聲發(fā)射（acoustic emission）是材料中局域能量快速釋放而產(chǎn)生瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象[1]。聲發(fā)射檢測(cè)是通過(guò)接收和分析材料的聲發(fā)射信號(hào)來(lái)評(píng)定材料性能或結(jié)構(gòu)完整性的無(wú)損檢測(cè)方法，早期主要應(yīng)用于金屬檢測(cè)。與其他無(wú)損檢測(cè)方法不太相同，聲發(fā)射檢測(cè)中被檢測(cè)到的能量來(lái)自物體本身。聲發(fā)射檢測(cè)對(duì)線(xiàn)性缺陷較為敏感，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到外加應(yīng)力下結(jié)構(gòu)缺陷的變化，檢測(cè)和評(píng)價(jià)整個(gè)結(jié)構(gòu)中缺陷的狀態(tài)，因此廣泛應(yīng)用于材料、石油化工、航空航天、金屬加工等領(lǐng)域。1959年，Rusch對(duì)混凝土受力后的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行了研究。隨著科技的發(fā)展，研究人員對(duì)混凝土的聲發(fā)射研究也日趨深入。

      水泥水化對(duì)混凝土的各項(xiàng)物理性能發(fā)展至關(guān)重要。Chotard等[2]應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)研究了水泥早期的水化作用，并據(jù)此對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行了預(yù)測(cè)。他們發(fā)現(xiàn)凝結(jié)過(guò)程中記錄到的聲發(fā)射事件可以反映漿體內(nèi)部凝結(jié)的機(jī)制。K. Van Den Abeele等[3]利用聲發(fā)射技術(shù)實(shí)時(shí)記錄了早齡期混凝土水化過(guò)程中內(nèi)部微結(jié)構(gòu)的活動(dòng)。結(jié)果表明在養(yǎng)護(hù)期的前三天，對(duì)不同的原始組分來(lái)說(shuō)，聲發(fā)射事件的數(shù)量與水化程度有關(guān)。Lateef Assi等[4]利用聲發(fā)射技術(shù)研究了水泥水化過(guò)程并研究了記錄到的聲發(fā)射信號(hào)與不同水化機(jī)制之間的潛在聯(lián)系，他們發(fā)現(xiàn)持續(xù)時(shí)間、幅值與水泥水化時(shí)的溫度變化有關(guān)，并認(rèn)為早期水化中反復(fù)出現(xiàn)的聲發(fā)射信號(hào)來(lái)源于C-S-H的形成以及毛細(xì)孔的干燥。Evin Dzaye等[5]成功從水泥漿體凝結(jié)硬化時(shí)產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)中分辨出了其中兩種來(lái)源：漿體中骨料和氣泡的運(yùn)動(dòng)。他們[6]還研究了水泥漿體早期水化過(guò)程中聲發(fā)射源的演化規(guī)律。研究表明，水泥漿體混合后前幾個(gè)小時(shí)的大部分聲發(fā)射信號(hào)來(lái)源于水泥顆粒沉降，且對(duì)粒徑分布十分敏感。

       混凝土的最終破壞是其內(nèi)部發(fā)生的細(xì)微裂紋逐漸發(fā)展的結(jié)果，材料的宏觀破壞僅是裂紋演化的最終表現(xiàn)形式。材料裂紋產(chǎn)生擴(kuò)展會(huì)產(chǎn)生聲信號(hào)，研究聲發(fā)射信號(hào)與材料斷裂過(guò)程之間的關(guān)系有助于進(jìn)一步從細(xì)觀層次上分析混凝土的破壞機(jī)理。S. Muralidhara等[7]利用聲發(fā)射事件的能量來(lái)估計(jì)斷裂過(guò)程區(qū)的大小。研究表明，聲發(fā)射事件累積能量隨時(shí)間急劇上升的現(xiàn)象，與斷裂過(guò)程區(qū)的形成有關(guān)。累積能量-時(shí)間曲線(xiàn)的斜率突然增大表明微裂縫合并成為宏觀裂縫。Ninel Alver等[8]利用聲發(fā)射技術(shù)檢測(cè)循環(huán)荷載下全覆蓋CFRP的鋼筋梁在不同加載階段產(chǎn)生的裂縫類(lèi)型和位置，并對(duì)其斷裂機(jī)理進(jìn)行了研究。結(jié)果表明聲發(fā)射參數(shù)，如平均頻率、持續(xù)時(shí)間、能量可以用于確定加載過(guò)程中混凝土梁的斷裂機(jī)理。J. Saliba等[9]為了監(jiān)測(cè)有缺口和無(wú)缺口的混凝土梁在三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)中的斷裂擴(kuò)展，使用聲發(fā)射技術(shù)和細(xì)觀非線(xiàn)性模型對(duì)損傷演變過(guò)程以及斷裂過(guò)程區(qū)進(jìn)行研究。結(jié)果表明聲發(fā)射撞擊計(jì)數(shù)隨相對(duì)缺口深度減小而增大，并與數(shù)值模型中高斯點(diǎn)的變化呈線(xiàn)性相關(guān)。隨缺口深度增加，聲發(fā)射峰變得更低更矮，并沿水平軸向左移動(dòng)。

圖2 典型聲發(fā)射特征參數(shù)

       聲發(fā)射具有對(duì)損傷敏感度高、受幾何構(gòu)造影響小、探測(cè)距離遠(yuǎn)的優(yōu)勢(shì)，能夠準(zhǔn)確反映出結(jié)構(gòu)內(nèi)部的變化。利用聲發(fā)射技術(shù)能有效對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)和安全性進(jìn)行評(píng)估，以期達(dá)到指導(dǎo)維修，提供預(yù)警的目的。通過(guò)研究混凝土破壞過(guò)程中的聲發(fā)射ｂ值可有效測(cè)量混凝土的損傷程度。Suzuki等[10]使用AE和x射線(xiàn)計(jì)算機(jī)斷層掃描(X-ray Computed Tomography)對(duì)運(yùn)河上鋼筋混凝土柱中取下的經(jīng)受凍融的混凝土芯樣的損傷程度進(jìn)行了定量評(píng)估。R. Vidya Sagar等[11]對(duì)素混凝土和水泥砂漿在裂縫開(kāi)口位移控制下的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)中獲得的聲信號(hào)進(jìn)行了研究和討論，通過(guò)GBR法和Aki法對(duì)b值進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明后者對(duì)b值的計(jì)算更為可靠，而混凝土斷裂的各階段可以通過(guò)b值進(jìn)行區(qū)分。Chen等[12]通過(guò)b值的變化分析了不同加載速率下的破壞形式，發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射b值能夠反映低加載速率下混凝土裂紋擴(kuò)展的不同階段，進(jìn)而對(duì)混凝土的損傷進(jìn)行評(píng)估。

       當(dāng)材料出現(xiàn)裂紋時(shí)會(huì)釋放能量，產(chǎn)生的彈性波被聲發(fā)射傳感器探測(cè)到后可以通過(guò)分析數(shù)據(jù)檢測(cè)出裂紋的位置。Barbara Schechinger和Thomas Vogel [13]討論了聲發(fā)射定位法的準(zhǔn)確性。他們通過(guò)壓縮波到達(dá)的時(shí)間對(duì)聲發(fā)射源進(jìn)行三維定位。定位結(jié)果顯示，對(duì)于傳感器分布范圍可以良好覆蓋的區(qū)域，定位精度很高。但隨試件損傷程度的增加，在實(shí)驗(yàn)后期很難以同樣的精度跟蹤試件的劣化過(guò)程。

圖4 聲發(fā)射定位示意圖