基于聲發(fā)射和超聲技術的混凝土損傷演化試驗研究

2.8萬字 57頁 原創(chuàng)作品，已通過查重系統(tǒng)


摘 要
混凝土材料發(fā)展至今，已經有一百多年的歷史，其具有原材料豐富、成本低、可塑性好、耐久性好和強度高等優(yōu)點，是當代主要的建筑材料之一，它的損傷演化及破壞過程一直是土木工程界的研究熱點和難點。其破壞過程表現(xiàn)為微裂紋的產生、擴展、貫通直至最終宏觀破壞。聲-超聲技術是近年來發(fā)展起來的一種新型無損檢測技術，因其操作簡單、靈敏度高、等優(yōu)點，被普遍應用于材料損傷評估和性能檢測等領域。
本文介紹了聲-超聲無損檢測技術的基本原理、聲-超聲信號采集系統(tǒng)的基本組成、聲-超聲信號的類型和分析方法、聲-超聲技術的傳播物理模型和聲-超聲檢測技術的優(yōu)點，確定了本文分析的各項聲-超聲信號參數(shù)。
本文進行了混凝土單軸壓縮試驗，加載的同時利用聲-超聲信號采集系統(tǒng)進行檢測，分析聲-超聲參數(shù)與試件破壞過程之間的聯(lián)系，從累積效應的角度闡述了混凝土損傷演化過程，可將混凝土損傷演化分為三個階段：分別為初始階段、穩(wěn)定發(fā)展階段、不穩(wěn)定破壞階段。在初始階段，混凝土材料內部預存微裂紋壓縮并相互結合；在穩(wěn)定發(fā)展階段，混凝土材料內部損傷穩(wěn)定發(fā)展，裂紋擴展、延伸、結合；在不穩(wěn)定破壞階段，混凝土材料內部損傷量劇增，大量微裂紋貫通，形成宏觀大裂縫破壞失穩(wěn)。此外，還比較了不同水灰比的混凝土試件在單軸壓縮下?lián)p傷發(fā)展過程的異同，發(fā)現(xiàn)水灰比較高的試件在聲發(fā)射初始階段和穩(wěn)定發(fā)展階段產生的聲發(fā)射信號較為活躍；水灰比越高的試件，超聲波波速開始下降時所對應的應力值越小，而三組試件波速下降時對應的應力水平相近。
本文進行了混凝土分階段加載試驗，同時用聲-超聲信號采集系統(tǒng)進行檢測，分析混凝土在幾個加載階段的損傷累積特征，發(fā)現(xiàn)在荷載突增時，聲發(fā)射信號較為活躍，混凝土內部的損傷會出現(xiàn)快速增長的現(xiàn)象；在持荷階段，聲發(fā)射信號較少，混凝土內部的損傷積累較慢；在較小荷載持續(xù)作用下，超聲波波速變化很??；在較大荷載持續(xù)作用下，超聲波波速會逐漸下降。此外，比較了不同水灰比的混凝土試件在分階段加載下?lián)p傷演化過程的異同，發(fā)現(xiàn)水灰比越小的試件在第一階段開始加載時產生的聲發(fā)射信號越活躍；隨著水灰比的增大，超聲波波速出現(xiàn)持續(xù)下降所對應持荷階段的荷載也越小。


關鍵詞：混凝土；聲-超聲；損傷演化；水灰比