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混凝土是非均质的复合体材料,其受压破坏的机理远比理想脆性材料复杂得多。运用声发射技术,可以实时地跟踪混凝土材料内部裂纹的开裂和发展情况,是研究混凝土破坏机理的无损检测技术之一。然而声发射技术在混凝土研究领域还不够成熟,尚有许多问题亟待深入研究。本文结合导师所承担的国家自然科学基金重点项目——“西部高拱坝抗震安全前沿性基础科学问题研究”,并根据该课题的分工,作为其中一个子课题,研究了不同骨料及掺合物混凝土单轴受压破坏的声发射特性,为应用声发射技术研究混凝土破坏机理提供参考。
本文在总结国内外混凝土声发射破坏机理研究的基础上,制定了可行的试验方案,通过对3组54个混凝土试件的单轴受压声发射试验,运用Origin7.5数据处理软件对采集的试验数据进行整理、分析和绘制相关图形,并基于参数分析的方法,采用声发射幅度、振铃及能量等参数来描述、分析了普通混凝土、陶粒混凝土和钢纤维混凝土试件,在静态加载条件下的应力-应变及应力-应变-声发射特征参数的耦合关系,同时结合混凝土的宏观力学性能特性,分析了不同强度、不同骨料及掺合物混凝土在单轴受压作用下的声发射特性产生差异的内在因素,从细观层次揭示混凝土受压破坏的物理本质。
通过上述工作,本文得到以下主要结论:(1)声发射技术可以实时地跟踪混凝土材料内部裂纹的开裂和发展情况,是研究混凝土破坏机理的有效手段。持续时间、能量计数、振铃计数、幅度等,适合作为研究混凝土受压破坏机理的声发射参数。(2)本文所涉及的声发射参数与宏观的应力应变之间具有良好的相关性,声发射信号的数量和强弱可以反映出混凝土宏观力学特征的变化情况。(3)振铃和能量的累计数曲线在弹性极限与峰值应力之间快速上升,计数率峰值基本对应于峰值应力附近,反映了该应力阶段为混凝土裂纹开裂、发展的主要阶段。(4)钢纤维混凝土的声发射率分布图形与普通混凝土相似,呈现双峰形态,而陶粒混凝土则呈现单峰形态。(5)声发射幅度范围与材料特性有关,陶粒被压坏的幅度在81~94dB之间,而钢纤维被拔出的信号幅度值在81~97dB之间。试验条件相同的情况下,声发射累计数的顺序为陶粒混凝土>钢纤维混凝土>普通混凝土。