一種激光快速無損檢測混凝土結構裂縫的方法

大型混凝土結構需要定期測試可能影響其穩定性的缺陷。雖然由經過認證的檢查員進行的聲學測試通常是首選的檢查方法，但隨著結構尺寸的增加，這些測試需要更長的時間來執行。在一項新研究中，科學家們開發了一種新方法，利用激光誘導等離子體產生的沖擊波來識別缺陷。新方法速度更快，完全無損，并允許及時評估混凝土基礎設施。

沒有什么是真正固定在混凝土中的，對于由混凝土制成的結構尤其如此。當橋梁、建筑物和隧道等混凝土結構長期反復加載時，它們會產生裂縫，裂縫可能會進一步發展并導致結構失效。因此，需要定期檢查以在裂縫成為引起關注的原因之前發現裂縫。

傳統上，混凝土結構的缺陷是使用由經過認證的建筑檢查員執行的稱為“錘擊法”的聲學測試來檢測的。但是，這些測試需要時間才能完成，并且與大多數基于技能的技術一樣，測試的有效性取決于檢查員的專業知識。此外，隨著老化的基礎設施數量不斷增加，快速可靠的檢查方法對于確保結構的安全運行和長期使用至關重要。

另一種測試方法是在混凝土結構表面附近產生沖擊波。沖擊波在結構上引起振動，可以對其進行分析以檢測缺陷。但是，在此類測試中，必須產生不會損壞結構的沖擊波。在這方面，激光誘導等離子體(LIP)沖擊波激發已顯示出巨大的希望。該技術已被用于檢測各種結構中的缺陷，從管道到水果表面。在這種方法中，沖擊波是由激光產生的等離子體與空氣碰撞產生的。

在一項新研究中，芝浦工業大學和國立量子科學技術研究所的研究人員測試了這種方法在檢測混凝土結構裂縫方面的有效性。“我們使用LIP沖擊波作為非接觸、非破壞性的脈沖激勵。這允許遠程和完全非破壞性地檢測混凝土結構中的缺陷，”工程科學與力學系教授NaokiHosoya解釋說芝浦工業大學和該研究的通訊作者。他們的研究結果已發表在國際機械科學雜志上。

為了評估這種新方法，研究人員將一個具有人為缺陷的混凝土塊暴露在高功率脈沖激光產生的沖擊波中。然后在缺陷區域內外的混凝土表面上的多個點分析振動。分析揭示了在缺陷部位存在瑞利波。這些表面波以比其他沖擊波更快的速度移動。研究人員能夠通過檢測這些瑞利波被反射的點成功地確定缺陷區域。“可以檢測到混凝土試樣中的缺陷，并且可以使用瑞利波的傳播來確定近似邊界的位置，”Hosoya教授解釋說。

通過可視化瑞利波，可以比其他分析振動的遙測方法更快地檢測結構中的缺陷，使其成為混凝土結構無損檢測的有用方法。“使用瑞利波檢測缺陷的優勢在于，與測量自然模式相比，需要更少的測量點。此外，可以縮短缺陷檢測所需的時間。可視化瑞利波傳播具有實際檢測配置和缺陷的潛力具體來說，”Hosoya教授解釋道。

總之，使用LIP沖擊波評估混凝土結構中的裂縫是一種安全、快速的方法，可用于維護基礎設施和防止結構失效。