Cuando sufres una caída una colisión en el campo o algún otro golpe traumático, lo primero que hará el médico es tomar una radiografía, Tomografía computarizada o resonancia magnética para determinar si algo se ha dañado internamente. Los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) están utilizando el mismo principio, pero de una forma más poderosa, para detectar la corrosión, el peligro principal que amenaza la salud de la estructura de acero dentro de los puentes de la nación, carreteras y otra infraestructura física envejecida.

Lo que han desarrollado es una técnica no invasiva de "huella digital espectral" que revela la corrosión del acero revestido de hormigón antes de que pueda causar una degradación significativa de la estructura que soporta. El método de detección se describe en un nuevo artículo de 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 una barra de refuerzo de acero [varilla] se corroe dentro de la plataforma de un puente de hormigón, que es principalmente hematita, ", dijo el químico físico del NIST Dave Plusquellic." Hemos demostrado en nuestro nuevo estudio con goethita, y nuestro trabajo anterior con hematita, que la radiación de terahercios (ondas electromagnéticas con frecuencias de 10 a 100 veces más altas que las microondas utilizadas para cocinar alimentos) puede detectar ambos productos de corrosión en las primeras etapas de formación ".

Los métodos actuales de obtención de imágenes para descubrir la corrosión utilizan microondas para registrar los cambios en el estado físico del acero afectado. como cambios en el espesor de una barra de refuerzo dentro del hormigón de un puente u otra estructura.

"Desafortunadamente, en el momento en que tales cambios sean detectables, el proceso corrosivo ya está en camino de causar grietas en el hormigón, ", dijo el físico y miembro del NIST Ed Garboczi.

Adicionalmente, Garboczi dijo que la mayoría de los métodos de obtención de imágenes por microondas se basan en comparaciones con las mediciones de referencia del acero tomadas en el momento de la construcción. una práctica que solo se remonta a unos 25 años.

"Eso es un problema real desde la edad promedio de 400 años, 000 puentes de hormigón armado en los Estados Unidos son 50 años y no hay datos de referencia disponibles para muchos de ellos, " él explicó.

El método de detección de ondas de terahercios del NIST funciona porque la goethita 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 intactos por campos magnéticos externos. A diferencia de, 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 espín de uno de los electrones de un par y serán absorbidas por la hematita o la goethita, ", Dijo Plusquellic." Usando un detector de ondas milimétricas, Descubrimos que esta absorción antiferromagnética solo ocurre dentro de rangos de frecuencia estrechos en la región de terahercios del espectro electromagnético, lo que produce 'huellas digitales espectrales' exclusivas de la goetita y la hematita. y a la vez, corrosión del hierro ".

Con los avances actuales en fuentes y detectores de terahercios, La nueva técnica de evaluación no destructiva del NIST tiene el potencial de detectar rápidamente pequeñas cantidades de óxidos que contienen hierro de la corrosión en etapa temprana del acero rodeado de hormigón. compuestos poliméricos (como aislamiento de tuberías en una fábrica), pinturas y otros materiales protectores.

"En el laboratorio, Hemos demostrado que una fuente de terahercios de 2 milivatios puede producir ondas que detectan hematites a través de 25 milímetros de hormigón. ", Dijo Plusquellic." Utilizando fuentes de terahercios con potencias de cientos de milivatios y receptores de última generación con relaciones de señal a ruido sin precedentes, deberíamos poder penetrar 50 milímetros, el espesor del hormigón que cubre la primera capa de varilla que se utiliza en la mayoría de las estructuras de hormigón armado ".

El siguiente paso para el equipo del NIST será un intento de encontrar una huella dactilar espectral para akageneite, un producto de corrosión del hierro formado en presencia de iones cloruro, que provienen de fuentes como el agua de mar y la sal de deshielo de carreteras.

"La akageneita puede causar problemas en el hormigón reforzado con acero similares a los que se observan con la goethita y la hematita, "Dijo Garboczi.

El método de detección de corrosión antiferromagnética fue concebido por primera vez en 2009 por el fallecido William Egelhoff, becario del NIST y pionero en el campo de los materiales magnéticos.