Большие бетонные конструкции необходимо регулярно проверять на наличие дефектов, которые могут поставить под угрозу их устойчивость. Хотя в настоящее время акустические испытания, проводимые сертифицированными специалистами, являются основными для проверки, они занимают больше времени по мере увеличения размера конструкции. В новом исследовании ученые разработали новый метод выявления дефектов с помощью ударных волн, генерируемых лазерно-индуцированной плазмой. Новый метод отличается эффективностью, полностью неразрушающий и позволяет своевременно оценивать риски негативных изменений в бетоне.
Обычно дефекты в бетонных конструкциях обнаруживаются с помощью акустического теста, называемого «методом ударного импульса», который проводят сертифицированные строительные инспекторы. Однако для выполнения этих тестов требуется время, и, как и в случае с большинством методов, основанных на навыках, эффективность теста зависит от опыта проверяющего.
Альтернативный метод контроля для испытаний включает создание ударных волн вблизи поверхности бетонной конструкции. Ударные волны вызывают колебания конструкции, которые можно анализировать для обнаружения дефектов. Однако при таких испытаниях необходимо генерировать ударные волны, не повреждающие конструкцию. В этом отношении воздействие лазерно-индуцированной плазмы (ЛИП) ударной волны показало большие перспективы. Этот метод использовался для обнаружения дефектов в различных структурах. В этом методе ударные волны генерируются путем столкновения плазмы, генерируемой лазером с воздухом.
В новом исследовании исследователи из Технологического института Шибаура и Национального института квантовых наук и технологий Японии проверили эффективность этого метода при обнаружении трещин в бетонных конструкциях. «Мы использовали ударные волны в качестве бесконтактного неразрушающего импульсного воздействия. Это позволяет дистанционно и полностью неразрушающим образом обнаруживать дефекты в бетонных конструкциях», — объясняет Наоки Хосоя, профессор кафедры инженерных наук и механики в Технологический институт Шибаура и соответствующий автор исследования. Их результаты были опубликованы в Международном журнале механических наук.
Чтобы оценить новый метод, исследователи подвергли бетонный блок с искусственно созданным дефектом ударной волне, генерируемой мощным импульсным лазером. Затем вибрации были проанализированы в нескольких точках на поверхности бетона внутри и снаружи области дефекта. Анализ выявил наличие волн Рэлея в месте дефекта. Это поверхностные волны, которые движутся с большей скоростью, чем другие ударные волны. Исследователи смогли успешно определить области дефектов, обнаружив точки, в которых отражались эти волны. «Можно обнаружить дефекты в бетонном образце и определить местоположение приблизительной границы с помощью распространения волн Рэлея», — объясняет профессор Хосоя.
Визуализация волн Рэлея позволяет обнаруживать дефекты конструкции гораздо быстрее, чем с помощью других телеметрических методов анализа вибраций, что делает этот метод полезным для неразрушающего контроля бетонных конструкций. «Преимущество использования волн Рэлея для обнаружения дефектов заключается в том, что требуется меньше точек измерения по сравнению с измерением естественным способом. Кроме того, время, необходимое для обнаружения дефектов, может быть сокращено. Визуализация распространения волн Рэлея имеет потенциал для практического обнаружения изменений и дефектов в бетоне», — уточняет профессор Хосоя.
В заключение, использование ударных волн ЛИП для оценки трещин в бетонных конструкциях является безопасным и быстрым методом, который можно использовать для эффективного поддержания бетонных конструкций и предотвращения разрушений.