Page 97 - 无损检测2023年第四期

陈 平, 等:

基于声发射技术的透水混凝土断裂特性分析

行单调三点弯曲断裂试验, 探究不同加载速率对透 中, 声发射门槛值设置为 30dB , 采样率为 5MSPS

水混凝土力学特性的影响。 ( 每秒百万次取样)。透水混凝土试件加载试验现场

文章以100mm×100mm×400mm ( 宽 × 高 如图2所示。

×长) 的透水混凝土为试验对象, 进行了不同加载速
率下的单调三点弯曲断裂试验, 探究了不同加载速
率对抗弯拉强度、 初始断裂能以及总断裂能等力学
特性的影响; 同时通过试验探究了高应力往复荷载
下透水混凝土试件的断裂响应特性, 采用 R 曲线分
析其裂缝扩展机理; 最后引入声发射技术, 对透水混
凝土加载过程中的应力累积和开裂过程进行监测。
1 试验方案 图2 透水混凝土试件加载试验现场

1.1 试件制备 1.2 试验方案
试验主要分为准静态单调三点弯曲断裂试验、
试验采用的浇筑透水混凝土尺寸为100mm×
100mm×400mm ( 宽×高×长), 其浇筑材料配合 准静态峰后往复三点弯曲断裂试验以及高应力三点

比分别为: 水, 93k g m ; 水泥, 334.75k g m ; 石 弯曲疲劳断裂试验3个部分, 其主要内容如下所述。
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( 1 )准静态单调三点弯曲断裂试验。采用3个
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子, 1425k g m ; 减水剂, 1.485k g m ; 矿粉,
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33.47k g m 。试 件 浇 筑 完 毕 之 后 在 水 中 养 护 试件进行准静态单调三点弯曲断裂试验, 加载控制
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28d , 再取出进行试验。在试验开始前, 通过人工控 方式为 CMOD 控制, 加载速率为 0.001 , 0.01 , 0.1 ,
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制的方式对透水混凝土中部进行预制裂缝的切割, 预 1mm · s , 在每种工况下加载3个试件。

( 2 )准静态峰后往复三点弯曲断裂试验。采用
制裂缝的长度为10mm , 控制裂缝的长高比为0.1 。
采用 MTS322型疲劳试验机进行加载, 试件加 3个试件进行准静态峰后往复三点弯曲断裂试验,

加载速率为 0.001 mm · s , 且每当 CMOD 增大
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载时, 两支座之间相距300mm , 加载头位于试件中

部位置, 即与预制裂缝位于同一垂线上。通过试验 0.01mm 时进行一次加卸载。
( 3 )高应力三点弯曲疲劳断裂试验。将上述准

机内部的荷载传感器实时监测记录荷载, 并通过预
静态试验得到的一系列荷载最大值的平均值作为标
制裂缝口处固定的 CMOD ( 裂缝口张开位移) 传感
准, 取其值的95% 、 90%以及85%进行高应力三点
器对透水混凝土开裂过程中的裂缝口张开位移进行

弯曲疲劳试验。疲劳试验的加载频率保持为2Hz ,

测量。同时, 采用美国声学物理公司的 SENSOR
加载控制方式为荷载控制。为了确保疲劳试验过程

HIGHWAYII 型16通道声发射系统监测混凝土断
中加载头与试件之间时刻保持接触状态, 笔者将荷

裂过 程 中 的 声 发 射 信 号, 将 两 个 R.45I-LP-AST

Sensor型声发射传感器安置于透水混凝土梁的高 载最小值确定为0.5kN 。

度中部, 并与裂缝保持30mm 的距离, 从而确保声 2 试验结果与分析
发射传感器可以实时完好地监测整个开裂过程。透
2.1 透水混凝土单调断裂曲线
水混凝土试件尺寸以及传感器安置位置如图 1 所
根据试验得到的数据, 以 CMOD 传感器测量得
示。声发射传感器与透水混凝土试件之间采用凡士
到的裂缝口张开位移为横坐标, 以荷载传感器测得
林进行耦合, 确保两者密切贴合。在参数设置过程
的荷载为纵坐标作图, 得到不同加载速率情况下的
荷载 - 裂缝口张开位移曲线( 见图3 )。
从图3中可以看出, 在达到峰值荷载之前, 曲线
呈现直线形式, 不同加载速率下曲线在初始阶段几
乎重合; 不同加载速率下透水混凝土的峰值强度不
同, 加载速率越大, 透水混凝土强度越大。
当超过峰值荷载后, 透水混凝土的荷载 - 裂缝口
图1 透水混凝土试件尺寸以及传感器安置位置示意
张开位移曲线呈现出明显的软化现象, 此时随着裂
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2023年 第45卷 第4期
无损检测