声发射技术是近年来兴起的一种动态无损检测技术,因具有原理简单、可操作性强以及可随时动态监测等特点,在各种材料的性能研究中得到了广泛应用。为解决声发射传感器与土木工程结构的耦合性问题,本文以PZT-5压电陶瓷为功能相、水泥/聚合物为基体,采用二次切割-浇注法制备1-3型水泥/聚合物基压电复合材料;并以此复合材料为压电元件、水泥/聚合物为封装层,制备埋入式的声发射传感器,具体研究内容及结论如下所示:对1-3型水泥/聚合物基压电复合材料进行性能测试与分析,实验结果表明:1-3型水泥/聚合物基压电复合材料具有较高的压电应变常数(d33)、较低的机械品质因数(Qm)以及较高的厚度机电耦合系数(Kt),以其为压电元件制备的声发射传感器具有很好的接收灵敏度;其声阻抗降低至11.79 Mrayl,能够与混凝土很好的匹配。通过对声发射传感器的性能测试与分析,研究结果表明:声发射传感器的谐振频率(126 kHz)、中心频率(85 kHz)以及具有较大的频带宽度(140 kHz),均在混凝土健康监测的20-250 kHz范围内,适用于钢筋混凝土的健康监测。在试件上进行原位断铅实验,设置声发射时间参数,峰值定义时间(PDT)为230μs,撞击定义时间(HDT)为460μs,撞击闭锁时间(HLT)为700μs。在试件加载前对其进行模拟加载试验,设置门槛值为40 dB。将制备好的声发射传感器埋入钢筋混凝土梁中,采用MTS疲劳试验机对试件进行了三点弯曲、3D定位、疲劳循环以及Kaiser效应验证的试验,采用声发射采集仪对试验过程声发射信号进行采集,将宏观力学与声发射特征参数结合起来关联分析,研究其损伤及破坏的机理。钢筋混凝土梁的三点弯曲试验研究结果为:(a)加载过程的声发射信号分为声发射初始阶段、声发射线性发展阶段和声发射失稳阶段三个阶段;(b)钢筋混凝土梁的宏观变形是一种连续的变形,而微观变形却是一种阵发的过程,出现了不连续性和不均匀性。(c)裂纹的存在及裂纹的深度对钢筋混凝土梁的极限荷载有着显著影响,随着裂纹深度的增大,钢筋混凝土梁的极限荷载明显减小,达到最大荷载位移减少,其脆性明显增加。对三点弯曲下钢筋混凝土梁裂纹源进行了3D定位,试件在损坏的过程中,裂纹源主要集中在试件的跨中内部及跨中底部,采用声发射技术可实现对试件全部损伤过程进行监测,并且通过其声发射特征信号参数可以反演其损伤破坏的过程。对试件进行变幅低频疲劳循环试验下声发射特征信号进行分析,结果表明:钢筋混凝土的声发射信号特征与其荷载大小有关,低荷载下产生的声发射信号群低而宽,而在高荷载临近破坏时的声发射群高而窄。对200万次等幅低频疲劳循环下的声发射声发射特征信号进行分析,结果表明:整个疲劳循环过程中声发射信号分为声发射活跃阶段、声发射稳定阶段以及声发射失稳三个阶段。Kaiser效应在钢筋混凝土梁中是存在的,但只存在于一定的荷载范围内。钢筋混凝土梁受载过程中,Felicity效应与荷载水平密切相关。当荷载水平较低时符合Kaiser效应,并且随着荷载水平的增加,Felicity比随之下降,临近极限荷载时Felicity比下降的越快,表明钢筋混凝土梁损伤程度加深,加大了声发射不可逆性。