混凝土材料声发射技术研究

1.混凝土材料声发射技术研究和应用的历史回顾

在工程材料方面，最早对声发射进行研究的当属1941年的Obert和1942年的Hodgson ,他们最初的目的是对岩石开挖过程中发生的岩石失稳进行预测。在他们发表的成果中，不仅阐述了声发射检测的基本思想,而且研究了发现破裂点的定位技术，并据此确定岩石中的最大应力区[1]。1953年缪汉工科大学的V.J.凯塞(Kaiser)发表了关于金属在拉伸实验中发生的AE的论文。这篇论文不仅在金属领域产生了极大影响，而且在岩石、混凝土等领域也有极大影响[2],并且对混凝土受力后的声发射信号首次进行了研究,并证实，在混凝土材料中，凯塞效应仅在极限应力70%~85%以下的范围内存在。此后，关于混凝土领域的AE的论文也相继发表。凯塞之后，美国的B. H.斯科菲尔德(Schofield)等展开了关于单结晶体的金属塑性变形中的AE和有关位错运动的研究。而且，从斯科菲尔德最初使用AcousticEmission开始到现在，AE这个名字被固定下来[2]。1959年和1960年L. Hermite报道了关于混凝土在变形过程中的噪音(即声发射)的研究成果。1965,Ribinson研究了砂浆体及不同骨料掺量、不同骨料粒径的混凝土的声发射特征，并发现，产生自试验用混凝土的声发射信号有两个主频率，即2kHz和13~14kHz ,这两个主频信号主要发生在混凝土的声速和泊松比发生改变的荷载水平。1970年，Wells制造了一个用来记录混凝土在变形状态下所产生的声发射信号的仪器，目的是检测变形期间混凝土发出的噪音。利用该仪器可在2~20kHz的频率范围内“读”值。并利用砂浆试块和混凝土试块进行了实验，成功记录下了检测到的噪音波形1970年Green发表了当时较为全面的研究成果.他用了12个12 cmX 30 cm的混凝土试块,分4组采用不同的骨料(石灰石、砂岩及黑硅石)，按照ASTM标准，对混凝土的抗压强度、弹性模量、泊松比和劈裂抗压强度等指标与声发射变化的关系进行了实时检测。另外，还对一个用预应力混凝土制成的压力容器模型进行加载，并同时测出了声发射过程。最后指出，声发射技术可以用来对混凝土破坏的全过程实施监测。此外，还用声发射定位技术指出结构缺陷所在位置。1988年，日本学者Enoki和Kischi进一步发展了由Aki和Richords提出的定量声发射理论,使混凝土的微裂纹的位置、大小和方向完全能用张量来表征。

1995年，董藐利[3]在MTS815.02型电液伺服岩石与混凝土力学试验系统上完成了混凝土受压应力一应变全过程的声发射检测，分析了混凝土受压全过程的声发射特性利用内变量理论建立了混凝土受压损伤本构模型,并用有相应声发射特性的损伤能相对比确定了模型中的损伤因子。之后又有很多人将声发射运用到混凝土损伤因子的测定，从而确立了声发射在混凝土研究领域的重要地位。1999年，陈兵叫成功地把声发射(AE)及其三维定位技术应用到混凝土试验中，对混凝土三点弯曲试件进行研究，得出了集料尺寸对混凝土断裂性能的影响的结论。2001年Keru Wu[5]以及2006年Bing Chen[6]也分别将声发射技术应用到类似的试验中，得出了集料尺寸与混凝土断裂韧度的相关关系。2006年郑金海[24]、王彬[25]分别对预应力钢筋混凝土梁破坏的声发射信号进行了分析和处理，得出了预应力混凝土的声发射特征。