碳納米管混凝土三點(diǎn)彎曲梁的聲發(fā)射及損傷演化特征

關(guān)鍵詞：碳納米管；混凝土梁；損傷演化；裂紋擴(kuò)展；聲發(fā)射

經(jīng)過2個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，混凝土已成為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中使用最為廣泛的建筑材料之一[1–3]。然而，傳統(tǒng)混凝土作為一種高脆性、低韌性的人工材料，在水化過程中會(huì)產(chǎn)生大量微觀缺陷和不規(guī)則的水化產(chǎn)物，使得混凝土自身結(jié)構(gòu)存在明顯的局限性，突出表現(xiàn)為抗拉強(qiáng)度低、變形能力差、易開裂、易受腐蝕等。在建筑工程中，材料缺陷必將極大地影響工程結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。因此，以智能化、多功能化、可持續(xù)性、超耐久性等為發(fā)展方向的高性能水泥基材料成為工程材料研究的熱點(diǎn)[4–5]。目前，大量研究致力于通過添加各類纖維材料改善水泥基材料的微觀結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)混凝土的宏觀力學(xué)性能，獲得了較好的結(jié)果。Wang等[6]制備了體積分?jǐn)?shù)為0.1%和0.2%的玄武巖纖維混凝土梁，并對(duì)其進(jìn)行了抗彎試驗(yàn)，結(jié)果表明，隨著纖維特性參數(shù)的增大，對(duì)試驗(yàn)梁裂縫和撓度控制作用逐漸增強(qiáng)。周振君等[7]通過研究帶有碳涂層的尼龍纖維混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變行為發(fā)現(xiàn)，隨著尼龍纖維含量的升高，混凝土斷裂模式從脆性斷裂演變?yōu)闇?zhǔn)脆性斷裂，最終表現(xiàn)出假延性斷裂特征。Li等[8]研究纖維體積分?jǐn)?shù)、溫度梯度和凍融循環(huán)次數(shù)對(duì)玄武巖纖維混凝土抗壓強(qiáng)度、韌性指數(shù)和抗彎強(qiáng)度等的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)：添加玄武巖纖維可以減小對(duì)混凝土微觀結(jié)構(gòu)的破壞，在一定程度上改善其塑性降解特性；在低溫凍融環(huán)境下，隨著纖維含量增加，玄武巖纖維混凝土的劈裂拉伸強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度均有所提高。Liu等[9]探討了聚丙烯、玻璃纖維對(duì)混凝土耐久性能和力學(xué)性能的影響發(fā)現(xiàn)，與玻璃纖維混凝土相比，聚丙烯纖維混凝土在力學(xué)和耐久性方面的性能更好。

然而，水泥水化會(huì)生成尺寸微小的納米級(jí)C－S－H凝膠。傳統(tǒng)纖維是在水泥基體開裂后通過纖維拔出效應(yīng)與橋聯(lián)作用增加材料的韌性，不能有效抑制納米尺度微裂紋的形成，因此，納米尺度改性混凝土基體才是更為行之有效的方法。碳納米管作為新型納米纖維材料，具有高模量、高強(qiáng)度和高韌性等特點(diǎn)，在混凝土改性中得到了廣泛應(yīng)用[10–12]。Jung等[13]對(duì)多壁碳納米管（multi-walledcarbonnanotubes，MWCNTs）混凝土開展了單軸壓縮試驗(yàn)，結(jié)果表明，碳納米管通過更致密的C－S－H結(jié)構(gòu)優(yōu)化了混凝土的力學(xué)性能和電導(dǎo)性。Sindu等[14]研究發(fā)現(xiàn)，碳納米管質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.08%混凝土試樣的抗壓強(qiáng)度相較于素混凝土提升了10%。Rocha等[15]通過試驗(yàn)研究了質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.05%和0.10%的碳納米管對(duì)水泥基復(fù)合材料彎曲性能和拉伸性能的影響，結(jié)果表明，0.10%碳納米管摻入使得水泥基復(fù)合材料的斷裂能、抗折強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別提高了90%、46%和47%。Cwirzen等[16]將聚丙烯酸聚合物加入碳納米管水溶液中，并進(jìn)行超聲分散處理，得到的碳納米管懸浮液具有較好的分散性。Makar等[17]研究發(fā)現(xiàn)，碳納米管在水泥基體中的分散性受分散劑與碳納米管比例的影響顯著。秦煜等[18]對(duì)使用表面活性劑的碳納米管懸浮液的穩(wěn)定性進(jìn)行了量化。Xu等[19]通過掃描電子顯微鏡觀察到了碳納米管在混凝土基體中的脫粘、橋聯(lián)和網(wǎng)孔填充現(xiàn)象。Wang等[20]研究了碳納米管水泥基材料的微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)MWCNTs起到了跨越裂縫和空洞的橋梁作用。

上述研究主要集中在碳納米管在混凝土中的分散性、對(duì)水泥基材料的靜態(tài)力學(xué)性能增強(qiáng)效應(yīng)及其對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的影響等方面，關(guān)于碳納米管混凝土（carbonnanotubeconcrete，CNTC）復(fù)合材料聲發(fā)射（acousticemission，AE）參數(shù)及其彎拉破壞過程中損傷演化特征的研究相對(duì)較少。基于此，本研究將利用配備聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的YNS300電液伺服萬能試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)不同碳納米管含量的混凝土梁試樣進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，通過對(duì)混凝土梁破裂的AE能量、幅值、振鈴計(jì)數(shù)等特征參數(shù)深入分析，揭示不同碳納米管摻量下混凝土梁彎拉破壞過程中損傷的演化規(guī)律。研究成果將對(duì)碳納米管混凝土的廣泛應(yīng)用及土木工程基礎(chǔ)設(shè)施耐久性和安全性提升具有重要意義。

1試驗(yàn)方案

1.1試驗(yàn)材料

碳納米管混凝土三點(diǎn)彎曲梁的制備材料：MWCNTs，中國(guó)科學(xué)研究院成都有機(jī)化學(xué)有限公司研制，呈黑色粉末狀，直徑10～20nm，長(zhǎng)度不超過30μm，比表面積為230～280m2/g，純度大于90%；聚乙烯吡咯烷酮（polyvinylpyrrolidone，PVP），白色粉末狀，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑（上海）有限公司生產(chǎn)；粗骨料為連續(xù)級(jí)配碎石，粒度為5～20mm，比重為2.56；細(xì)骨料為天然中粗河砂，細(xì)度模數(shù)為2.6，粒度為0.15～4.75mm；硅酸鹽水泥，焦作千業(yè)水泥公司生產(chǎn)，品質(zhì)與性能均達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；配合水為焦作市自來水有限公司供應(yīng)的飲用水，雜質(zhì)較少，對(duì)試樣性能無不良影響。

1.2試樣制備

由于碳納米管的長(zhǎng)徑比極大，管壁間的范德華力極強(qiáng)，易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，難以在混凝土基體中均勻分布，從而影響碳納米管混凝土的性能?；诖?，采用表面活性劑法和超聲波法，制備均勻穩(wěn)定的MWCNTs水性分散液[21]，具體步驟如下：（1）向裝有蒸餾水的燒杯中添加PVP表面活性劑粉末，用玻璃棒充分?jǐn)嚢柚镣耆芙猓唬?）向上述溶液中加入適量MWCNTs，攪拌進(jìn)行初步混合；（3）對(duì)初步混勻的MWCNTs水性分散液進(jìn)行超聲處理，將超聲波細(xì)胞破碎儀的超聲分散時(shí)間設(shè)為20min，超聲功率設(shè)為390W，PVP與MWCNTs的質(zhì)量比為4∶1。

按表1中的碳納米管混凝土梁配比將原材料按碎石、河砂、水泥的順序依次加入拌和機(jī)中進(jìn)行2min慢拌，再進(jìn)行3min高速攪拌；然后，緩慢加入碳納米管分散液和水，同時(shí)對(duì)拌合物漿體進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，將攪拌均勻的漿體倒入內(nèi)壁涂刷脫模油的長(zhǎng)方體模具內(nèi)，進(jìn)行30s振動(dòng)后抹平；最后，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中養(yǎng)護(hù)24h，脫模繼續(xù)養(yǎng)護(hù)28d。碳納米管混凝土梁的尺寸為400mm×100mm×100mm，MWCNTs的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w分別為0、0.1%、0.3%和0.5%。碳納米管混凝土梁試樣的制備過程如圖1所示。

1.3試驗(yàn)設(shè)備和方法

試驗(yàn)設(shè)備主要包括YNS300電液伺服萬能試驗(yàn)系統(tǒng)和聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。采用YNS300電液伺服萬能試驗(yàn)系統(tǒng)開展不同碳納米管摻量下混凝土梁的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)。該系統(tǒng)最大荷載為300kN，可采用應(yīng)變和位移（應(yīng)變速率和位移速率在0.2～100.0mm/min范圍可調(diào)）兩種伺服控制方式。試驗(yàn)機(jī)活塞的行程為150mm，支柱間距為430mm，拉伸長(zhǎng)度和壓縮長(zhǎng)度空間分別為650和500mm，上壓頭和下壓頭的半徑均為20mm，可實(shí)時(shí)采集試驗(yàn)過程中的應(yīng)力、應(yīng)變、荷載、位移等試驗(yàn)數(shù)據(jù)。DS-5型8通道聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)核心組件囊括聲發(fā)射探頭、數(shù)據(jù)采集主機(jī)及信號(hào)放大器等，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)、收集混凝土梁在加載過程中的聲發(fā)射信號(hào)，并通過聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)程序?qū)崟r(shí)顯示和保存，便于后期數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

在三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)開始前，將2個(gè)聲發(fā)射探頭與梁耦合對(duì)稱布置在梁的兩側(cè)，距離為250mm，試樣內(nèi)部發(fā)生損傷產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)，由聲發(fā)射探頭捕獲信號(hào)后，經(jīng)信號(hào)放大器強(qiáng)化處理，采集主機(jī)存儲(chǔ)和分析放大后的信號(hào)，從中提取出聲發(fā)射特征參數(shù)等關(guān)鍵實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設(shè)置采樣頻率為5MHz、閾值為40dB，從而確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。在試驗(yàn)過程中，將2支點(diǎn)間的距離設(shè)為300mm，加載方式為位移控制加載。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，首先采用力控制加載，給試樣預(yù)加初始力，之后以0.5mm/min的加載速率進(jìn)行試驗(yàn)，直至試樣破壞，出現(xiàn)宏觀裂縫，停止試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)備如圖2所示。

2碳納米管混凝土三點(diǎn)彎曲梁斷裂行為的聲發(fā)射特征

2.1聲發(fā)射能量

在混凝土試樣經(jīng)歷變形破壞的過程中，伴隨著能量的吸收和釋放。聲發(fā)射能量源自混凝土內(nèi)部裂縫形成和擴(kuò)展時(shí)釋放的高頻彈性振動(dòng)能，可以通過計(jì)算信號(hào)包絡(luò)面積的方法進(jìn)行量化。聲發(fā)射監(jiān)測(cè)設(shè)備捕獲并分析試樣內(nèi)部傳遞的聲發(fā)射信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣內(nèi)部裂隙從產(chǎn)生、擴(kuò)展直至相互貫通的連續(xù)、非接觸式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。不同碳納米管摻量下，混凝土三點(diǎn)梁加載過程中聲發(fā)射能量、累計(jì)能量、荷載與時(shí)間的關(guān)系如圖3所示?？梢钥闯?，在三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)前期的加載過程中，即混凝土梁試樣彈性壓縮階段，其內(nèi)部裂紋主要為微裂紋，聲發(fā)射能量較低，監(jiān)測(cè)到的各碳納米管摻量混凝土梁的聲發(fā)射能量均處于較低水平。累計(jì)能量曲線的斜率保持穩(wěn)定，表明聲發(fā)射能量的變化趨于平穩(wěn)。當(dāng)加載荷載達(dá)到峰值時(shí)，碳納米管混凝土梁發(fā)生破壞，此時(shí)產(chǎn)生的能量極大。碳納米管質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0、0.1%、0.3%及0.5%的混凝土梁破壞時(shí)產(chǎn)生的聲發(fā)射能量分別為32011.44、46100.83、45538.73和35591.21mV·ms。這驗(yàn)證了碳納米管的阻裂作用，顯著提升了混凝土梁的性能，使混凝土梁裂縫發(fā)生進(jìn)一步擴(kuò)展破壞所需能量明顯提高。隨著碳納米管摻量的增加，混凝土梁破壞產(chǎn)生的聲發(fā)射能量逐漸減小。在混凝土梁斷裂前，碳納米管質(zhì)量分?jǐn)?shù)0、0.1%、0.3%和0.5%的混凝土梁累計(jì)能量分別為7973.92、6235.97、49814.08和4162.31mV·ms。未摻碳納米管的混凝土梁在彈性壓縮階段積累了更多能量，這可能與微裂紋的廣泛形成有關(guān)。對(duì)于不同碳納米管摻量的混凝土梁而言，其累計(jì)能量無明顯變化規(guī)律，這歸因于碳納米管在混凝土中的分散效果存在差異，使得碳納米管團(tuán)聚的數(shù)量和位置不盡相同[22–23]，微裂紋產(chǎn)生的數(shù)量和規(guī)律也不同，進(jìn)而影響聲發(fā)射能量的釋放特性。

2.2聲發(fā)射振幅與振鈴計(jì)數(shù)

圖4為碳納米管混凝土三點(diǎn)彎曲梁聲發(fā)射幅值、荷載與時(shí)間的關(guān)系。由圖4可知：各碳納米管摻量的混凝土梁在加載初期均經(jīng)歷壓密階段，此時(shí)幅值相對(duì)較小；但在裂紋閉合過程中，幅值均顯著上升。值得注意的是，當(dāng)w為0.1%時(shí)，由于MWCNTs在混凝土梁中的優(yōu)異分散性和對(duì)裂隙的有效填充，便得試樣在裂紋閉合過程中的聲發(fā)射幅值較小。隨著荷載遞增，混凝土梁內(nèi)部能量積聚，微裂紋萌生并擴(kuò)展，最終形成宏觀裂紋，聲發(fā)射信號(hào)幅值增加。鑒于碳納米管分布差異，混凝土梁內(nèi)部微裂隙產(chǎn)生的時(shí)間和位置也不同，幅值突變的時(shí)間也不盡相同。對(duì)于碳納米管質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的混凝土梁，第1次聲發(fā)射幅值突變的時(shí)間為120s，幅值達(dá)到7600mV；隨著w增加至0.3%和0.5%，幅值第1次突變的時(shí)間分別為105和57s，幅值分別為3700和1600mV。上述現(xiàn)象表明，碳納米管摻量的增加促使裂縫提前形成，降低了所需的能量閾值。隨著荷載的進(jìn)一步增加，混凝土梁發(fā)生破壞，聲發(fā)射幅值在破壞之前出現(xiàn)明顯的波動(dòng)[24]。w=0.1%的混凝土梁破壞前幅值為8994mV；隨著碳納米管摻量的增加，混凝土梁破壞前的幅值逐漸降低。但碳納米管混凝土梁的聲發(fā)射幅值明顯高于素混凝土梁的聲發(fā)射幅值，表明碳納米管的填充有效提高了混凝土梁的整體性能，改善了材料的聲學(xué)特性，從而增強(qiáng)了聲發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度。

荷載、振鈴計(jì)數(shù)及累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)與時(shí)間的關(guān)系如圖5所示。從圖5中可以看出，碳納米管混凝土梁的振鈴計(jì)數(shù)、累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)隨時(shí)間的變化關(guān)系與能量、累計(jì)能量隨時(shí)間的變化關(guān)系基本一致[25]。在壓密階段，聲發(fā)射活動(dòng)呈較平穩(wěn)的態(tài)勢(shì)，累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)曲線基本為水平直線，此時(shí)試件內(nèi)部的裂紋逐漸閉合，因此振鈴計(jì)數(shù)較低。之后試樣進(jìn)入彈性壓縮階段，混凝土梁內(nèi)部開始產(chǎn)生微裂隙，開始出現(xiàn)聲發(fā)射信號(hào)，累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)曲線開始緩慢增長(zhǎng)，且曲線斜率基本保持不變。達(dá)到峰值荷載時(shí)，混凝土梁內(nèi)部積聚的彈性應(yīng)變能在短時(shí)間內(nèi)快速釋放，混凝土梁發(fā)生斷裂，聲發(fā)射信號(hào)陡增，振鈴計(jì)數(shù)和累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)急劇增加[26]。碳納米管摻量對(duì)混凝土三點(diǎn)彎曲梁振鈴計(jì)數(shù)有顯著影響：素混凝土梁振鈴計(jì)數(shù)為10255，w為0.1%和0.3%的碳納米管混凝土三點(diǎn)彎曲梁的振鈴計(jì)數(shù)分別為8110和4097，當(dāng)w增大至0.5%時(shí)，振鈴計(jì)數(shù)繼續(xù)增大至10454。該規(guī)律表明，摻入適量的碳納米管有助于改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減少因微裂紋或應(yīng)力集中導(dǎo)致的聲發(fā)射事件，從而降低振鈴計(jì)數(shù)，但摻量超過某一閾值時(shí)，混凝土的性能反而出現(xiàn)了一定程度的劣化，表現(xiàn)為振鈴計(jì)數(shù)上升。

3基于聲發(fā)射參數(shù)的裂紋類型與損傷演化過程分析

3.1裂紋類型分析

在聲發(fā)射監(jiān)測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)，剪切破壞與拉伸破壞的波形特征存在明顯差別。如圖6（a）所示，fA為聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)與持續(xù)時(shí)間的比，AR為上升時(shí)間與幅度的比，各聲發(fā)射參數(shù)表征如圖6（b）所示。一般而言，AR越大，則fA（即平均頻率）越小，越符合剪切破壞模式下的聲發(fā)射特征；相反，fA越大，AR越小，越符合拉伸破壞模式下的聲發(fā)射特征。然而，現(xiàn)有研究對(duì)AR與fA比值的選取尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，多依賴于經(jīng)驗(yàn)判斷。Ohno等[27]基于格林函數(shù)矩張量分析認(rèn)為，AR/fA為1～200時(shí)可以較好地劃分裂紋的類型，按照確定的AR/fA繪制三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)過程中不同碳納米管摻量混凝土梁的fA-AR關(guān)系，如圖7所示。標(biāo)線上部為拉伸裂紋產(chǎn)生的信號(hào)源，下部為剪切裂紋產(chǎn)生的信號(hào)源。根據(jù)圖7中數(shù)據(jù)可知，大部分信號(hào)源隸屬于拉伸裂紋，判定混凝土梁斷裂屬于Ⅰ型斷裂，結(jié)果符合Hillerborg等[28]的虛擬裂縫斷裂理論。進(jìn)一步對(duì)比不同碳納米管摻量混凝土梁的拉伸裂紋與剪切裂紋的比例變化發(fā)現(xiàn)，拉伸裂紋和剪切裂紋占比與碳納米管摻量之間沒有明顯的關(guān)系，值得注意的是，聲發(fā)射fA-AR信號(hào)源數(shù)量與碳納米管摻量之間具有顯著的相關(guān)性。碳納米管混凝土梁聲發(fā)射信號(hào)源數(shù)量明顯低于素混凝土梁聲發(fā)射信號(hào)源數(shù)量，說明素混凝土梁在失穩(wěn)破壞過程中的持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，添加碳納米管能夠顯著提高混凝土梁的抗裂性能。但隨著碳納米管摻量的提升，聲發(fā)射信號(hào)源數(shù)量卻逐漸減少，說明混凝土梁的抗彎強(qiáng)度對(duì)聲發(fā)射信號(hào)源的產(chǎn)生具有調(diào)控作用。

3.2損傷演化過程分析

對(duì)于碳納米管混凝土梁，在荷載作用下，組成混凝土梁的細(xì)觀單元將發(fā)生破壞，并以能量的形式釋放出來，產(chǎn)生聲發(fā)射。因此，聲發(fā)射特征參數(shù)與混凝土梁損傷變量（D）之間存在一定的相關(guān)性。楊永杰等[29]和張強(qiáng)星等[30]的研究表明，聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)和聲發(fā)射能量能更好地反映材料的損傷破壞。因此，本研究分別采用聲發(fā)射累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)和聲發(fā)射累計(jì)能量對(duì)碳納米管混凝土梁的損傷演化過程進(jìn)行分析。混凝土梁損傷變量D[31]為式中：Sd為材料產(chǎn)生損傷后的有效承載面積，S為材料無損傷時(shí)的承載面積。

根據(jù)式（4）計(jì)算得到不同碳納米管摻量混凝土三點(diǎn)彎曲梁的損傷演化過程，如圖8所示。由圖8可知，以能量和振鈴計(jì)數(shù)表示的碳納米管混凝土三點(diǎn)彎曲梁的損傷演化規(guī)律基本保持一致，可分為A、B、C共3個(gè)階段。在A階段，試樣基本沒有損傷，損傷曲線基本為水平直線；在B階段，試樣開始出現(xiàn)微損傷并逐漸累積；在C階段，試樣微裂隙擴(kuò)展逐漸形成宏觀裂隙，并在載荷的作用下裂隙繼續(xù)擴(kuò)展，直至達(dá)到峰值荷載，混凝土梁突然斷裂破壞，裂隙寬度急劇增加[32]，損傷變量先快速增長(zhǎng)，其后陡增式增長(zhǎng)。以能量和振鈴計(jì)數(shù)表示的碳納米管混凝土三點(diǎn)彎曲梁的損傷演化規(guī)律變化趨勢(shì)不盡相同，能量損傷變量的變化趨勢(shì)更加平滑和連續(xù)，而振鈴計(jì)數(shù)損傷變量則可能因單個(gè)事件的觸發(fā)而表現(xiàn)出更明顯的波動(dòng)。

不同碳納米管摻量的混凝土三點(diǎn)彎曲梁的損傷變量各階段時(shí)長(zhǎng)占比及損傷發(fā)展速率有所差異。以圖8（a）為例：素混凝土三點(diǎn)彎曲梁在A、B、C3個(gè)階段的時(shí)長(zhǎng)分別為0～60s、60～160s和160～209s，0.1%碳納米管摻量試樣在A、B、C階段的時(shí)長(zhǎng)分別為0～80s、80～140s和140～170s。0.1%摻量試樣在A階段的時(shí)長(zhǎng)比素混凝土梁試樣更長(zhǎng)，表明碳納米管的加入在一定程度上延緩了微裂隙的產(chǎn)生和擴(kuò)展，提高了混凝土的初始抗損傷能力。然而，當(dāng)w增大至0.5%時(shí)，其損傷演化過程顯著區(qū)別于其余試樣，其A階段的時(shí)長(zhǎng)極短，僅持續(xù)10s，隨后迅速進(jìn)入B階段，時(shí)間跨度為10～180s，達(dá)到峰值荷載后的斷裂過程更加迅速，在180～204s較短時(shí)間內(nèi)完成。其原因可能是，0.5%碳納米管在混凝土基體中發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致試樣性能下降，使其在荷載作用下迅速過渡至B階段，損傷逐漸加劇。

4結(jié)論

采用配備聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的YNS300電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)，對(duì)碳納米管混凝土三點(diǎn)彎曲梁進(jìn)行試驗(yàn)，研究碳納米管摻量對(duì)混凝土三點(diǎn)彎曲梁聲發(fā)射能量、幅值、振鈴計(jì)數(shù)及損傷演化過程的影響，并基于AE特征參數(shù)對(duì)裂紋類型進(jìn)行分析，得出以下主要結(jié)論。

（1）三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)初期，聲發(fā)射能量較低；而碳納米管混凝土三點(diǎn)彎曲梁破壞時(shí)，產(chǎn)生了極大的能量。碳納米管卓越的阻裂能力顯著增強(qiáng)了混凝土梁的性能，使裂縫發(fā)生進(jìn)一步擴(kuò)展破壞所需的能量明顯提高。但隨著碳納米管摻量的增加，試樣破壞所需能量逐漸減小。

（2）不同摻量碳納米管混凝土三點(diǎn)彎曲梁出現(xiàn)首次幅值的突變時(shí)間分別為150、120、105和57s。碳納米管摻量的增加促進(jìn)了裂縫的提前形成，降低了能量閾值。在壓密階段，累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)曲線保持平穩(wěn)；進(jìn)入彈性階段后開始緩慢增長(zhǎng)，且曲線斜率基本保持不變；達(dá)到峰值荷載時(shí)，振鈴計(jì)數(shù)和累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)均急劇增加。

（3）碳納米管混凝土三點(diǎn)彎曲梁聲發(fā)射信號(hào)源隸屬于拉伸裂紋，判定碳納米管混凝土梁斷裂屬于Ⅰ型斷裂。聲發(fā)射fA-AR信號(hào)源數(shù)量與碳納米管摻量顯著相關(guān)，且碳納米管混凝土梁的聲發(fā)射信號(hào)源數(shù)量明顯少于素混凝土梁。不同碳納米管摻量下，混凝土梁試樣的損傷演化規(guī)律基本保持一致，但各階段時(shí)間占比有所差異。