Công nghệ mới theo dõi nước phát hiện sớm sự cố trong kết cấu bê tông

Các nhà nghiên cứu tại Trường Đại học North Carolina và Đại học Miền Đông Phần Lan đã phát triển được công nghệ mới để theo dõi nước trong kết cấu bê tông, cho phép các kỹ sư phát hiện những sự cố tiềm ẩn trước khi chúng trở nên nghiêm trọng.

Theo PGS. Mohammad Pour-Ghaz, chuyên ngành công trình dân dụng, xây dựng và kỹ thuật môi trường và là trưởng dự án nghiên cứu, các công trình xây dựng từ các cây cầu và tòa nhà cao tầng cho đến các nhà máy điện hạt nhân và các đập đều được xây từ bê tông. Việc theo dõi sự xuống cấp của bê tông là cần thiết vì sự an toàn của người dân và thủ phạm gây ra hiện tượng này là nước. Bản thân nước góp phần gây suy thoái bê tông hoặc nó có thể chứa các hóa chất khác như muối đường (road salt) được sử dụng trên cầu, có thể thúc đẩy hiện tượng ăn mòn của cả bê tông và kết cấu cốt thép bên dưới.

PGS. Pour-Ghaz cho rằng: "Chúng tôi đã phát triển công nghệ cho phép xác định và theo dõi chuyển động của nước trong bê tông bằng cách sử dụng một dòng điện yếu di chuyển với tốc độ nhanh, an toàn và ít tốn kém hơn so với các công nghệ hiện nay và còn chính xác hơn khi theo dõi các mẫu lớn như các kết cấu. Công nghệ này không chỉ xác định vị trí và khả năng nước thấm qua bê tông, mà cả tốc độ chuyển động của nước, khối lượng nước và mức độ ảnh hưởng của các vết nứt hoặc hư hại hiện có đến chuyển động của nước”.

Các công nghệ cũ để đánh giá nước trong bê tông dựa vào X-quang hoặc bức xạ neutron đều có những hạn chế lớn. Công nghệ X-quang chỉ thâm nhập vào bê tông ở mức độ nhất định, nên không thể áp dụng cho các mẫu lớn hoặc trên các kết cấu. Công nghệ bức xạ neutron chính xác hơn, nhưng khả năng thâm nhập có hạn, chi phí đắt đỏ và gây nguy hiểm đến sức khỏe và sự an toàn. Trong khi đó, công nghệ mới có thể được sử dụng ngay tại hiện trường để kiểm tra các tòa nhà hoặc cây cầu, mà khó có thể thực hiện bằng các kỹ thuật cũ.

Đối với kỹ thuật chụp ảnh bằng điện, các nhà nghiên cứu đã áp các điện cực xung quanh chu vi của một kết cấu. Sau đó, một chương trình máy tính cho dòng điện yếu chạy giữa hai trong số các điện cực kế tiếp nhau. Mỗi khi dòng điện chạy giữa hai điện cực, máy tính theo dõi và ghi lại điện thế ở tất cả các điện cực trên kết cấu. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã sử dụng phần mềm tùy chỉnh riêng để tính những thay đổi về độ dẫn điện và tạo ra hình ảnh ba chiều về nước trong bê tông. Lặp lại nhanh quy trình này chưa đến mỗi giây/quy trình, nhóm nghiên cứu có thể thu thập dữ liệu tốc độ và thể tích của dòng chảy.

Các nhà nghiên cứu đã chế tạo và thử nghiệm mẫu hệ thống tại phòng thí nghiệm thông qua việc chụp chính xác hình ảnh về dòng chảy trong các mẫu bê tông quá lớn để phân tích bằng công nghê X-quang hoặc bức xạ neutron. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu còn có khả năng theo dõi dòng chảy qua các vết nứt trong bê tông, quy trình nan giải và mất nhiều thời gian nếu sử dụng công nghệ cũ.

PGS. Pour-Ghaz cho biết: “Công nghệ chụp ảnh bằng dòng điện của chúng tôi đã sẵn sàng được bao gói và thương mại hóa để sử dụng trong phòng thí nghiệm và chúng tôi mong muốn cùng phối hợp với khu vực tư nhân để mở rộng quy mô sử dụng công cụ tại chỗ với mục tiêu đánh giá tính toàn vẹn của kết cấu”.