Les chercheurs ont mis au point une technique optique non destructive et non invasive qui permet de déterminer les temps de prise de différents types de pâte de ciment, qui est utilisé pour lier les nouvelles et anciennes surfaces en béton. La nouvelle méthode pourrait aider au développement de types de ciment optimisés avec moins d'impact sur l'environnement.

"Notre méthode optique non invasive caractérise et détermine le temps de prise du ciment, qui est un paramètre très important pour l'industrie de la construction, " a déclaré José Ortiz-Lozano, membre de l'équipe de recherche de l'Universidad Autónoma de Aguascalientes, Tecnológico Nacional de México et Centro de Investigaciones en Óptica, au Mexique. "Il peut également évaluer avec précision le processus d'hydratation du ciment en temps réel. Cette information est cruciale à la fois pour l'étude de la chimie physique et la caractérisation quantitative des propriétés nanomécaniques des matériaux à base de ciment."

Dans le journal de l'Optical Society (OSA) Optique appliquée , les chercheurs décrivent la nouvelle méthode, qui combine la technologie laser avec un modèle optique pour calculer le comportement dynamique de la pâte de ciment. Les chercheurs montrent que leur approche permet de calculer avec précision à la fois le temps de prise initial - le temps disponible pour mélanger le ciment et le mettre en place - et le temps de prise final, lorsque le ciment atteint sa pleine résistance.

« Notre groupe cherche à améliorer les performances des matériaux à base de ciment, comme les pâtes de ciment, mortiers et bétons, " a déclaré Ortiz-Lozano. " De nouvelles méthodes de caractérisation des matériaux, comme celui que nous rapportons ici, peut être utilisé pour améliorer le comportement et les performances du ciment en optimisant ses constituants. Cela pourrait conduire à de nouveaux types de ciment qui utilisent moins d'eau et de matières premières comme le calcaire et l'argile, ce qui les rendrait plus respectueux de l'environnement."

Étudier le ciment avec la lumière

Bien qu'il existe une variété de techniques pour étudier la dynamique de prise du ciment, ils présentent divers inconvénients tels qu'être destructeurs, envahissantes ou influencées par des facteurs humains. La nouvelle méthode utilise les propriétés optiques de la pâte de ciment pour calculer directement le temps de prise initial et final du ciment en mesurant la lumière diffuse qui se réfléchit sur le ciment.

Au fur et à mesure que le ciment prend, la réflexion de la lumière diffuse change au fur et à mesure qu'elle réagit avec l'eau et les espaces entre les particules de ciment changent. La quantité d'eau présente et la couche de surface protectrice à chaque étape de prise influencent également les propriétés de réflexion diffuse. Les chercheurs ont combiné les mesures de réflexion diffuse avec le modèle Kubelka-Munk, qui est utilisé pour décrire la réflexion diffuse d'échantillons opaques.

"Cette nouvelle méthode optique a été développée à l'aide d'outils, composants et matériaux courants dans l'industrie optique, " dit Ortiz-Lozano. " Ce serait, donc, assez simple et économique à mettre en œuvre dans les laboratoires de contrôle qualité du ciment. Il peut être appliqué à tout type de ciment une fois le calibrage approprié effectué avec le modèle Kubelka-Munk."

Les chercheurs ont appliqué la nouvelle technique à six échantillons de ciment et ont constaté que les résultats de tous les échantillons étaient reproductibles et concordaient bien avec les techniques de mesure couramment utilisées aujourd'hui.

"Cette technique à base de laser permet une évaluation continue et précise du processus d'hydratation du ciment avec une répétabilité et une reproductibilité élevées, montrant son potentiel pour l'étude des propriétés physico-chimiques du ciment, " dit Ortiz-Lozano.

Prochain, les chercheurs prévoient d'acquérir plus de données en utilisant plus de types de ciment, mortiers, des bétons ainsi que des rapports eau/ciment supplémentaires et des pâtes de ciment contenant des adjuvants chimiques et/ou minéraux. Ils prévoient également d'effectuer les travaux nécessaires à la normalisation de la méthode en tant que norme.