用声发射研究集料尺寸对混凝土受压力学性能的影响.pdf
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1、用声发射研究集料尺寸对混凝土 受压力学性能的影响 陈 兵,姚 武,吴科如 (同济大学 混凝土材料研究国家重点实验室,上海 200092) 摘 要:声发射作为一种动态无损检测方法,在混凝土材料研究中得到广泛应用。研究混凝 土在受压情况下的声发射特性,对含有不同最大集料粒径的普通混凝土和高强混凝土作了测试, 内容涉及声发射信号、 最大集料粒径、 抗压强度和压应变。实验结果表明,受压过程中探测到的声 发射信号包含的信息可用于判定试件的稳定性;声发射信号与集料粒径有很好的相关性。 关键词:声发射检验;抗压强度;应变;混凝土 中图分类号:TG115.28 文献标识码:A 文章编号:100026656(2
2、001)0520194204 AN INVESTIGATION ON THE INFLUENCE OF AGGREGATE SIZE ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF THE CONCRETE UNDER COMPRESSIVE LOADING BY ACOUSTIC EMISSION CHEN Bing, YAO Wu, WU Ke2ru (State Key Laboratory of Concrete Materials Research , T ongji University , Shanghai 200092 , China ) Abstract :B
3、eing a kind of dynamic nondestructive testing method , acoustic emission(AE) was widely used in the research of concrete materials . AE characteristics of the concrete under uniaxial compression were studied. Tests were made on the normal and high strength concretes with aggregates of different size
4、s for AE signals , maximum aggregate size , compressive strength and compressive strain. Test results showed that the AE signals detected during the compression process contained potentially useful in2 formation for judging the stability of the specimens. G ood correlation was observed between AE si
5、gnals and maximum aggregate sizes. Keywords : Acoustic emission testing; Compressive strength; Strain; Concrete 声发射技术作为金属和非金属材料检测及工程 结构稳定性监测手段,在国内外得到广泛应用。近 年来,声发射技术被引进混凝土力学研究,用于表征 混凝土的力学性能,取得了一定的成果13。 声发射技术虽然属于无损检测方法,但它不同 于其它的无损检测方法,主要表现在三个方面: 声发射是唯一与实时时间发生关系的测试方法。 声发射信号是由被测试物体直接发出而非无损检测 仪器发出。声发射是一种
6、动态检测,能反映出材 料在荷载作用下,内部损伤的发展。因此,在各种无 损检测方法中,特别能发挥声发射优点的是对混凝 土破坏的检测,就是说,在混凝土这样的非均质体系 收稿日期:2000203209 中,由于超声波探伤的应用受到限制,与此相反,由 声发射检测缺陷的极限依赖于检测对象的系统破坏 的原过程所释放能量的大小及换能器的灵敏度4。 故声发射技术已经成为一种高度灵敏、 有效的无损 检测方法。 对于混凝土材料,集料被认为是其骨架,一般占 混凝土体积的60 %70 % ,甚至更多,其对新拌混 凝土的流变性能、 硬化混凝土的力学性能以及混凝 土的耐久性能都将产生很大的影响。本文主要通过 声发射技术研
7、究集料粒径对混凝土在受压下力学性 能影响,并由此分析其影响机理。 1 实验装置和试样 1. 1 实验装置 491 第23卷第5期 2 0 0 1年5月 无损检测 NDT Vol. 23No . 5 May2 0 0 1 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 实验装置的示意图见图1。试样在万能实验机 上受压。声发射仪采用美国Physical Acoustic Corpo2 ration生产的SPARTAN AT2000系列。采用谐振频 率为150kHz的压电换能器,每次测试时都与梁相同 位置
8、耦合(凡士林为耦合剂 ) , 前置放大器设为 40dB ,主体放大器选为30dB ,为排除噪声干扰,经实 验验证,门槛值设为40dB。 图1 实验装置示意图 1. 2 试件及其制备 试样为100mm100mm100mm的立方体试 样,龄期为28d。为研究最大集料尺寸对不同强度 等级混凝土的影响,配置了强度为40MPa的普通混 凝土和强度为80MPa的高强混凝土,集料的最大粒 径分别为5 ,10 ,15和20mm。 2 实验结果与讨论 2. 1 声发射事件数与抗压强度关系 图2a描述了在普通混凝土中,集料最大粒径与 强度变化关系。可以看出,随着集料最大粒径的增 大,混凝土的强度提高,但最大粒径达
9、到15mm时, 强度又下降;从图2b描述的集料最大粒径与声发射 事件数的关系发现,随着集料最大粒径的增大,声发 射事件数增大,特别是当引入粗集料时(即集料最大 粒径超过5mm时 ) , 声发射事件数增加迅速。可以 从以下几方面进行分析,混凝土成型过程中,水 或者水泥浆体首先要润湿和包裹粗集料,当水灰比 和水泥用量一定时,集料粒径愈大,需要润湿的比表 面积愈小,从而改善混凝土工作性,提高混凝土的强 (a)(b) 图2 普通强度混凝土 (a)抗压强度与集料粒径关系 (b)声发射事件数与集料粒径关系 度;同时粗集料的骨架作用得以发挥。但集料粒径 过大时,在粗集料界面过渡区的Ca(OH)2晶体的定 向
10、排列程度提高,使界面结构削弱,从而降低了混凝 土的强度。对于集料最大粒径为5mm的砂浆试件, 由于不含有粗集料,失去粗集料的骨架作用,从而强 度偏低。含有粗集料的混凝土,由于大粒径石子 下容易形成大界面缺陷,混凝土硬化后形成大的孔 洞,界面性能较差,在受压过程中,裂缝的产生和引 发往往从这里开始,因此,随着集料最大粒径的增 大,声发射事件数增多;而砂浆试件由于比较均质, 在受压过程中引发的声发射事件数较少。 图3a描述的高强混凝土的强度性能与普通混 凝土相同,但图3b的声发射事件数变化有些差异。 因为在高强混凝土中,界面的性能得到改善,在受压 情况下,混凝土的破坏往往出现集料被切断,这样对 于
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