日本芝浦工业大学的研究成果提供了一种快速评估混凝土缺陷的无损检测方法。

定位缺陷

混凝土材料中的缺陷检测，对于土木工程和结构应用至关重要。据麦姆斯咨询报道，日本芝浦工业大学(Shibaura Institute of Technology)开发了一种新的激光检测方法，通过在混凝土中产生可控振动或压力波并监测它们在结构中的传播，从而检测混凝土材料中的缺陷，帮助保护关键基础设施。

该研究成果已发表于Mechanical Sciences期刊，据介绍，这种新方法使用激光诱导等离子体(LIP)产生冲击波，而LIP本身通过Nd:YAG脉冲激光器的作用产生。

“我们使用LIP冲击波作为非接触、非破坏性的脉冲激励。”芝浦工业大学的Naoki Hosoya评论道，“这使我们可以对混凝土结构中的缺陷进行远距离、完全无损的检测。”

此前也有利用激光进行过类似的研究，例如使用激光烧蚀固体表面作为施加必要激发的手段，但是表面烧蚀使检测具有破坏性。利用LIP，通过在材料表面附近产生高温等离子体，既无破坏性，也实现了非接触检测。

然后，通过激光多普勒测振仪(LDV)检测材料的响应，这是一种测量从振动表面反射激光多普勒频移的技术，可以揭示振动的振幅和频率。

更少测量，更快检测

在试验中，研究人员利用1064 nm Nd:YAG激光器将5 ns的脉冲指向混凝土测试块，混凝土块中留有故意制作的缺陷。

聚焦脉冲迫使激光能量密度超过临界值，从而产生高温高密度等离子体。在实验中，该等离子体形成于距测试样品表面5.5 mm处，产生的冲击波压力相当于472 kPa。然后对缺陷区域混凝土表面上的多个点进行振动分析。

除了在混凝土结构内引发固有频率响应外，LIP冲击波还在缺陷处诱发瑞利波(Rayleigh waves)。瑞利波是一种特殊形式的表面波，具有相对较快的速度，研究人员能够通过检测这些瑞利波的反射点成功地确定缺陷区域。

“使用瑞利波检测缺陷的优点在于，所需要的测量点更少。”Naoki Hosoya指出，“此外，可以缩短缺陷检测所需要的时间。瑞利波传播的可视化，有潜力应用于检测混凝土中的结构和缺陷。”

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