日本芝浦工業(yè)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(jù)麥姆斯咨詢報道，日本芝浦工業(yè)大學（Shibaura Institute of Technology）開發(fā)了一種新的激光檢測方法，通過在混凝土中產(chǎn)生可控振動或壓力波并監(jiān)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(fā)表于Mechanical Sciences期刊，據(jù)介紹，這種新方法使用激光誘導等離子體（LIP）產(chǎn)生沖擊波，而LIP本身通過Nd:YAG脈沖激光器的作用產(chǎn)生。

“我們使用LIP沖擊波作為非接觸、非破壞性的脈沖激勵?！敝テ止I(yè)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?！?br />
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(fā)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(chǎn)生高溫等離子體，既無破壞性，也實現(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)生的沖擊波壓力相當于472 kPa。然后對缺陷區(qū)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(nèi)引發(fā)固有頻率響應外，LIP沖擊波還在缺陷處誘發(fā)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(qū)域。

“使用瑞利波檢測缺陷的優(yōu)點在于，所需要的測量點更少?！盢aoki 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?！?br />
其他相關研究

德國弗勞恩霍夫技術經(jīng)濟數(shù)學研究所（ITWM）宣布開發(fā)一種分析軟件，旨在通過結合機器學習、結構建模和成像以及統(tǒng)計方法，揭示鋼筋混凝土構件中微小的結構變化。

德國TUK大學（Technical University of Kaiserslautern）構建了一種命名為Gulliver的系統(tǒng)，獨一無二地采用ITWM的分析軟件來分析混凝土變形過程中捕獲的CT成像數(shù)據(jù)。最初的試驗將聚焦四點彎曲測試中大型混凝土梁裂縫的3D成像。

審核編輯 ：李倩