一种激光快速无损检测混凝土结构裂缝的方法

大型混凝土结构需要定期测试可能影响其稳定性的缺陷。虽然由经过认证的检查员进行的声学测试通常是首选的检查方法，但随着结构尺寸的增加，这些测试需要更长的时间来执行。在一项新研究中，科学家们开发了一种新方法，利用激光诱导等离子体产生的冲击波来识别缺陷。新方法速度更快，完全无损，并允许及时评估混凝土基础设施。

没有什么是真正固定在混凝土中的，对于由混凝土制成的结构尤其如此。当桥梁、建筑物和隧道等混凝土结构长期反复加载时，它们会产生裂缝，裂缝可能会进一步发展并导致结构失效。因此，需要定期检查以在裂缝成为引起关注的原因之前发现裂缝。

传统上，混凝土结构的缺陷是使用由经过认证的建筑检查员执行的称为“锤击法”的声学测试来检测的。但是，这些测试需要时间才能完成，并且与大多数基于技能的技术一样，测试的有效性取决于检查员的专业知识。此外，随着老化的基础设施数量不断增加，快速可靠的检查方法对于确保结构的安全运行和长期使用至关重要。

另一种测试方法是在混凝土结构表面附近产生冲击波。冲击波在结构上引起振动，可以对其进行分析以检测缺陷。但是，在此类测试中，必须产生不会损坏结构的冲击波。在这方面，激光诱导等离子体(LIP)冲击波激发已显示出巨大的希望。该技术已被用于检测各种结构中的缺陷，从管道到水果表面。在这种方法中，冲击波是由激光产生的等离子体与空气碰撞产生的。

在一项新研究中，芝浦工业大学和国立量子科学技术研究所的研究人员测试了这种方法在检测混凝土结构裂缝方面的有效性。“我们使用LIP冲击波作为非接触、非破坏性的脉冲激励。这允许远程和完全非破坏性地检测混凝土结构中的缺陷，”工程科学与力学系教授NaokiHosoya解释说芝浦工业大学和该研究的通讯作者。他们的研究结果已发表在国际机械科学杂志上。

为了评估这种新方法，研究人员将一个具有人为缺陷的混凝土块暴露在高功率脉冲激光产生的冲击波中。然后在缺陷区域内外的混凝土表面上的多个点分析振动。分析揭示了在缺陷部位存在瑞利波。这些表面波以比其他冲击波更快的速度移动。研究人员能够通过检测这些瑞利波被反射的点成功地确定缺陷区域。“可以检测到混凝土试样中的缺陷，并且可以使用瑞利波的传播来确定近似边界的位置，”Hosoya教授解释说。

通过可视化瑞利波，可以比其他分析振动的遥测方法更快地检测结构中的缺陷，使其成为混凝土结构无损检测的有用方法。“使用瑞利波检测缺陷的优势在于，与测量自然模式相比，需要更少的测量点。此外，可以缩短缺陷检测所需的时间。可视化瑞利波传播具有实际检测配置和缺陷的潜力具体来说，”Hosoya教授解释道。

总之，使用LIP冲击波评估混凝土结构中的裂缝是一种安全、快速的方法，可用于维护基础设施和防止结构失效。