Лазер и бетон

Каменные виадуки и мосты времен Древнего Рима до сих пор сохранились на территории империи. Инженеры и рабы строили их на века. Видимо, с той поры и пошла традиция: конструктор и строители моста в торжественный момент начала движения стоят под ним, а не на нем. За нынешние постройки жизнью не отвечают, однако качество конструкции проверяют столь же тщательно. Интересно, что и методы за тысячи лет практически не изменились: используют простукивание молоточками и анализ звука на слух или приборами. Поиск трещин и дефектов в конструкциях ведут сертифицированные специалисты. Долго, методично и тщательно.

Усовершенствовать и ускорить этот процесс предложила группа ученых из Технологического института Сибаура и Национального института квантовых наук и технологий Японии, руководимая профессором факультета механики и инженерных наук Хосоя Наоки (Naoki Hosoya). Для дефектоскопии бетонных конструкций вместо молоточков они решили использовать лазер. Его свет фокусируют в точку над поверхностью бетона, практически впритык. При подаче мощного фотонного импульса в этой точке происходит плазменный пробой воздуха: он генерирует ударную волну. Этот удар возбуждает в бетоне акустические колебания, а их спектр напрямую связан с дефектной структурой изделия. Колебания можно считывать по отражению от бетонной поверхности лучей других лазеров и таким образом измерять ее мельчайшие перемещения.

Ученые следили за возбуждением специфических поверхностных колебаний, так называемых волн Релея. От объемных волн они отличаются скоростью распространения. По их карте удается определять расположение границ бездефектных блоков бетона и отдельные скопления дефектов, причем делать это весьма быстро. Профессор Хосоя абсолютно уверен в будущем своего экспресс-метода.

(International Journal of Mechanical Sciences, 218, 2022 - полный текст)

Фото: International Journal of Mechanical Sciences, 218, 2022