom milimetarskog detektora talasa, otkrili smo da se ova antiferomagnetna apsorpcija javlja samo u uskim rasponima frekvencija u terahercnom području elektromagnetnog spektra – dajući jedinstveni „spectral fingerprint" getitu i hematitu, a za uzvrat, koroziju gvožđu"
Sa trenutnim napretkom terahercnih talasa i detektora, nova neinvanzivna NISTova tehnika evaluacije ima potencijal da brzo otkrije male količine gvožđu srodne okside u ranim fazama koroziranja čelika koji je okružen betonom, polimernim kompozitima (kao što su izolacione cevi u fabrikama), bojama i drugim zaštitnim materijalima.
„U laboratoriji smo pokazali da izvor od 2mW teraherca može da proizvede talase koji otkrivaju hematit kroz 25 milimetara betona", rekao je Plusquellic. „Upotrebom teraherc izvora sa snagom od nekoliko stotina mW i prijemnikom poslednje tehnologije bez presedana kada je odnos „signal-šum“, trebali bismo biti u stanju da prodremo 50 milimetara, u prvi sloj betonske armature koja se koristi u većini čelično-armiranih-betonskih konstrukcija. "
Naredni korak NIST tima će biti pokušaj da se pronađe „spectral fingerprint “ za akageneite. Ovo je proizvod korozije gvožđa formiran u prisustvu hloridnih jona, koji dolaze iz izvora kao što su morska voda i so za posipanje puteva kada se zalede.
„Akageneiti mogu izazvati probleme u armiranom betonu slične onima koje izazivaju getit i hematit", rekao je Garboczi.
Metodu antiferomagnetne detekcije korozije je prvi put predstavio 2009. godine pokojni William Egelhoff, NISTov kolega i pionir u polju magnetnih materijala.
