激光技术应用于建筑行业

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在土木工程领域，用激光加工建材的研究，已进行了长达40年之久，但进展非常缓慢，原因是：激光加工的成本太高。该领域对激光器输出功率的要求太高，因为，在通常情况下，混凝土和其它建材都是很厚、很大的。自上世纪90年代后期以来，几千瓦级激光器（如高功率二极管激光器和光纤激光器等）的巨大进展，又重新在土木工程领域点燃了研究激光加工建材的热情。下面,我们将简要介绍高功率激光器在加工建材方面的最新进展，如混凝土、灰泥板材和天然的激光、钻孔和表面处理等。

　　激光上釉：对天然石材和制品进行激光上釉的技术，是在上世纪90年代早期发展起来的，上釉后的产品主要用于护墙板。用低功率密度(大约400 W/cm2)的散焦光束熔化表面层，而颜色则可通过添加金属离子的方法加到层中去。在天然石材的情况下，可在激光处理之前，用刷子或用其它方法将盐水中的金属离子涂到产品的表面上。在水泥制品情况下，可在浇铸之前,将少量的金属氧化物粉沫加到灰泥或混凝土混合料中。当表面被激光融化时,玻璃层就披上一层与金属离子或氧化物相应的颜色。激光上釉的优点是：图案或颜色深浅很容易通过改变激光处理参数调节。

　　激光去污：许多国家都在研究用激光去除混凝土工事表面和核实施地面污染层的可行性。通常，污染只在表面附近存在, 再下面的混凝土是没有污染的。去除污染的表面层(通常几毫米厚)，会大大减小在核设施报废时要处理的混凝土体积。激光去污的优点是：容易实现遥控操作，这可把工人在污染区的工作时间缩到最短，减小二次污染废物的产生,减少设备污染。可供选择的几项激光去除表面层的技术有：蒸发、散裂和热退化。

　　表面层蒸发(消融)可用聚焦的高功率激光束在混凝土表面扫描实现，但此时的功率密度必须足够高，至少在几千瓦/厘米2量级，而在散裂过程中，只需使用非聚焦的激光束，功率密度较低，约为200-300瓦/厘米2量级。在后者情况下，位于表面下的混凝土中的水，瞬时蒸发产生内部应力，这种应力会引起表面层分层和散裂。用水泥散裂方法去除表面层的缺点是：该方法不太稳定，只能作为第一个操作步骤使用。用激光重复扫描已散裂的区域几乎不会产生进一步散裂。为此,这一方法只对去除2-3毫米的浅表面层有效。去除表面层的第三个方法是用激光使近表面的混凝土熔化和热退化。凝固的玻璃层和它下面的热退化层非常脆弱，很容易用机械方法去除。1999年，日本已用Nd:YAG激光器加系统，对核设施进行了成功的清洗，证明这个方法是可行的。激光熔化和机械清除工序可以重复，直到去除厚度达到要求为止。

　　表面粗化：用CO2激光器在用于大楼的花岗岩表面划痕和粗化，已于十几年前在日本演示过了，人们试图用它作为传统方法（喷火粗化法）的替代品。与喷火粗化法相比，激光划痕的优点是：几乎不会使表面下的材料破坏,几乎不会影响的强度，不会破坏石头的边缘。

　　最近，在德国、西班牙和日本所做的调查表明：还可以用激光在花冈岩和其它石头表面上刻出很微小的弹坑或很浅的轨道。德国夫琅禾费材料和光束技术研究所已经发展了一种工艺：用脉冲的激光束沿石头表面扫描，使其耐滑性能得到了改善，又不会减少光泽。该方法已在意大利和德国的一些工厂中应用，生产防滑石材。用于对现有地面进行防滑加工的可移动激光样机已经研制成功。

　　岩石钻孔：日本北海道发展局一直在研究用激光在路边危险悬岩上打孔的可行性。打孔的目的是为了能将炸药塞进去，实行爆破和去除这些悬岩。采用激光在石头上打洞的原因是：在钻孔过程中，不存在和噪声。已用8kw Nd:YAG激光器进行了现场试验。

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