混凝土梁静载实验声发射AE监测

前言：为了降低自然灾害地震、台风等突发情况发生，对房屋建筑造成严重坍塌的影响。科研人员开始将橡胶掺入混凝土中，改善了传统混凝土的脆性，提升变形效果和阻尼性能。这种高阻尼性能混凝土的力学张力效果非常显著。

一.黏弹性聚合物材料

1.乳胶（SBR/EVA）：掺入5%-15%的苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）或乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）乳液，在水泥基体中形成柔性膜状结构，通过分子链的滑移和黏滞摩擦吸收振动能量，阻尼比提升30%-50%。

2.橡胶颗粒（粒径1-5mm）：利用废旧轮胎橡胶粉（掺量10%-30%）替代部分骨料，其多孔弹性特性可增加混凝土内部界面摩擦，动态模量降低40%，能量耗散能力提高2-3倍。

二.纤维增强材料

1.钢纤维（长径比50-80）：掺入体积率1%-2%的钢纤维，通过纤维与基体的界面脱粘、滑移消耗振动能量，阻尼比提升20%-40%，同时抗裂性增强。

2.聚丙烯纤维（长度12-19mm）：掺量0.1%-0.3%，形成三维网状结构，抑制微裂纹扩展，振动衰减速率提高25%。

三. 多孔/轻质材

1.膨胀珍珠岩或浮石：替代10%-20%细骨料，孔隙结构通过空气压缩-释放机制耗能，阻尼性能提升15%-25%，密度降低30%。

2.闭孔泡沫颗粒：掺入发泡玻璃微珠（粒径2-4mm），形成弹性缓冲单元，显著提高低频振动吸收率。

四. 功能型纳米材

1.碳纳米管（CNTs，掺量0.05%-0.2%）：纳米级网状结构增强界面黏结，通过纳米摩擦和位错运动耗能，阻尼比提升50%-80%。

2.石墨烯氧化物（GO，0.02%-0.1%）：优化水化产物分布，形成高韧性界面过渡区，能量耗散效率提高40%。

五.工业固废改性

1.粉煤灰/矿渣（掺量20%-40%）：微珠效应1优化颗粒级配，减少孔隙率，同时活性成分促进C-S-H凝胶致密化，通过黏弹性变形增强阻尼。

2.锂渣/钢渣粉：含铁相成分增加磁滞损耗，配合聚合物使用可协同提升振动衰减性能。

六.智能响应材

1.形状记忆合金（SMA）纤维：

预埋1%-3%的镍钛合金纤维，在振动应力下发生马氏体相变，通过滞回效应耗能，阻尼比达普通混凝土的4-6倍。

2.压电陶瓷颗粒（PZT，掺量5%-10%）：

将机械振动转化为电能耗散，适用于高频振动控制场景。

不同的混凝土组合结构其内部的阻尼性能都并不相同，其性能优良是如何判断出来的呢？

不同成分混凝土阻尼性能

就拿地震来说，并不是所有建筑都那么规规矩矩的受损或倒塌，由于外界强度变化的影响对内部塑性变形是无法观测到的，内部载荷复杂，容易出现多种损伤情况如：混凝土开裂、钢材的屈曲，橡胶颗粒与水泥的摩擦等运动状态。

为了帮助建筑工程师更好的了解高阻尼混凝土加载下的内部损伤变化和阻尼性能，可以借助采声科技无损检测设备声发射TCS-SHAE进行模拟实验。

目前常用的方法有超声波UT检测、射线RT检测和声发射AE，其中声发射在线监测技术已被成熟运用，主要原理是根据材料内部因损伤而产生瞬态弹性波的现象被称为声发射（AE）。

在材料的卸载和再加载过程中，如果应力未超过之前的最大应力值，则不会产生声发射现象；然而，一旦应力超过之前的最大应力，就会显著出现声发射现象，这一现象被称为凯撒效应（Kaiser Effect）。当凯撒效应发生时，若声发射传感器能够捕捉到相关信号，则表明被测对象在该时刻发生了损伤。

混凝土梁加载现场

北京采声科技有限公司声发射检测人员对混凝土梁进行加载试验。在试验启动之前，必须对混凝土梁施加2毫米的预加载，以确保所有加载设备处于良好的工作状态，并验证构件支座的稳固性。在构件进入屈服阶段前，每个位移级别仅需进行一次循环加载；一旦构件屈服，则以屈服位移为基准，从0.5倍屈服位移起，每次递增0.5倍进行位移加载，每个位移级别需进行三次循环加载，直至构件发生破坏，此时试验最终方可结束。

实验结果：

由于声发射检测数据值较多，选择两张有代表性的数据供大家参考

图1 未发现裂缝声发射定位图

图2 发现裂缝声发射定位图

结论：在混凝土静载实验过程中应用声发射技术提前发现了裂纹宏观扩展的大致位置，并且预测了裂纹扩展的大致走向。随着载荷的增加，裂缝位置因断裂产生大量的声发射信号，使声发射的定位信号在开裂位置聚集。

声发射检测技术与常规的无损检测方法相比，具有显著的独特优势，具体体现在以下几个方面：

（1）声发射检测是一种动态的无损检测技术，其独特之处在于检测到的能量直接来源于被检测的型钢高阻尼混凝土试件本身，而非由检测设备提供的外部能量。这种内在能量的捕捉使得声发射检测结果更为精确和可靠。

（2）型钢高阻尼混凝土的浇筑工艺与普通混凝土相似，但其内部需掺入特定比例的混合物。这种混凝土在生产过程中会形成大量的线性缺陷，在低周往复荷载作用下，这些缺陷会发展成不同规模的微裂缝。声发射传感器对这些线性缺陷极为敏感，因此在此类混凝土中应用声发射技术尤为适宜。该技术能够捕捉到型钢高阻尼混凝土在外加应力作用下内部损伤的发展过程，同时能够过滤掉那些不会产生声发射信号的稳定缺陷，从而实现对试件在低周往复荷载作用下破坏全过程的监控与评估。

 （3）声发射技术对复杂形状的构件表现出较低的敏感性，这使得它可以广泛应用于各种类型的构件上，几乎不受任何形式的限制。