林有涛

(黑龙江省龙建路桥第四工程有限公司，黑龙江 哈尔滨 150070)

1 声发射技术定位缺陷的基本依据

1.1 声发射技术理论基础

在断裂时，裂纹出现与应变能释放。由于微裂纹的结果，一些所存储的应变能的释放出弹性波，被称为“声发射”。根据ASTM规范提出，声发射是一种短周期弹性波被从材料小区域内“源”的能量的快速释放所产生的现象。声发射现象的示意图如图1所示，其中，所述结构经受应力和产生裂纹看出。裂缝出现位置发出声发射发出的弹性波，它通过混凝土材料作为媒介进行传播，并且可通过传感器确定出“源”位置的来源范围。声波信号通过传感器转换成电信号，并被发送到声发射采集系统，从而进行进一步的分析。

图1 声发射波应力激发手段示意图

一般的无损探伤技术和声发射技术之间的差异的更主要的方法是定位所使用的技术的方式和从中得到的信息类型。声发射技术源自从试件本身的检测到的能量，相反，超声检测进行研究的是响应于外部施加的信号。因此，声发射技术可以被认为是被动进行无损检测的技术，而其它技术例如超声探伤，是主动性的无损检测技术。二者不同的概念如图2所示。

图2 两类无损检测技术示意图

1.2 几种形态裂缝声发射对应状态

在素混凝土材料开裂过程中，断裂模式通常由拉伸模式改变到剪切模式作为即将发生的标志。两类裂纹分类方法用于通过声发射技术对混凝土裂缝的力学类型分类已行之有年。声发射技术具有检测声发射传感器灵敏度范围内的复杂裂缝的能力，这也使实时监测具有可行性，因为声发射信号作为检测裂纹产生的标志。声发射技术不需要主动加载或加应力波对样本进行激励或激发，从而发现缺陷的存在，这意味着从样本内的源产生被记录且不使用任何外部能量的触法。此外，它是测试实际荷载条件下结构，而不受该结构的正常工作的干扰，记录可能的出现故障的非常有用的技术。

损坏的方式是不可预见的，由于传播途径和衰减无法事先预知。这可能会导致声发射信号以低幅值到达换能器，并且导致系统无法识别该信号，因为它可能被环境噪声影响。传播会在触发电平以下衰减信号，导致信号缺失，而发生多个声发射事件可能是由于以下原因造成，信号丢失或部分信号采集，采集时间段的不可预测性。为了减少丢失或丢失的可能性由于首先检测声发射信号的换能器的不可预测性导致部分采集减少连续监测中采集的数据量，建议采用多触发习得方式。它通过逻辑平面放大器和触发器(L-FAT)在硬件中执行发电机组。当获取声发射信号时，结构与损伤特征对声发射的关系需要指定。

图3 三种类型裂缝的声发射图

2 混凝土路面声发射实验

2.1 试件准备

在信号为基础的方法，声发射信号与声发射参数一起记录为波形。对于这种技术，更好的传感器以及更高的计算资源都需要采集。这也被称为基于波形分析。这种技术具有的能力，以从基于波形所记录的信号判别噪声，如波形仍然测量之后可用。此外，图示化的软件进行后处理，可以用来对数据进行分析。尽管波形形状是由几何形状和传播的介质的性质的影响，但它仍然可以提供关于源的性质的信息。频率分析是在主要用于工具，这是由傅里叶变换实现时间-频率分析方法，如短时傅立叶变换(STFT)和快速傅里叶变换(FFT)。

为了确定具体的和声发射信号衰减的不均匀性之间的关系，速度试验。有必要在混凝土尽可能延长声波传播路径。所有的混凝土试件尺寸为150×150×450 mm3。混凝土配合比可在表1中可以看出，水灰比分别为0.40，0.45，0.5和0.55，龄期为28 d。

表1 试件配合比

2.2 实验过程

铅笔芯断测试执行，以确定波速。传感器1电子位置测量使用表面粘合WSA传感器的速度时是固定的。传感器2与声发射源和铅笔移动到的位置在从声发射源传感器1，例如到传感器1的距离分别为10，20，30，和40 cm。四个点每个距离的测试。图4示出了使用表面粘合WSA传感器的速度测量，电子波速度，使用两个传感器的起始时间之差实现计算。

图4 断笔实验

3 混凝土中声发射试验计算结果分析

对声发射信号和不同尺寸骨料或不同的水灰比之间的关系进行了调查。铅笔芯断测试越接近传感器1，声发射信号计数衰减越严重。如图5中所示，当确定了水灰比，随着距离的增加，骨料粒径越大，声发射信号幅度和计数降低。例如，当水灰比为0.55，最大骨料粒径为25 mm，幅度和计数分别减少26.7%和32.4%。最大骨料尺寸为4.75 mm时，振幅和数量分别减少了16.7%和24.1%。当最大骨料粒径大小确定时，随着距离的增加，水灰比越大，幅值和计数越小。例如，当最大骨料粒径为4.75 mm，水灰比为0.4，振幅和数量分别减少为26.7%和32.4%；当水灰比为0.5时，振幅和数量分别减少为16.7%和24.1%。

图5 在不同的水灰比和最大骨料粒径情况下距离的计数和幅度图

4 结 论

当水灰比确定之后，所述骨料粒径越大，氢氧化钙晶体的在过渡区中出现更多的定向排列，从而削弱了表面积的界面过渡区(ITZ)，更多毛细孔将由此产生。在一方面，这相当于增加了声发射信号传播路径，并在空气中的速度小于在混凝土中，这导致降低混凝土平均速度。在另一方面中，粗骨料和水泥之间的界面可能由于较大的骨料颗粒尺寸，这增加了反射，折射，和衍射的概率。以上综合将导致，平均波速度降低。