芝工大ら,非破壊コンクリ遠隔打音検査手法を開発

芝浦工業大学と量子科学技術研究開発機構は,コンクリート構造物の欠陥をレーザー誘起プラズマから発生する衝撃波で検出する,世界初の完全非破壊な遠隔打音検査手法を開発した(ニュースリリース)。

今後増え続けるインフラの老朽化に対処するために,検査の効率化と信頼性が課題となっている。この課題を解決するため,研究グループは今回,レーザー誘起プラズマから発生する衝撃波を用いて欠陥を特定する新たな方法を開発した。

ハンマーを使った打音検査に代わる検査方法として,コンクリート構造物の表面近くに衝撃波を発生させる方法がある。この衝撃波が構造物に振動を与え,その振動を解析することで欠陥を検出することができる。そして,このような検査では,構造物に損傷を与えない衝撃波を発生させる必要がある。

そこで期待されているのが,レーザー誘起プラズマ(LIP)衝撃波の発生。この技術は,パイプから果物の表面まで,さまざまな構造物の欠陥を検出するために使用されている。この方法では,コンクリート表面近くにレーザーでプラズマを形成する。そして,このプラズマにより衝撃波を生成する。この衝撃波はハンマーで叩くことと同じ役割を果たす。

従来のレーザーを用いた打音検査では,表面をレーザーにより僅かに蒸散させることで加振力を得るが,表面に微小ではあるが照射痕が残るため,塗装された面や竣工時の検査等への適用に課題があった。今回のLIPによる衝撃波を利用したレーザー打音法では,レーザーを直接検査対象に照射することなく,衝撃波により間接的に加振するため,世界で初めて検査対象を傷つけることのない検査が可能となった。

研究グループは,新しい手法を評価するため,人工的に欠陥を形成したコンクリートブロック表面近くに高出力レーザーで衝撃波を発生させた。そして,欠陥部分の内側と外側のコンクリート表面の複数の点で振動を分析した。

解析の結果,欠陥のある部位には振幅が大きなレイリー波が発生していることがわかった。これは,他の衝撃波よりも速い速度で動く表面波。このレイリー波が観測された箇所を検出することで,内部に埋没されたものも含めて,欠陥箇所を特定することに成功した。

レイリー波を可視化することで,振動を解析する他の遠隔測定手法に比べて構造物の欠陥をより早く検出,固有振動モードの測定に比べて測定点数が少なく済む。LIP衝撃波を用いたコンクリート構造物のひび割れの評価は,安全かつ迅速な方法であり,インフラの維持や構造物の破壊防止に活用できるとする。

研究グループは今後,この方式の社会実装を目指した改良・開発を進める予定だとしている。

※公開後一部加筆修正しました

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