張長江，徐佰順，趙志蒙，倪天蒙，劉 斌

(1.內蒙古大學交通學院，呼和浩特 010070；2.內蒙古自治區(qū)橋梁檢測與維修加固工程技術研究中心，呼和浩特 010070)

0 引 言

橋梁是交通基礎設施的關鍵樞紐，由于惡劣的工作環(huán)境以及不斷增加的交通量，大部分橋梁性能都會有一定程度的下降，危橋的數(shù)量正逐年增多，需要及時補強加固。橋梁加固一般采用封閉道路施工，這會對流量大的路段造成很大交通壓力[1]。若在開放交通條件下進行橋梁加固，車輛與橋梁耦合作用產生的擾動將會對新澆筑混凝土產生一定的影響，因此研究早齡期擾動對混凝土的影響具有重要意義。

混凝土作為橋梁的主要建筑材料，其性能不僅取決于原材料和結構形式，更取決于施工質量[2]。研究[4-5]表明，混凝土砂漿-骨料界面過渡區(qū)孔隙率和滲透性高于砂漿基體，而彈性模量和強度卻低于砂漿基體[3]，由于骨料強度較大，因此混凝土強度主要由界面過渡區(qū)的強度決定。混凝土在終凝前，水泥漿體部分硬化，初步形成內聚力，但此時界面強度較低，內部黏聚結構未完全形成，對外界振動較為敏感[6]，因此混凝土終凝前應避免受到振動，以免對混凝土內部結構造成損壞[7]。潘慧敏等[8-10]發(fā)現(xiàn)凝結中期擾動對混凝土損傷較大，臨近終凝時混凝土抗擾性提高；何歡等[11]發(fā)現(xiàn)不同擾動參數(shù)對混凝土性能影響不同，并且擾動大多通過改變混凝土內部孔隙比例進而影響混凝土力學性能；Kwan等[12]研究發(fā)現(xiàn)振幅大于3 mm時，混凝土內部裂紋寬度較大。聲發(fā)射(acoustic emission，AE)作為一種新型無損檢測技術被廣泛應用于混凝土材料動態(tài)損傷的研究中[13]，通過聲發(fā)射傳感器可以識別和定位材料中由任何應力源引起的微觀和宏觀裂紋[14]，根據(jù)不同的聲發(fā)射參數(shù)(如幅值、能量、上升時間等)可以表征混凝土內部的損傷情況[15-17]。

現(xiàn)有研究中關于早齡期擾動對混凝土力學性能的影響研究較少，且大多以宏觀力學性能作為評價指標，缺乏不同凝結時間和擾動機制對混凝土強度和損傷程度影響的具體研究。本文在上述研究的基礎上，采用室內振動臺提供擾動，在凝結初期和中期分別選擇3種擾動機制進行試驗，以抗壓強度作為混凝土力學性能的評價指標，并利用聲發(fā)射對擾動后混凝土的損傷機理進行分析，通過不同的聲發(fā)射參數(shù)表征混凝土損傷劣化程度，為早齡期受擾動混凝土的性能研究提供重要依據(jù)。

1 實 驗

1.1 原材料和配合比

混凝土強度等級為C40，膠凝材料采用P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，其性能指標如表1所示。細集料采用本地沙場生產的河沙，粒徑范圍為0.15～4.75 mm，粗集料采用4.75～9.5 mm、9.5～13.2 mm、13.2～16 mm、16～19 mm、19～26.5 mm五檔機械破碎的玄武巖碎石，其質量比為0.30 ∶0.19 ∶0.12 ∶0.12 ∶0.27，骨料使用前進行嚴格的篩分、清洗和烘干，骨料物理力學性能見表2、表3。混凝土水灰比為0.43，為了確保混凝土的和易性，混凝土的坍落度控制在(180±20)mm范圍內，混凝土材料用量如表4所示。

表1 水泥物理力學性能Table 1 Physical and mechanical properties of cement

表2 細集料物理力學性能Table 2 Physical and mechanical properties of fine aggregate

表3 粗集料物理力學性能Table 3 Physical and mechanical properties of coarse aggregate

表4 混凝土材料用量Table 4 Concrete material consumption

1.2 試驗方案

試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm，為測試擾動后混凝土試件的力學性能，配合比設計完成后，先測試混凝土的凝結時間。混凝土凝結時間測定參照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》(GB/T 50080—2016)實施，根據(jù)單位面積貫入阻力3.5 MPa和28.0 MPa,將混凝土的凝結時間分為凝結初期、凝結中期及凝結后期三個階段，試驗測得新澆筑混凝土初凝時間和終凝時間分別為7.5 h和9.5 h，因此混凝土加水攪拌后0～7.5 h為凝結初期，7.5～9.5 h為凝結中期，9.5～24.0 h為凝結后期。

混凝土拌制完成后，將混凝土按四分法取料澆筑試件，澆筑過程中利用搗棒進行插搗，確保試件密實。由于本試驗主要影響因素為擾動參數(shù)，因此試件澆筑完成后不進行振動臺振搗。已有研究[6-7]表明，新澆筑混凝土在終凝前受到擾動對其性能影響最大，因此本試驗的擾動時間為凝結初期及凝結中期。橋梁固有振動頻率約為4 Hz，標準振動幅度為1～3 mm[18]，考慮到不同交通量條件下車橋耦合振動頻率和幅度會有所變化，因此制作7組試件，每組制作3個平行試件。第一組為基準組，不進行擾動，記為0-0；其他六組試件分別選擇凝結初期及凝結中期進行擾動，擾動機制為2 Hz、3 mm，4 Hz、3 mm和4 Hz、5 mm，分別記為C2-3、C4-3、C4-5及2-3、4-3、4-5。擾動試驗采用加拿大Quanser公司生產的Hexapod六自由度振動臺作為振動源，最大荷載為100 kg，振動頻率為0～10 Hz，振動幅度為0～10 mm。振動臺振動時通過自制模具將試件與振動臺剛性連接(見圖1)。混凝土試件擾動時間為澆筑后0～9.5 h，試件擾動完成后，從振動臺取下并置于標準養(yǎng)護環(huán)境(溫度(20±2)℃，濕度≥95%)中養(yǎng)護28 d(見圖2)。

圖1 六自由度振動臺Fig.1 Six degrees of freedom shaking table

圖2 試件養(yǎng)護Fig.2 Specimens curing diagram

聲發(fā)射試驗與加載試驗同時進行，確保數(shù)據(jù)時間相對應。單軸壓縮試驗采用TYA-2000電液式混凝土壓力試驗機，最大荷載2 000 kN。試驗開始前，先將試件表面和壓力機上下承臺表面擦拭干凈，隨后將試件放置承壓板正中心，儀器開動后，控制加載速率為2 kN/s,勻速加載，直至試件破壞。聲發(fā)射試驗采用美國PAC公司生產的Micro II Express八通道聲發(fā)射系統(tǒng)和DT15I-AST縱波傳感器，傳感器尺寸為OD 30 mm×H 30 mm,其中 OD為傳感器外徑，H為高度。門檻值為35 dB，前置放大增益為40 dB，模擬濾波器范圍為100～400 kHz，采用其中8個通道進行信息采集。傳感器與試件間涂抹真空潤滑脂作為耦合劑，并使用夾具將傳感器固定在試件表面，確保傳感器與試件表面接觸良好。試驗開始前進行斷鉛試驗，檢驗傳感器及相應系統(tǒng)是否正常工作。聲發(fā)射試驗裝置及傳感器布置分別如圖3、圖4所示。

圖3 聲發(fā)射試驗裝置示意圖Fig.3 Schematic diagram of AE test device

圖4 聲發(fā)射傳感器布置示意圖(單位:mm)Fig.4 AE sensor arrangement diagram (unit:mm)

2 結果與討論

2.1 抗壓強度分析

通過抗壓強度試驗，得到凝結初期及凝結中期受擾動不同試驗組的抗壓強度，并通過式(1)計算強度變化率，具體數(shù)值見表5。

表5 混凝土抗壓強度Table 5 Compressive strength of concrete

(1)

式中：D為強度變化率；fi為各組抗壓強度；f0為基準組抗壓強度。

圖5為強度隨頻率、幅度變化規(guī)律，由圖5及表5可知，擾動機制相同時，凝結初期受擾動混凝土的抗壓強度增大，而凝結中期受擾動混凝土的抗壓強度減小。其中試件0-0強度為45.2 MPa；凝結初期受擾動試件C2-3、C4-3、C4-5強度分別為47.9 MPa、51.0 MPa、49.6 MPa，強度變化率分別為6.0%、12.8%及9.7%；而凝結中期受擾動試件2-3、4-3、4-5強度分別為42.9 MPa、42.0 MPa、40.2 MPa，強度變化率分別為-5.1%、-7.1%及-11.1%。

圖5(a)中，擾動幅度為3 mm，擾動頻率由2 Hz增加至4 Hz時:凝結初期受擾后試件強度隨頻率增大而增大，其強度由47.9 MPa增加至51.0 MPa，強度增大6.5%；凝結中期受擾動試件強度隨頻率增大而減小，其強度由42.9 MPa下降至42.0 MPa，強度減小2.1%。圖5(b)中，擾動頻率為4 Hz，振動幅度由3 mm增加至5 mm時:試件凝結初期受擾動強度由51.0 MPa減小至49.6 MPa，強度下降3.4%；而凝結中期受擾動強度由42.0 MPa下降至40.2 MPa，強度下降4.3%。

圖5 強度隨頻率、幅度變化規(guī)律Fig.5 Variation of strength with frequency and amplitude

上述試驗結果表明，早齡期受擾動混凝土強度變化率均大于5%，表明早齡期受擾動對混凝土抗壓強度存在較大影響?；炷撩軐嵍?、內部細觀損傷等因素對混凝土強度影響較大[19]。在擾動頻率為0～4 Hz,擾動幅度為3～5 mm時，凝結初期受擾動試件抗壓強度增大，且擾動頻率增大，試件強度增大，擾動幅度增大，試件強度減小，這是因為混凝土此階段尚處于流動狀態(tài)，自愈性較強，擾動對混凝土造成的損傷可以自行恢復，振動頻率增大會促進砂漿填充骨料空隙，導致混凝土密實度增大，因此混凝土的強度增大，而振幅增大后骨料與砂漿密度不同，導致材料之間的黏聚力不足以抵抗粗集料下沉，致使粗骨料與砂漿分離，出現(xiàn)離析現(xiàn)象，因此混凝土強度降低；凝結中期受擾動試件抗壓強度減小，且擾動頻率、幅度越大，試件強度值越小，這是因為凝結中期混凝土已基本失去自愈性，此時擾動會破壞材料內部的初始黏聚結構，骨料與砂漿間的黏聚力降低，因此頻率、幅度增加均會導致混凝土強度降低。

2.2 能量-b值分析

聲發(fā)射參數(shù)波形圖如圖6所示，圖中t為時間，v為傳感器輸出電壓。其中：電壓門檻值(threshold voltage)可用于選擇性拒絕某些聲發(fā)射信號，只有信號幅值超過電壓門檻值時，系統(tǒng)才會記錄該信號；幅值(amplitude)指聲發(fā)射信號波形的最大振幅值，可用于聲發(fā)射信號的聲源鑒別；上升時間(rise time)指信號超過門檻值至最大幅值所經(jīng)歷的時間，可用于噪音鑒別；持續(xù)時間(duration time)指信號首次越過門檻值至最后下降至門檻值所經(jīng)歷的時間；聲發(fā)射能量(acoustic emission energy)指聲發(fā)射信號波形包絡圖下面積，反映了信號強度，可用于鑒別信號源的活動特性。

圖6 聲發(fā)射波形參數(shù)Fig.6 AE waveform parameters

混凝土材料的組成、性能、配合比等因素導致砂漿與骨料之間的界面存在較多的微裂縫。混凝土破壞主要是由砂漿與骨料黏結面的裂紋擴展引起的，混凝土試件受壓過程中，由于砂漿和集料的彈性模量存在差異，在外力作用下，砂漿與骨料變形不一致導致黏結面產生微裂紋，同時砂漿和骨料材料本身在荷載作用下也會產生裂縫。微裂紋的產生、壓密和貫通都會釋放出彈性應變能。

混凝土斷裂可通過聲發(fā)射幅值分布進行分析?；炷羈值分析方法起源于地震學領域，用于檢測地震震級。由于混凝土開裂時產生的彈性波與地震波的性質相似，因此可以通過b值分析法監(jiān)測單軸受壓時混凝土內部材料的開裂情況[20]，其函數(shù)表達式為

(2)

式中：AdB代表聲發(fā)射信號的幅值，dB；a為沿lgN軸的截距；N為聲發(fā)射事件點的數(shù)量;b為擬合曲線斜率。

本文選擇計算方法簡單且方便的最小二乘法計算b值，每組數(shù)據(jù)選取1 000個聲發(fā)射事件，并以100個事件進行取樣計算，從而得到b值隨應力的變化規(guī)律。

由式(2)可知，b值與聲發(fā)射信號幅值AdB成反比，微裂紋產生時，聲發(fā)射信號幅值較低，b值較高；而宏觀裂紋產生時，聲發(fā)射信號幅值較高，b值較低，因此可以通過b值變化趨勢判斷加載過程中混凝土內部微觀和宏觀裂紋的變化。圖7為試件加載過程中聲發(fā)射b值和能量隨應力的變化趨勢，圖中應力均為相對應力，即各時刻應力σ與峰值應力σmax的比值。

圖7中，混凝土試件聲發(fā)射能量和b值曲線變化規(guī)律與混凝土材料的損傷發(fā)展密切相關，可將混凝土試件加載過程大致分為三個階段：彈性壓密階段、穩(wěn)定發(fā)展階段和塑性破壞階段。彈性壓密階段聲發(fā)射能量的釋放主要是由于初始加載時試件與承壓板的摩擦作用及壓力作用下試件內部原始空洞變形，因此聲發(fā)射能量曲線上升較快，此階段為微裂紋產生階段，聲發(fā)射信號幅值較低，b值曲線整體呈上升趨勢；穩(wěn)定發(fā)展階段，微裂紋產生較少，原有裂紋平穩(wěn)發(fā)展且未相互連通，此階段能量釋放較少，b值較低且曲線較為平緩；進入塑性破壞階段后，骨料與砂漿結合面處微裂紋快速發(fā)展并相互連通，貫穿骨料并延伸至試件表面產生宏觀裂縫，此時可以觀察到聲發(fā)射能量釋放迅速增大，b值曲線大幅下降，且隨著荷載增加，伴有輕微響聲，內部裂紋擴展至表面，試件即將達到峰值荷載。

分析圖7可知，不同凝結時間進行擾動對混凝土試件產生的影響不同。試件0-0累計聲發(fā)射能量為42 026 dB·μs；凝結初期擾動后，試件累計聲發(fā)射能量增大，其中試件C2-3、C4-3、C4-5破壞時累計聲發(fā)射能量分別為48 640 dB·μs、72 405 dB·μs、55 841 dB·μs；凝結中期擾動后，試件累計聲發(fā)射能量減小，其中試件2-3、4-3、4-5累計聲發(fā)射能量分別為38 080 dB·μs、32 737 dB·μs、29 437 dB·μs。擾動幅度為3 mm，振動頻率由2 Hz增加至4 Hz時，凝結初期振動試件累積能量增大，而凝結中期擾動試件相反；振動頻率為4 Hz，振動幅度由3 mm增加至5 mm時，凝結初期和中期擾動試件規(guī)律相同，均表現(xiàn)為累積能量減小，這說明凝結初期擾動后，頻率增大，試件內部初始微裂紋較少，振幅增大后，初始微裂紋數(shù)量增多，但仍小于基準試件；凝結中期擾動后，試件初始微裂紋數(shù)量增多，且擾動頻率和幅度越大，試件初始微裂紋數(shù)量越多。

圖7 能量-b值曲線Fig.7 Energy-b-value curves

出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因為:凝結初期試件擾動后，內部結構致密，原生微裂紋減少，出現(xiàn)微裂紋時產生的聲發(fā)射信號幅值較大，裂紋產生、擴展及事件破壞產生聲發(fā)射能量較多，因此試件破壞時累計能量值較高，其中試件C4-3累積聲發(fā)射能量最大，說明試件C4-3初始損傷最?。荒Y中期擾動后，試件內部原生裂紋較多，出現(xiàn)微裂紋時產生的聲發(fā)射信號幅值較小，內部裂紋產生和試件破壞產生聲發(fā)射能量減少，累積能量值較低，其中試件4-5累積聲發(fā)射能量最小，說明試件初始損傷最大。

2.3 參數(shù)關聯(lián)分析

聲發(fā)射參數(shù)的關聯(lián)分析是將任意兩個聲發(fā)射特征參數(shù)聯(lián)系起來做關聯(lián)圖，關聯(lián)圖的橫縱坐標分別代表不同的參數(shù)，圖上的每一個數(shù)據(jù)點則表示一個聲發(fā)射事件。通常選擇RA-AF關聯(lián)分析來分析混凝土的破壞形態(tài)，其中RA定義為上升時間與振幅之比，即RA=risetime/amplitude (μs/dB)，AF為平均頻率(average frequency)，其定義為振鈴計數(shù)與持續(xù)時間的比值，即AF=counts/duration (kHz)。已有研究表明，剪切破壞和拉伸破壞條件下的RA、AF值存在較大差異:破壞形態(tài)為拉伸破壞時，上升時間較短，相關的AF值會更高，RA值較低；而破壞形態(tài)為剪切破壞時，由于上升時間和持續(xù)時間較長，而平均頻率較低，因此RA值較高，而AF值較低[21]。然而，由于兩個參數(shù)之間的坐標比例并沒有清晰的界定標準，無法對試件的裂紋類型進行清晰的劃分，因此本文采用一種基于高斯混合模型的概率統(tǒng)計方法，對聲發(fā)射數(shù)據(jù)分布特性進行分析，將混凝土在加載過程中的聲發(fā)射源劃分成兩類較為顯著的群集：剪切和拉伸[22]。

高斯混合模型聚類算法的基本思想就是用多個高斯概率密度分布來精確地量化樣本數(shù)據(jù)，從而使樣本數(shù)據(jù)點處于該種分布下的最大似然概率達到最大值。根據(jù)模型數(shù)目的不同可以將高斯模型分為單高斯模型和高斯混合模型，單高斯模型即數(shù)目為1的高斯混合模型，數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布，其概率密度函數(shù)[23]如下：

(3)

高斯混合模型是由單高斯模型衍化而來的，可以看作是單高斯模型的加權平均和，其概率密度函數(shù)p(xi)為：

(4)

式中:s為模型混合數(shù)；ωk為權重系數(shù)；pk(xi)、N(x;μk;∑k)為第i、k個單一高斯密度函數(shù)。

為了計算出最優(yōu)參數(shù)θ，使概率密度值J(θ)達到最大，混合模型的聚類參數(shù)估計通常選擇最大似然估計法，計算方法如下：

θ=[ωi,μi,∑i],i=1,2,…,n

(5)

(6)

式中：ωi與ωk為權重系數(shù)，其和為1；μi和μk是期望。

圖8為根據(jù)式(3)～(6)計算得到的不同損傷階段混凝土試件RA-AF關聯(lián)圖，用以判斷不同擾動條件下混凝土的破壞形態(tài)，圖中(1)、(2)、(3)三個階段分別與前文加載過程的三個階段相對應，整個加載過程中聲發(fā)射事件數(shù)值如表6所示。

表6 聲發(fā)射事件點數(shù)Table 6 Acoustic emission event points

由圖8可知，混凝土試件在不同加載階段均表現(xiàn)出相同的特征，即拉伸裂縫事件點數(shù)較多而剪切裂縫事件點數(shù)較少，這說明試件破壞過程以拉伸裂縫為主。此處拉伸裂縫主要是外荷載作用下試件橫向膨脹導致微裂紋萌生所產生的事件點，而剪切裂縫指試件加載過程中宏觀裂縫相互摩擦產生的事件點。彈性壓密階段，試件聲發(fā)射事件點大部分為拉伸破壞事件點，說明此階段混凝土損傷主要為拉伸裂縫；穩(wěn)定發(fā)展階段，剪切裂縫事件點數(shù)量增多，說明此時剪切破壞與拉伸破壞同時產生，但試件損傷仍以拉伸裂縫為主，此時混凝土試件部分微裂紋小范圍內相互連通，但并未形成宏觀裂縫；進入塑性破壞階段時，剪切裂縫事件點迅速增多，剪切裂縫事件點多集中在此階段，此時試件內部微裂紋開始相互貫通，產生宏觀裂縫。

圖8 RA-AF關聯(lián)分析Fig.8 RA-AF correlation diagrams

表6中，振動幅度為3 mm，頻率由2 Hz增加至4 Hz時:凝結初期受擾動剪切裂縫事件點數(shù)由163減少至114，剪切裂縫所占比率下降3.5個百分點；凝結中期受擾動，試件剪切裂縫事件點數(shù)由374增加至559，剪切裂縫所占比率上升6.5個百分點。擾動頻率為4 Hz，幅度由3 mm增加至5 mm時，凝結初期、中期受擾動試件規(guī)律一致，均表現(xiàn)為剪切裂縫事件點數(shù)增大，其中：凝結初期受擾動后剪切裂縫事件點數(shù)由114增加至169，剪切裂縫所占比率上升1.4個百分點；凝結中期受擾動，剪切裂縫事件點數(shù)由559減少至531，但剪切裂縫所占比率上升5.3個百分點。這說明早齡期擾動對混凝土破壞形態(tài)影響較小，試件受擾動后破壞過程仍以拉伸裂縫為主，但對剪切裂縫所占比率影響較大，結合聲發(fā)射b值及能量分析可知，不同擾動機制下試件初始微裂紋數(shù)量不同，初始微裂紋越多，砂漿-骨料界面過渡區(qū)強度越低，加載過程中產生宏觀裂紋越多，因此試件破壞時剪切裂縫所占比率越大。

2.4 信號強度分析

信號強度分析是對聲發(fā)射信號的深層次分析，通過參數(shù)歷史指標HI(historic index)和嚴重值(severity value)Sr來確定混凝土結構構件的損傷程度[24]。其中歷史指標是評估試件加載過程中信號強度變化的指標，計算公式如下：

(7)

式中:M為t時刻的事件數(shù)；Soi為原始AE數(shù)據(jù)中第i個事件的信號強度；K為與試件有關的經(jīng)驗因數(shù)。混凝土構件中K值的選?。?a)K=0，M≤50；(b)K=M-30,51≤M≤200;(c)K=0.85M,201≤M≤500;(d)K=M-75,M≥501。

嚴重值Sr指t時刻內50個最大信號強度的均值，計算公式如下：

(8)

式中：Som為原始AE數(shù)據(jù)中第m大的信號強度值；R為與材料有關的常數(shù)，其選取與M值相關(R=0，M<50；R=50，M≥50)。

歷史指標HI和嚴重值Sr隨相對應力的變化如圖9所示。

圖9 HI和Sr分析圖Fig.9 Analysis diagrams of HI and Sr

通過圖9(a)、9(b)可以發(fā)現(xiàn)，隨著荷載增加，Sr曲線的最大值不斷增大，說明試件在加載過程中損傷度不斷增加，混凝土試件HI每出現(xiàn)一個峰值，與之對應的Sr曲線在該時刻會出現(xiàn)突變，其余時刻曲線較為平緩，說明HI圖像的峰值與聲發(fā)射信號強度相對應，HI值越大，信號強度越大。凝結初期受擾動，試件破壞時Sr減小，而凝結中期受擾動，試件破壞時Sr增大、其中試件0-0的Sr為6.097，試件C2-3、C4-3、C4-5的Sr分別為5.953、5.864、5.920，而試件2-3、4-3、4-5的Sr分別為6.120、6.176、6.256。

事件點的Sr和HI值越大，說明此時試件越接近破壞狀態(tài)，因此可根據(jù)聲發(fā)射能量-b值分析所劃分階段中每個階段HI值最大時的聲發(fā)射信號，找出對應的Sr，并以HI為橫坐標，相應的Sr值為縱坐標，繪制信號強度分析圖，將信號強度圖劃分為3個區(qū)域，每個區(qū)域代表不同的聲發(fā)射信號嚴重程度(見圖10)。圖中區(qū)域Ⅰ對應加載過程中的彈性壓密階段，此時HI和Sr值較小，損傷比較輕微；區(qū)域Ⅱ對應加載過程中的穩(wěn)定發(fā)展階段，此時HI和Sr值有所增加，但增幅較小，無較大的損傷產生；區(qū)域Ⅲ對應加載過程中的塑性破壞階段，此階段HI和Sr值均較大，且事件點均集中在頂部區(qū)域，此時聲發(fā)射信號的損傷源十分嚴重。因此，較高的Sr值和HI值對應的事件點均位于信號強度圖的右上部區(qū)域，說明此時損傷較為嚴重，根據(jù)圖10頂部區(qū)域聲發(fā)射信號的分布情況，發(fā)現(xiàn)試件4-5損傷最嚴重，而試件C4-3損傷最輕微，規(guī)律與前文分析相一致。

圖10 信號強度分析圖Fig.10 Analysis diagrams of signal strength

3 結 論

(1)混凝土凝結初期(0～7.5 h)受擾動：擾動頻率增大，混凝土抗壓強度增大；擾動幅度增大，混凝土抗壓強度減小。凝結中期(7.5～9.5 h)受擾動，擾動頻率和幅度增大，混凝土抗壓強度減小，說明此階段混凝土抗擾性較差。

(2)通過聲發(fā)射能量和b值分析將試件損傷過程分為彈性壓密階段、穩(wěn)定發(fā)展階段、塑性破壞階段。凝結初期受擾動，擾動頻率增大，試件損傷減小，幅度增大，試件損傷增大；凝結中期受擾動，振動頻率和幅度增大，試件初始微裂紋增多，損傷越大。

(3)通過高斯混合模型將試件加載過程中的事件點分為剪切破壞和拉伸破壞，發(fā)現(xiàn)混凝土試件加載過程以拉伸破壞為主。凝結初期受擾動，振動頻率增大，剪切裂縫事件點數(shù)所占比率減少，幅度增大，剪切破壞事件點數(shù)所占比率增多；凝結中期受擾動，擾動頻率和幅度增大，剪切裂縫事件點數(shù)所占比率增大。

(4)通過歷史指標和嚴重值分析混凝土試件聲發(fā)射信號強度，評估試件的損傷：凝結初期受擾動，頻率越大，試件損傷越小，幅度越大，試件損傷越大；而凝結中期受擾動，頻率和幅度越大，試件損傷越大。