对工程结构中的在役构件来说，在外界荷载的作用下，其工作状态一般可分为3个阶段：早期的性能退化(包括物理、化学的老化和退化)、损伤的起始与积累(成孔和开裂)以及最后的断裂失效。其中，损伤的起始与积累已在细观力学、损伤力学以及两者相结合的学科基础上得到了广泛地研究。现在也已有众多数据和大量模型来预测循环加载、环境影响下的裂纹扩展直至最后破坏，然而，人们对于性能退化及其对材料长期行为的影响却知之甚少。对于混凝土这种各向异性材料，目前对它在早期的性能退化阶段特性的研究则更少。本文主要是在试验的基础上，利用混凝土的超声波检测方法，超声数字信号处理理论，信号的分形分析理论，以及相应的损伤识别理论，进行混凝土试块的早期损伤识别。本文首先根据研究背景和要求，介绍有关混凝土的超声波检测技术，国内外检测中信号处理，频谱分析和R／S分析的研究现状和意义，结合本文的研究内容和目的，给出本文要做的主要工作。然后，在分析常规超声检测的系统组成的基础上，根据混凝土超声信号的特点，特别是超声波传播的特点，以及数字信号频谱分析的特点，结合试验数据的信号处理的目的和要求，找到针对混凝土超声信号频谱分析实用的方法，能够在满足一定的频率分辨率的同时正确反映频谱。同时对本文中用到的频谱分析方法的具体要求、主要算法及结果的显示都做相应的说明。再次，根据试验要求，设计出一个合理的试验方案，做好试验前的准备工作，再严格按照试验方案进行试验操作，将制作的混凝土试块放在压力机上按某一定的压力递增加载方式，分别对在承受每个等级荷载中的混凝土进行超声测试，得到混凝土试块在各级荷载下的超声波信号，此超声信号则为我们要分析的数字信号。最后对得到的超声数字信号做信号分析，主要是利用FFT进行非线性分析和用R／S分析进行非线性分析，针对混凝土在分级荷载下的超声波的相应特征量如主频，分形维数等的变化情况，寻求相应的能够描述混凝土在从早期的性能退化到损伤的起始与积累直至最后的损伤破坏过程的特征量。