Cuando sufre una caída, una colisión en el campo o algún otro golpe traumático, lo primero que hará el médico es tomar una radiografía, una tomografía computarizada o una resonancia magnética para determinar si algo se ha dañado internamente.El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST está utilizando el mismo principio, pero en una forma más poderosa, para detectar la corrosión, el peligro principal que amenaza la salud del marco de acero dentro de los puentes, carreteras y otras infraestructuras físicas antiguas.
Lo que han desarrollado es una técnica no invasiva de "huella digital espectral" que revela la corrosión del acero revestido de concreto antes de que pueda causar una degradación significativa de la estructura que soporta. El método de detección se describe en un nuevo artículo en la revista Resonancia magnética aplicada .
Cuando el agua y el oxígeno corroen el hierro, se producen diferentes productos de óxido de hierro, siendo los dos más comunes la goethita y la hematita. "El óxido marrón que se forma cuando dejas un martillo bajo la lluvia es principalmente goethita, y cuando un refuerzo de acerola barra [armadura] se corroe dentro de la cubierta de un puente de concreto, que es principalmente hematita ", dijo el químico físico del NIST Dave Plusquellic." Hemos demostrado en nuestro nuevo estudio con goetita, y nuestro trabajo previo con hematita enlace externo, esa radiación de terahercios- ondas electromagnéticas con frecuencias de 10 a 100 veces más altas que las microondas utilizadas para cocinar alimentos - pueden detectar ambos productos de corrosión en las primeras etapas de formación ".
Los métodos de imágenes actuales para descubrir la corrosión usan microondas para registrar cambios en el estado físico del acero afectado, como cambios en el grosor de una barra de refuerzo dentro del concreto de un puente u otra estructura.
"Desafortunadamente, para cuando estos cambios sean detectables, el proceso corrosivo ya está en camino de causar grietas en el concreto", dijo el físico y miembro del NIST Ed Garboczi.
Además, Garboczi dijo que la mayoría de los métodos de imágenes de microondas se basan en comparaciones con mediciones de referencia del acero tomado en el momento de la construcción, una práctica que solo se remonta a unos 25 años.
"Eso es un problema real ya que la edad promedio de los 400,000 puentes de concreto reforzado con acero en los Estados Unidos es de 50 años y no hay datos de referencia disponibles para muchos de ellos", explicó.
El método de detección de ondas terahercios NIST funciona porque la goetita y la hematita son antiferromagnéticas. En otras palabras, los pares de electrones que se encuentran uno al lado del otro dentro de los átomos de hierro en estos materiales giran en direcciones opuestas, dejándolos sin afectar por los campos magnéticos externos.Por el contrario, los electrones en los átomos de hierro de un imán doméstico, que es ferromagnético, giran en la misma dirección y son atraídos o repelidos por campos magnéticos externos.
"Las ondas de Terahercios cambiarán la alineación de rotación de uno de los electrones en un par y serán absorbidas por la hematita o la goetita", dijo Plusquellic. "Usando un detector de ondas milimétricas, descubrimos que esta absorción antiferromagnética solo ocurre dentro de rangos de frecuencia estrechos enla región de terahercios del espectro electromagnético, que produce 'huellas digitales espectrales' exclusivas de la goethita y la hematita y, a su vez, la corrosión del hierro ".
Con los avances actuales en fuentes y detectores de terahercios, la nueva técnica de evaluación no destructiva NIST tiene el potencial de detectar rápidamente pequeñas cantidades de óxidos que contienen hierro a partir de la corrosión en etapas tempranas del acero rodeado de concreto, compuestos de polímeros como el aislamiento de tuberías en unfábrica, pinturas y otros materiales de protección.
"En el laboratorio, hemos demostrado que una fuente de terahercios de 2 milivatios puede producir ondas que detectan hematita a través de 25 milímetros de concreto", dijo Plusquellic. "Usar fuentes de terahercios con potencias en los cientos de milivatios y el estado del-receptores de arte con relaciones señal / ruido sin precedentes, deberíamos poder penetrar 50 milímetros, el espesor del concreto que cubre la primera capa de armadura utilizada en la mayoría de las estructuras de concreto reforzado con acero ".
El siguiente paso para el equipo del NIST será un intento de encontrar una huella digital espectral para akageneite, un producto de corrosión de hierro formado en presencia de iones de cloruro, que provienen de fuentes como el agua de mar y la sal de deshielo de la carretera.
"La akageneita puede causar problemas en el concreto reforzado con acero similar a los observados con goethita y hematita", dijo Garboczi.
El método de detección de corrosión antiferromagnética fue concebido por primera vez en 2009 por el fallecido William Egelhoff, miembro del NIST y pionero en el campo de los materiales magnéticos.
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Materiales proporcionados por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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