大型混凝土結(jié)構(gòu)需要定期測試可能影響其穩(wěn)定性的缺陷。雖然由經(jīng)過認證的檢查員進行的聲學(xué)測試通常是首選的檢查方法，但隨著結(jié)構(gòu)尺寸的增加，這些測試需要更長的時間來執(zhí)行。在一項新研究中，科學(xué)家們開發(fā)了一種新方法，利用激光誘導(dǎo)等離子體產(chǎn)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(chǔ)設(shè)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(jié)構(gòu)尤其如此。當(dāng)橋梁、建筑物和隧道等混凝土結(jié)構(gòu)長期反復(fù)加載時，它們會產(chǎn)生裂縫，裂縫可能會進一步發(fā)展并導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效。因此，需要定期檢查以在裂縫成為引起關(guān)注的原因之前發(fā)現(xiàn)裂縫。

傳統(tǒng)上，混凝土結(jié)構(gòu)的缺陷是使用由經(jīng)過認證的建筑檢查員執(zhí)行的稱為“錘擊法”的聲學(xué)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(shù)基于技能的技術(shù)一樣，測試的有效性取決于檢查員的專業(yè)知識。此外，隨著老化的基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量不斷增加，快速可靠的檢查方法對于確保結(jié)構(gòu)的安全運行和長期使用至關(guān)重要。

另一種測試方法是在混凝土結(jié)構(gòu)表面附近產(chǎn)生沖擊波。沖擊波在結(jié)構(gòu)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(chǎn)生不會損壞結(jié)構(gòu)的沖擊波。在這方面，激光誘導(dǎo)等離子體(LIP)沖擊波激發(fā)已顯示出巨大的希望。該技術(shù)已被用于檢測各種結(jié)構(gòu)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(chǎn)生的等離子體與空氣碰撞產(chǎn)生的。

在一項新研究中，芝浦工業(yè)大學(xué)和國立量子科學(xué)技術(shù)研究所的研究人員測試了這種方法在檢測混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中的缺陷，”工程科學(xué)與力學(xué)系教授NaokiHosoya解釋說芝浦工業(yè)大學(xué)和該研究的通訊作者。他們的研究結(jié)果已發(fā)表在國際機械科學(xué)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(chǎn)生的沖擊波中。然后在缺陷區(qū)域內(nèi)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(qū)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(jié)構(gòu)中的缺陷，使其成為混凝土結(jié)構(gòu)無損檢測的有用方法。“使用瑞利波檢測缺陷的優(yōu)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(jié)構(gòu)中的裂縫是一種安全、快速的方法，可用于維護基礎(chǔ)設(shè)施和防止結(jié)構(gòu)失效。