超声波和声发射这两种基于声学的无损检测技术,已经开始用于研究沥青混凝土的力学行为和 损伤破坏过程。通过对国内外文献的整理研读 ,从沥青混凝土的强度、动态模量、疲劳性能和疲劳寿命、裂缝检测、 裂缝演化过程、损伤定位等方面,综述了这两种技术在该领域的应用现状,并对其未来的研究方向和需要进一步 研究的问题进行了总结和展望。 【关键词】 沥青混凝土;无损检测 ;超声波;声发射 【中图分类号】 TU528.42 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2014)10—0001—04 沥青混凝土 (Asphaltconcretemixture,简称 AC)是 由适 当比例的粗集料 、细集 料及 填料 与沥青 在严格 条 件下拌和的沥青混合料。由于沥青混凝土在道路工程 中的大量使用,以及在实践生产过程中遇到的问题 ,使 得人们对沥青 混 凝 土力 学行 为 及损 伤 破坏 过 程 的研 究成为热点 。超声波和声 发射技术作 为两种基 于声 学 的无损检测技术 ,已开始用于沥青混凝土的研究。文 中在对 国内外相关 文献研 读和 分类 归纳基 础 上 ,首 先 介绍超声波和声发射技 术的基本原理 ,然后从 强度、动 态模量、疲劳寿命预估、裂缝检测 、损伤评估以及裂缝 演化过程 、断裂参数 、声 发射源定位 、疲 劳性能 ,分别综 述 了超声 波和声 发 射技 术 在 沥青 混凝 土 领域 的应 用 现状 和取 得的成果 ,最后 总结 了这 两种技 术未 来在该 领域 的研究方 向和热点 。 1 超声波和声发射技术 简介 超声波是一种频率高于人耳能听见的频率声波。 利 用机械振动源在材料 中激 发一 种机 械振 动波 ,通 过 对超声 波受影 响变 化 程度 和 状 况 的探测 来 研究 材 料 性 能和 内部组织 的变化… ,称 为超声 波技 术 。声发 射 (AcousticEmission,简称 AE)是 指材 料 内部局 部 区域 在外界的影响下,伴随着能量的快速释放而产生的瞬 态弹性波的现象。利用仪器检测、记录、分析声发射信 号和推断声发射源 的技 术 ,称为声发射技术 。 2 超声 波技术在 沥青混凝土领域 中的应用 2.1 波速与强度 之间关 系的研究 超声波在 沥青 混 凝 土 中的 传播 速 度 与其 强度 有 着密切关 系,强度越高波 速越大 ,反之亦然 。在抗压强 度上 ,潘宝峰等人 发现 波速与 抗压 强度 之间有 很好 的相关性 ,并得到 了抗 压强度和波速之 间的回归方程 ; 吴金荣等人 通过试验得到了不 同温度下抗压强度 和波速 的非线性 回归方 程 ,并对 沥青 混凝 土抗压 强度 进行了预测 。在弯拉强 度上 ,董小 红等 人 利 用超 声 波对双层式沥青路 面进行 了强度检测 ,发现波 速 与抗 弯强度呈 规律 性 变化 。胡 桂 宝等人 研 究 了波 速 变 化与沥青混凝 土弯拉强度 变化 之 间的规律 ,发 现 波速 与弯拉强 度 变化 之 间有很 好 的相关 性 。在 劈 裂强 度 上 ,王鲁 宁等人 发现波速 和劈裂强度 均随 着冻融 循 环次数的增加而降低,由冻融劈裂强度定义的损伤变 量与波速 的降低具有一定关 系 ,波速 降低可 反映 冻融 损伤程度 。易军 艳 等人 利用 波速 来表 征 沥 青混 凝 土劈裂强 度 ,给 出两者之间经验公式 ,试验结果显示波 速可很好地表征沥青混凝土冻融后的劈裂强度。 综上所述 ,研究人 员对 沥青混凝 土抗 压、弯 拉 、劈 裂强度 与波速间 的关 系进行 了较 广泛 的研究 ,得 出了 强度 与波速之间的 回归方程。但超声波测强技术 在沥 青混凝 土上还未进行实际应用 ,尚需进 一步研究 ,提出 修正系数,使测强技术更精确 ,更具一般性。 2.2 超声波技术对沥青混凝土动态模量的研究 目前在 国内,道路结构设 计时仍采 用静 态模量 ,但 采用动态模量 可 以更 准确 的反 映路 面在 车 辆载 荷 作 用下的实际工作状态 。JNorambuena等人 在特定 温度下利用超声波法直接测定了沥青混凝土的动态 模量 。动态模量 由超声 波传播 速度计算 得 到 ,由超 声 波得到 的动 态模 量测 试值 与 标准试 验 中低 频加 载 速 率下 得 到 的 测 试 值 相 接 近。Herv6DiBenedetto等 人 叫在沥青混凝 土试件上进行超声波测试 ,并在 线性 粘 弹性材料 的框 架 内进行 反 分析从 而 获得 了动态 模 量 。ZhiyongJiang等人 试 图建立沥青混凝 土动 态模 量与超声波峰值振幅、最大频谱幅度、频谱区域之间的 关 系。经过一 系列 的线性 回归他们发现并通过实验验 证了在高加载频率下,动态模量与三种波特征之间有 非 常好 的线性 相关性。
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