日本芝浦工業大學的研究成果提供了一種快速評估混凝土缺陷的無損檢測方法。

定位缺陷

混凝土材料中的缺陷檢測，對于土木工程和結構應用至關重要。據麥姆斯咨詢報道，日本芝浦工業大學(Shibaura Institute of Technology)開發了一種新的激光檢測方法，通過在混凝土中產生可控振動或壓力波并監測它們在結構中的傳播，從而檢測混凝土材料中的缺陷，幫助保護關鍵基礎設施。

該研究成果已發表于Mechanical Sciences期刊，據介紹，這種新方法使用激光誘導等離子體(LIP)產生沖擊波，而LIP本身通過Nd:YAG脈沖激光器的作用產生。

“我們使用LIP沖擊波作為非接觸、非破壞性的脈沖激勵。”芝浦工業大學的Naoki Hosoya評論道，“這使我們可以對混凝土結構中的缺陷進行遠距離、完全無損的檢測。”

此前也有利用激光進行過類似的研究，例如使用激光燒蝕固體表面作為施加必要激發的手段，但是表面燒蝕使檢測具有破壞性。利用LIP，通過在材料表面附近產生高溫等離子體，既無破壞性，也實現了非接觸檢測。

然后，通過激光多普勒測振儀(LDV)檢測材料的響應，這是一種測量從振動表面反射激光多普勒頻移的技術，可以揭示振動的振幅和頻率。

更少測量，更快檢測

在試驗中，研究人員利用1064 nm Nd:YAG激光器將5 ns的脈沖指向混凝土測試塊，混凝土塊中留有故意制作的缺陷。

聚焦脈沖迫使激光能量密度超過臨界值，從而產生高溫高密度等離子體。在實驗中，該等離子體形成于距測試樣品表面5.5 mm處，產生的沖擊波壓力相當于472 kPa。然后對缺陷區域混凝土表面上的多個點進行振動分析。

除了在混凝土結構內引發固有頻率響應外，LIP沖擊波還在缺陷處誘發瑞利波(Rayleigh waves)。瑞利波是一種特殊形式的表面波，具有相對較快的速度，研究人員能夠通過檢測這些瑞利波的反射點成功地確定缺陷區域。

“使用瑞利波檢測缺陷的優點在于，所需要的測量點更少。”Naoki Hosoya指出，“此外，可以縮短缺陷檢測所需要的時間。瑞利波傳播的可視化，有潛力應用于檢測混凝土中的結構和缺陷。”

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