Page 140 - 《应用声学》2022年第6期

986 2022 年 11 月

i
2.1 骨料含量对混凝土平均声速的影响 v i = (s i agg + s )/t , (11)
′
i
m
由于时差定位算法本质上是一种将被测物体
式 (11) 中，v i 为通过第 i 个传感器与声发射源计算
设为均质物的计算方法，在计算时需首先提供被测
得到的混凝土平均声速。
物的平均声速。本节将对混凝土的平均声速通过模
拟试验进行统计分析，首先应确定砂浆与骨料的声 表 1 混凝土各组分材料参数
速取值。值得注意的是，根据文献 [9]，混凝土的波 Table 1 Material parameters of concrete
速在传播距离超过 200 ∼ 300 mm 后会出现一个明 components
显的衰减，这是由于速度较快的纵波在传播距离较
弹性模量 密度 波速
大时幅值会大幅衰减，从而导致在距离较大时传感 材料 E/GPa ρ/(kg·m −3 ) v/(m·s −1 )
器只能接收到横波信号，而无法接收到纵波信号。 骨料 70 2500 5292
由于本文中后续的测试区域尺寸均在 300 mm 以内 砂浆 25 2200 3371
(实际试验时测试区域的大小通常也与这一尺寸相
为了探究不同骨料含量对混凝土平均声速的
当 [1−3] )，因此，文中主要使用纵波的时间差用以定
影响，进行了 6 组 0.3 m×0.3 m 的试件的平均声速
位。根据弹性力学 [16] ，固体的波速 (纵波) 可采用如
统计试验。每组试验有 3 个试件，用以消除离散性。
下公式计算：
试件形式如图 8 所示，骨料含量 (空间占比) 分别为
√
v ≈ E/ρ, (10)
20%、25%、30%、35%、40%、45%，骨料粒径范围在
式(10) 中：v 为固体内纵波波速，E 为该固体弹性模 5 ∼ 31.5 mm，符合连续级配。
量，ρ为其密度。 为了更好地表现区域内声速的分布规律，在上
根据文献 [15,17–18]，骨料及砂浆的基本材料 述试件内沿水平、竖直方向均匀布置81个理想声发
参数取值如表1所示。 射信号源，这些信号源的信号规律被假设为完全一
已知混凝土声发射信号从信号源传播至传感 致，且在信号传播过程中不考虑其能量衰减以及折
器所需的时间可通过式 (8) 求得，根据图 7，则易得 射反射。此外，还在试件的 4 个顶点放置 4 个传感
混凝土中平均声速的计算公式为 器，如图9所示。

300 300 300
250 250 250
200 200 200
150 150 150
100 100 100
50 50 50
0 0 0
0 100 200 300 0 100 200 300 0 100 200 300
(a) ᰤநե᧚20% (b) ᰤநե᧚25% (c) ᰤநե᧚30%
300 300 300
250 250 250
200 200 200
150 150 150
100 100 100
50 50 50
0 0 0
0 100 200 300 0 100 200 300 0 100 200 300
(d) ᰤநե᧚35% (e) ᰤநե᧚40% (f) ᰤநե᧚45%

图 8 不同骨料含量的试件
Fig. 8 The specimens with different aggregate content