權(quán)利要求

1.UHPC/泡沫鋁抗爆復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括UHPC和泡沫鋁，其特征在于，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)的總厚度≤150mm，每一層厚度≤15mm，每層中泡沫鋁沿復(fù)合結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度方向間隔布置，所有泡沫鋁的外接直徑相同，采用分層澆筑的方式鋪一層泡沫鋁再澆筑UHPC，UHPC作為一種超高性能水泥基復(fù)合材料漿體填充在泡沫鋁之間的空隙中，所用泡沫鋁作為粗骨料加入U(xiǎn)HPC中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UHPC/泡沫鋁抗爆復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，相鄰層之間涂覆有硅烷偶聯(lián)劑溶液。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UHPC/泡沫鋁抗爆復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述硅烷偶聯(lián)劑溶液是在去離子水中加入乙醇，攪拌均勻后再加入乙酸，調(diào)節(jié)pH值在3-5之間，然后加入硅烷偶聯(lián)劑，硅烷偶聯(lián)劑質(zhì)量濃度控制在0.5％-1.5％之間。 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UHPC/泡沫鋁抗爆復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，復(fù)合結(jié)構(gòu)共有十五層，按照沿沖擊波入射方向分成三部分，第一部分為1～5層，1～5層中每層的泡沫鋁沿復(fù)合結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度方向的間隔為2～5mm；第二部分為6～10層，這6～10層沿沖擊波入射方向分別按照泡沫鋁沿復(fù)合結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度方向的間隔13-15mm、11-13mm、9-11mm、7-9mm、5-7mm呈梯度排布；第三部分為11～15層，沿復(fù)合結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度方向按照密集排布的形式分層布設(shè)。 5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的UHPC/泡沫鋁抗爆復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，復(fù)合結(jié)構(gòu)每層厚度為10-15mm；1～10層中相鄰兩層的泡沫鋁交錯(cuò)布置，泡沫鋁密度沿沖擊波入射方向呈降低趨勢(shì)，所需泡沫鋁形狀為球形、五邊形、六邊形、五角星或具有明顯不規(guī)則棱角的形狀，在第三部分中進(jìn)行密集排布時(shí)相鄰兩個(gè)泡沫鋁之間的界面沒有完全重合，只有部分點(diǎn)接觸或者局部面接觸，使得能在相鄰泡沫鋁之間的不重合區(qū)域消耗沖擊波，不規(guī)則形狀的外接圓直徑為10-12mm。 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UHPC/泡沫鋁抗爆復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述UHPC抗壓強(qiáng)度不低于130MPa，抗彎強(qiáng)度不低于40MPa，抗拉強(qiáng)度不低于10MPa；所述泡沫鋁密度范圍為0.20-0.70g/cm 3，抗壓強(qiáng)度為3-17MPa，抗彎強(qiáng)度3-15MPa，抗拉強(qiáng)度2-7MPa。所述泡沫鋁除沿沖擊波入射方向的首層外每?jī)蓪訛橐粋€(gè)單元，且每個(gè)單元密度由底至頂范圍為0.25-0.31g/cm 3、0.32-0.36g/cm 3、0.37-0.42g/cm 3、0.43-0.48g/cm 3、0.49-0.53g/cm 3、0.54-0.58g/cm 3、0.59-0.64g/cm 3、0.65-0.70g/cm 3。 7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UHPC/泡沫鋁抗爆復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述UHPC中水與(P.Ⅱ52.5普通硅酸鹽水泥+粉煤灰+硅灰)之間的比值為0.15-0.20。 8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UHPC/泡沫鋁抗爆復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，該復(fù)合結(jié)構(gòu)能抵御子彈直徑(炮彈口徑)在5.3～57mm之間，所施加的荷載應(yīng)變率10 3-10 5s -1的沖擊。 9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UHPC/泡沫鋁抗爆復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述抗爆復(fù)合結(jié)構(gòu)能用于防御爆距小于0.4m、TNT爆距大于1kg的情況，甚至能抵抗接觸式爆炸，接觸式爆炸TNT當(dāng)量在0.4～1.6kg之間；在抗侵徹領(lǐng)域，適合小于1m的近距離多次沖擊。 10.UHPC/泡沫鋁抗爆復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，該方法在制作時(shí)，先鋪一層薄薄的UHPC基底，基底厚度為2-3mm，不算總層數(shù)，然后在UHPC基底上均勻涂抹硅烷偶聯(lián)劑溶液，之后將泡沫鋁按照規(guī)則排布好當(dāng)前層，然后澆筑UHPC，將泡沫鋁完全包裹，控制在層厚在15mm以內(nèi)，形成一個(gè)平整表面，再涂抹硅烷偶聯(lián)劑溶液，再在當(dāng)前位置分布泡沫鋁，再澆筑UHPC，重復(fù)上述過程，至達(dá)到設(shè)計(jì)的層數(shù)要求，形成抗爆復(fù)合結(jié)構(gòu)。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超高性能混凝土抗爆復(fù)合結(jié)構(gòu)，具體涉及UHPC/泡沫鋁抗爆復(fù)合結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著人口的逐漸增加，人們對(duì)逐漸匱乏的資源爭(zhēng)奪愈演愈烈，大規(guī)模戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)也就隨之增加。為了保障人們的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全，降低突發(fā)事件的危害，如何提高防護(hù)工程及民用建筑的抗侵徹和抗爆炸能力，如何優(yōu)化防護(hù)結(jié)構(gòu)，己成為目前亟待解決的問題。

近年來，人們?cè)谏a(chǎn)、生活中認(rèn)識(shí)到泡沫混凝土、泡沫鋁材料、EPS(聚苯乙烯泡沫塑料)混凝土等軟材料能夠有效的吸收爆炸沖擊波，可以用來提高結(jié)構(gòu)的抗爆性能，但單一的使用軟材料很難滿足隧道襯砌結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，而采用復(fù)合抗爆結(jié)構(gòu)卻能有效解決此類問題。

公開號(hào)為CN112878585A的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種高抗爆高強(qiáng)泡沫鋁-鋼管混凝土復(fù)合柱及其制備方法，該結(jié)構(gòu)為一種柱狀結(jié)構(gòu)，由內(nèi)至外依次設(shè)置的混凝土、鋼管、泡沫鋁、環(huán)氧樹脂膠粘劑和不銹鋼外保護(hù)層，不能用作民用建筑墻體使用。

本申請(qǐng)結(jié)合目前研究所存在的問題，自重大，密集排布陶瓷球等無法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)抗侵徹性能，吸能效果差等一系列問題，提出了一種與同等混凝土抗爆面板相比自重輕，抗爆性能好，吸能效果好的面板結(jié)構(gòu)，即本發(fā)明公開的一種UHPC/泡沫鋁抗爆復(fù)合結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)上抗爆復(fù)合面板結(jié)構(gòu)韌性不足、自重較大、吸能效果差等一系列問題，本發(fā)明提供一種UHPC/泡沫鋁抗爆復(fù)合結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明解決上述問題采用以下技術(shù)方案：

一種UHPC/泡沫鋁抗爆復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括UHPC和泡沫鋁，其特征在于，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)的總厚度≤150mm，每一層厚度≤15mm，每層中泡沫鋁沿復(fù)合結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度方向間隔布置，所有泡沫鋁的外接直徑相同，采用分層澆筑的方式鋪一層泡沫鋁再澆筑UHPC，UHPC作為一種超高性能水泥基復(fù)合材料漿體填充在泡沫鋁之間的空隙中，所用泡沫鋁作為粗骨料加入U(xiǎn)HPC中。

相鄰層之間涂覆有硅烷偶聯(lián)劑溶液。

復(fù)合結(jié)構(gòu)共有十五層，按照沿沖擊波入射方向分成三部分，第一部分為1～5層，1～5層中每層的泡沫鋁沿復(fù)合結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度方向的間隔為2～5mm；第二部分為6～10層，這6～10層沿沖擊波入射方向分別按照泡沫鋁沿復(fù)合結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度方向的間隔13-15mm、11-13mm、9-11mm、7-9mm、5-7mm呈梯度排布；第三部分為11～15層，沿復(fù)合結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度方向按照密集排布的形式分層布設(shè)。

優(yōu)選，復(fù)合結(jié)構(gòu)每層厚度為10-15mm。按照上述的排布方式預(yù)先放置泡沫鋁進(jìn)行分層布設(shè)，然后采用層層澆筑方式進(jìn)行澆筑，相鄰球形泡沫鋁之間空隙用UHPC漿體填充，進(jìn)而組成一種UHPC/泡沫鋁抗爆復(fù)合結(jié)構(gòu)。1～10層中相鄰兩層的泡沫鋁交錯(cuò)布置，泡沫鋁密度沿沖擊波入射方向呈降低趨勢(shì)，所需泡沫鋁形狀為球形或五邊形、六邊形、五角星等不規(guī)則形狀，在第三部分中進(jìn)行密集排布時(shí)相鄰兩個(gè)泡沫鋁之間的界面沒有完全重合，只有部分點(diǎn)接觸或者局部面接觸，使得能在相鄰泡沫鋁之間的不重合區(qū)域消耗沖擊波，所述不規(guī)則形狀為類似石子有棱角的不規(guī)則形狀，不規(guī)則形狀的外接圓直徑為10-12mm，球形泡沫鋁的直徑范圍為10-12mm。

所述UHPC抗壓強(qiáng)度不低于130MPa，抗彎強(qiáng)度不低于40MPa，抗拉強(qiáng)度不低于10MPa，所述UHPC作為一種超高性能水泥基復(fù)合材料漿體填充在每層的泡沫鋁之間的空隙中，然后在澆筑后的每層UHPC表面均勻涂抹硅烷偶聯(lián)劑溶液，在相鄰兩層間隔排布較多泡沫鋁的前提下提高混凝土界面的粘結(jié)性能。所述硅烷偶聯(lián)劑溶液是在去離子水中一定量的乙醇，攪拌均勻后加入乙酸，調(diào)節(jié)PH值在3-5之間，然后加入硅烷偶聯(lián)劑，濃度在0.5％-1.5％之間。

所述泡沫鋁密度范圍為0.20-0.70g/cm 3，抗壓強(qiáng)度為3-17MPa，抗彎強(qiáng)度3-15MPa，抗拉強(qiáng)度2-7MPa。所述泡沫鋁每?jī)蓪訛橐粋€(gè)單元，遇層數(shù)為奇數(shù)時(shí)最后一層單獨(dú)作為一個(gè)單元，相鄰單元之間密度差越大越好，優(yōu)選地，每個(gè)單元密度范圍為0.25-0.31g/cm 3、0.32-0.36g/cm3、0.37-0.42g/cm3、0.43-0.48g/cm3、0.49-0.53g/cm3、0.54-0.58g/cm3、0.59-0.64g/cm3、0.65-0.70g/cm3。本發(fā)明所述泡沫鋁為閉孔泡沫鋁，沖擊波在多孔低阻抗材料表面會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象，從而會(huì)耗散一部分沖擊波能量，從而減小沖擊破壞深度，所述抗爆復(fù)合結(jié)構(gòu)能夠靠泡沫鋁來反射沖擊波而非抵抗載荷。

本申請(qǐng)充分需要考慮了UHPC與泡沫鋁之間、相鄰兩層的UHPC之間的界面粘結(jié)性，在每層澆筑玩的UHPC基體上均勻涂抹一層硅烷偶聯(lián)劑溶液，該溶液可以提高兩者之間的界面粘結(jié)性能，進(jìn)而提高結(jié)構(gòu)的整體性，為一種具有高抗爆性能的復(fù)合結(jié)構(gòu)。

由于本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，因此具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明能根據(jù)不同的軍事環(huán)境給出一種通用的、適合多次沖擊的混凝土抗爆復(fù)合結(jié)構(gòu)，在每層泡沫鋁的間距布置和泡沫鋁的密度設(shè)置上都采用局部梯度的方式，如粗骨料按照沿沖擊波入射方向1～5層沿長(zhǎng)度方向每隔2-5mm排布；6～10層中每一層沿長(zhǎng)度方向從沖擊波入射角度分別按照13-15mm、11-13mm、9-11mm、7-9mm、5-7mm呈梯度排布；11～15層沿長(zhǎng)度方向按照密集排布的形式布置，分層布設(shè)進(jìn)行預(yù)先放置。這種布置方式獲得的復(fù)合結(jié)構(gòu)可以適應(yīng)于不同大小、形狀的彈體口徑及不同的作戰(zhàn)環(huán)境要求，使子彈在面板內(nèi)部穿透行為更為復(fù)雜，且消耗更多的沖擊波動(dòng)能，在抗侵徹領(lǐng)域，可以借助UHPC基體及硅烷偶聯(lián)劑溶液對(duì)泡沫鋁的約束作用，充分發(fā)揮泡沫鋁的壓縮吸能特性。在抗爆防護(hù)領(lǐng)域，同一層泡沫鋁借助UHPC及硅烷偶聯(lián)劑溶液的約束作用可以充分發(fā)揮泡沫鋁的壓縮性能及吸能特性，沿高度方向相鄰兩層泡沫鋁連接界面處在爆炸沖擊波作用下會(huì)發(fā)生錯(cuò)動(dòng)、破碎等現(xiàn)象，這也會(huì)進(jìn)一步耗散沖擊波能量。此外，還考慮了6～10層泡沫鋁之間距離成梯度分布，這進(jìn)一步使得沖擊波傳播路線更為復(fù)雜，若出現(xiàn)沖擊波貫穿十層的情況，其殘余能量由11～15層密集排布泡沫鋁及UHPC完全吸收，從而達(dá)到一種層層抗爆的高抗爆防護(hù)的效果。

2.本發(fā)明以UHPC復(fù)合不同密度泡沫鋁組成梯度抗爆復(fù)合面板結(jié)構(gòu)，UHPC基體對(duì)泡沫鋁起到環(huán)向約束作用，借助泡沫鋁超高壓縮性能與沖擊韌性增加了沖擊波與碎片駐留時(shí)間，延緩了底層UHPC及球形泡沫鋁破碎失效的時(shí)間，提高了復(fù)合結(jié)構(gòu)整體抗爆性能。

3.與普通水泥基材料相比，UHPC具有超高強(qiáng)、高韌性、優(yōu)異耐久性特性，其抗壓強(qiáng)度大于130MPa的高延性(拉伸狀態(tài)下開裂后的高抗拉強(qiáng)度)混凝土，其較低的脆性(較低的脆性指的是抗折強(qiáng)度，而普通混凝土抗折強(qiáng)度在5MPa左右。)使得設(shè)計(jì)和制造無需配置鋼筋的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件成為可能，且具有更好的抗壓性能、抗拉性能、抗折性能及抗沖擊抗爆性能。由于其低水膠比，(水膠比指的是水與(P.Ⅱ52.5普通硅酸鹽水泥+粉煤灰+硅灰)之間的比值，本申請(qǐng)中低水膠比一般為0.15-0.20，而普通混凝土水膠比一般在0.35-0.60之間)微裂紋效應(yīng)和自修復(fù)效應(yīng)，使其具有良好的耐久性。

4.有別于傳統(tǒng)的混凝土面板，球形泡沫鋁間隔排列方式在爆炸沖擊波作用下，泡沫鋁表面產(chǎn)生的裂紋不會(huì)延伸至相鄰的泡沫鋁，這進(jìn)一步阻礙了沖擊波的傳播。且通過按照一定距離均勻排布泡沫鋁，且厚度方向沿上一層泡沫鋁間隙位置布置泡沫鋁，它們之間存在的天然空隙會(huì)使沖擊波傳播變得更為復(fù)雜，且沖擊波會(huì)在低阻抗材料表面會(huì)發(fā)生多次反射，這會(huì)進(jìn)一步耗散沖擊波能量，避免了像普通混凝土面板整體失效，提高了面板結(jié)構(gòu)的整體性。

5.與目前混凝土抗爆復(fù)合面板(普通混凝土面板/泡沫點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、纖維網(wǎng)格布、鋼管/普通混凝土面板)相比，通過加入低密度、多孔的泡沫鋁材料進(jìn)一步減輕了結(jié)構(gòu)自重，降低了施工成本。且在爆炸程度相同時(shí)，相比于普通混凝土面板，UHPC面板的層裂破壞程度更輕，背爆面表面裂紋相比普通混凝土更少，更輕且大尺寸裂縫數(shù)量更少。

6.添加硅烷偶聯(lián)劑溶液是為了增強(qiáng)界面粘結(jié)性能，因?yàn)榛炷猎谀Y(jié)硬化過程中，由于各種因素的影響，可能會(huì)形成較多孔隙，且與泡沫鋁之間粘結(jié)不牢固，通過加入硅烷偶聯(lián)劑溶液可以均勻滲透到氣孔內(nèi)部，使混凝土與泡沫鋁之間的粘結(jié)更加牢固，進(jìn)一步約束了泡沫鋁的位移，提高了面板結(jié)構(gòu)的抗爆性能。

7.本發(fā)明創(chuàng)造性的以球形泡沫鋁或不規(guī)則形泡沫鋁作為一種粗骨料加入U(xiǎn)HPC中組成梯度抗爆復(fù)合面板結(jié)構(gòu)，極大的提高了面板結(jié)構(gòu)的抗爆性能。作為粗骨料的泡沫鋁，由于UHPC的環(huán)向約束作用會(huì)充分發(fā)揮其超高壓縮特性與吸能能力，且進(jìn)一步借助泡沫鋁密度梯度的設(shè)計(jì)逐步耗散沖擊波動(dòng)能；另一方面，泡沫鋁粉碎的同時(shí)進(jìn)一步耗散沖擊波能量。泡沫鋁作為一種多孔低阻抗材料，在高速?zèng)_擊過程中，泡沫鋁通過自身胞孔變形以及粉碎會(huì)進(jìn)一步耗散爆炸沖擊波。相鄰兩層泡沫鋁之間由于天然界面的存在，在爆炸沖擊波作用下發(fā)生位移時(shí)會(huì)進(jìn)一步耗散沖擊波動(dòng)能。

8.結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在沖擊波能量較大時(shí)，纖維層和TC4背面會(huì)提前出現(xiàn)損傷，降低了整體材料的防護(hù)性能，在提升抗侵徹性能的前提下，顯著降低了復(fù)合結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，滿足輕量化要求，在抗侵徹載荷作用下復(fù)合結(jié)構(gòu)整體發(fā)揮作用，使泡沫鋁結(jié)構(gòu)最大利益化，減少成本。所述抗爆復(fù)合面板結(jié)構(gòu)可以防御爆距小于0.4m，TNT爆距大于1kg的情況，甚至可以抵抗接觸式爆炸，接觸式爆炸TNT當(dāng)量在0.4～1.6kg之間；在抗侵徹領(lǐng)域，適合近距離(小于1m)多次沖擊。

附圖說明

圖1為一種UHPC/泡沫鋁抗爆復(fù)合結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2子彈在UHPC內(nèi)部的侵徹深度-時(shí)程曲線。

圖3彈體的剩余速度-時(shí)程曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明UHPC/泡沫鋁抗爆復(fù)合結(jié)構(gòu)做更詳細(xì)的說明，但并以此作為對(duì)本申請(qǐng)保護(hù)范圍的限定。

本申請(qǐng)的核心創(chuàng)新點(diǎn)在于結(jié)合沖擊波傳播理論，即沖擊波在傳播過程中會(huì)在輕質(zhì)低阻抗材料表面發(fā)生反射，且對(duì)于不規(guī)則排布方式(不規(guī)則排布方式指的是按照間隔尺寸、密度梯度分布的排列方式)會(huì)使得沖擊波傳播過程更為復(fù)雜這一理念設(shè)計(jì)了一種UHPC/泡沫鋁抗爆復(fù)合面板結(jié)構(gòu)。且在層與層之間添加了界面粘結(jié)劑，增強(qiáng)了面板的界面粘結(jié)性能，進(jìn)而提高面板結(jié)構(gòu)的整體性。

本申請(qǐng)復(fù)合結(jié)構(gòu)制作時(shí)，預(yù)先涂抹一層UHPC漿體，作為基底，基底厚度約為2～3mm，不算總層數(shù)，然后在UHPC基底上均勻涂抹硅烷偶聯(lián)劑溶液，之后將泡沫鋁按照規(guī)則排布好當(dāng)前層，然后澆筑UHPC，將泡沫鋁完全包裹，控制在層厚在15mm以內(nèi)，形成一個(gè)平整表面，再涂抹硅烷偶聯(lián)劑溶液，再在當(dāng)前位置分布泡沫鋁，再澆筑UHPC，重復(fù)上述過程，至達(dá)到設(shè)計(jì)的層數(shù)要求，形成抗爆復(fù)合結(jié)構(gòu)。此外，本申請(qǐng)還考慮了密度梯度的排布方式，按照由沖擊波入射方向密度以此降低(沿沖擊波入射方向密度呈降低趨勢(shì)、泡沫鋁間的尺寸呈梯度分布)的思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，達(dá)到逐步耗散爆炸沖擊波的目的。

本申請(qǐng)結(jié)合UHPC優(yōu)異高壓縮特性及高抗侵徹性能及泡沫鋁優(yōu)異吸能特性，通過改變泡沫鋁的排布方式，使沖擊波的傳播方式更為復(fù)雜，進(jìn)而可以耗散更多的爆炸沖擊波能量。

本申請(qǐng)的復(fù)合結(jié)構(gòu)可以做成預(yù)制板，根據(jù)實(shí)際要求做成任意形狀，如長(zhǎng)方形、正方形，方便后期施工。此抗爆復(fù)合結(jié)構(gòu)主要作用是抵抗沖擊波聯(lián)合載荷作用造成的破壞深度，且由于輕質(zhì)高強(qiáng)、優(yōu)異壓縮吸能特性泡沫鋁的存在，可以使沖擊波侵徹過程中的彈體發(fā)生斷裂、偏轉(zhuǎn)或變形失效，且在爆炸破壞過程中有利于沖擊波的反射，大幅度降低爆炸沖擊波所造成的破壞深度。解決了目前功能梯度抗爆復(fù)合面板韌性差、自重大、吸能效果差等一系列問題。

為研究UHPC復(fù)合泡沫鋁抗爆結(jié)構(gòu)的整體性能，開展了以下試驗(yàn)：

本實(shí)施例中復(fù)合結(jié)構(gòu)共有十五層，按照沿沖擊波入射方向分成三部分，第一部分為1～5層，1～5層中每層的泡沫鋁沿復(fù)合結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度方向的間隔為3mm；第二部分為6～10層，這6～10層沿沖擊波入射方向分別按照泡沫鋁沿復(fù)合結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度方向的間隔14mm、12mm、10mm、8mm、6mm呈梯度排布；第三部分為11～15層，沿復(fù)合結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度方向按照密集排布的形式分層布設(shè)。

第一部分構(gòu)成前面板，第三部分構(gòu)成后面板，泡沫鋁為球形泡沫鋁，所述泡沫鋁密度范圍為0.27-0.69g/cm 3，抗壓強(qiáng)度為3-17MPa，抗彎強(qiáng)度3-15MPa，抗拉強(qiáng)度2-7MPa。所述泡沫鋁每?jī)蓪訛橐粋€(gè)單元，遇層數(shù)為奇數(shù)時(shí)最后一層單獨(dú)作為一個(gè)單元，每個(gè)單元密度范圍為0.27g/cm 3、0.32g/cm3、0.4g/cm3、0.45g/cm3、0.5g/cm3、0.56g/cm3、0.61g/cm3、0.69g/cm3。

UHPC以水泥、硅灰、礦渣、砂、鋼纖維等原材料，具有低水膠比。

試驗(yàn)一為探究本申請(qǐng)抗爆復(fù)合結(jié)構(gòu)(記為UHPC復(fù)合面板)與普通混凝土面板在爆距0.4m、TNT當(dāng)量1kg時(shí)，前后面板塑性值變化及破壞情況列于表1.

表1塑性值變形情況

注：UHPC面板與普通混凝土面板在相同爆距、相同TNT當(dāng)量情況下，破壞程度遠(yuǎn)低于普通混凝土，且UHPC面板頂部和底部表面均未出現(xiàn)混凝土剝落或破碎現(xiàn)象，僅觀察到0.1mm寬的輕微垂直裂縫，從目視檢查和裂縫寬度測(cè)量得出的結(jié)論是，最大跨中向內(nèi)和向外撓度測(cè)量為分別為17.1和10.1毫米。相反對(duì)于普通混凝土面板，觀測(cè)到混凝土破裂導(dǎo)致面板失效。前表面碾碎混凝土，在跨中垂直形成寬度為100mm、深度為30mm的空腔。測(cè)量了142毫米的永久撓度。后表面和前表面的混凝土覆蓋層剝落，出現(xiàn)了明顯的寬裂縫。

試驗(yàn)二為研究UHPC的抗侵徹性能，利用子彈侵徹試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)UHPC面板進(jìn)行研究，并與普通混凝土C40進(jìn)行了比較。所用的子彈直徑(炮彈口徑)在5.3～57mm之間，所施加的荷載應(yīng)變率可達(dá)到10 3-10 5s -1。在侵徹試驗(yàn)結(jié)束后，記錄彈體飛行速度，侵徹深度等參數(shù)。圖2為子彈在UHPC內(nèi)部的侵徹深度-時(shí)程曲線，圖3為彈體的剩余速度-時(shí)程曲線，一般情況下，衡量UHPC抗侵徹能力的指標(biāo)有兩個(gè)：彈體侵徹深度與彈體在UHPC基體中速度的損失率。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，186MPa的UHPC面板擁有普通混凝土3倍的抗侵徹能力。在相同的侵徹條件下，UHPC面板要比普通混凝土的侵徹深度淺1/5左右。而從彈體的剩余速度-時(shí)程曲線結(jié)果也表明，子彈穿透UHPC內(nèi)部的速度損失率要大于穿透普通混凝土的速度損失率，說明本申請(qǐng)的UHPC面板是一種耐沖擊、抗侵徹性能好的材料。

本發(fā)明復(fù)合結(jié)構(gòu)與同等條件下芳綸泡沫鋁結(jié)構(gòu)相比抗爆效果明顯增強(qiáng)。芳綸泡沫鋁結(jié)構(gòu)在爆距0.8m，TNT當(dāng)量1kg下，迎爆面出現(xiàn)較大爆坑，且背爆面出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象。而本申請(qǐng)所述抗爆復(fù)合面板結(jié)構(gòu)在同等條件下，只在迎爆面出現(xiàn)一條肉眼可見的微小裂縫，背爆面完好無損，沒有出現(xiàn)裂縫。

本申請(qǐng)所述抗爆復(fù)合面板能夠防御爆距小于0.4m，TNT當(dāng)量大于1kg的情況，甚至還可以抵抗接觸式爆炸，不僅適合近距離場(chǎng)爆炸還能適合遠(yuǎn)距離場(chǎng)爆炸。

本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。

UHPC/泡沫鋁抗爆復(fù)合結(jié)構(gòu)及其制備方法.pdf