CN108661197B - 一种抗航弹侵彻的钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板 - Google Patents

一种抗航弹侵彻的钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗航弹侵彻的钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板，钢管固定设置玄武岩纤维混凝土基体的正方形空腔中，玄武岩纤维混凝土的上部，钢管呈等间距、均匀水平设置，钢管固定设置有两层，上部一层钢管与下部一层钢管上下呈交叉设置；陶瓷球呈三角形堆积排列填充在钢管中；钢筋笼为正方形，钢筋笼固定设置在玄武岩纤维混凝土基体正方形的空腔四周；钢丝网为波浪形，钢丝网两个波峰与波谷之间与钢管紧密贴合，每一层钢管的底部固定设置有钢丝网。这种抗航弹侵彻的钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板，大大提高了这种抗航弹侵彻防护板的可塑性和柔韧性，提高了抗击航弹侵彻的受挫、偏航能力，提高抗航弹侵彻防护板的防护性能。

Description

一种抗航弹侵彻的钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板
技术领域
本发明属于抗航弹侵彻防护板技术领域，具体涉及一种抗航弹侵彻的钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板。
背景技术
陶瓷球（Al2O3）是理想的偏航材料，其抗压强度高、硬度大，可达RA92 , 超过任何一种钢的硬度，有利于抵御高速穿甲弹的侵彻，密度约为钢的1/3，有利于减轻防护板重量，满足工程结构附加荷载的要求。陶瓷球还具有优良的伪装特性，不易被红外侦察到，且耐热性好，在高温下不易变形，能够抵御高温射流的侵蚀。但陶瓷球也存在自身的弱点，如塑性差、易产生脆性断裂、成型尺寸较小，与高强混凝土基体材料复合时，不易牢固粘接等。因此，本发明提出将陶瓷球装入钢管中，并注入高强混凝土的方法，以改进偏航材料性能。
高强混凝土类基体材料具有抗压强度高、耐久性好、经济、施工方便，与其它材料共同作用好等优点，但存在脆性大，抗拉能力低的弊端，需要增加钢筋、纤维材料来提高结构的抗拉性能。而加入纤维与加入钢筋相比，纤维混凝土能更均匀地提高基体材料的层裂强度，提高韧性。以往在混凝土中加入钢纤维的做法较普遍，但钢纤维加入量超过5%以后，不易搅拌均匀，有施工难度，暴露的钢纤维易锈蚀，存在一定不足。
利用复合结构来提高工程结构抗航弹直接命中打击能力是传统而有效的工程防护措施。复合防护板通常由凸凹起伏、高硬度的表层偏航材料和高抗拉强度、高韧性的基体材料构成。这种复合结构可发挥不同材质的防弹性能优势，抗爆及抗侵彻性能优于单一材料防护板，表层偏航材料可使弹体受挫、偏转或毁坏，减少弹体侵彻深度，基体材料可进一步增大弹体入射阻力，减少侵彻破坏力。目前现有技术中抗航弹侵彻的防护板，结构单一，抗航弹侵彻的性能不够突出，抗航弹侵彻综合性能差，发明人基于现有技术中的缺陷研发了一种抗航弹侵彻的钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板，能够很好地解决，现有技术中，抗航弹侵彻防护板抗航弹侵彻的综合性能差的问题。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提供一种抗航弹侵彻的钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板，其结构设计简单、科学合理、大大提高了抗航弹侵彻防护板的可塑性和韧性；本发明以掺加玄武岩纤维的高强混凝土为基体，将陶瓷球按一定排列方式约束于钢管中，钢管与纤维混凝土基材粘接力强，可充分发挥陶瓷球、钢管和纤维混凝土的防弹性能优点，提升了抗航弹侵彻防护板的防护性能。
本发明所采用的技术方案是：一种抗航弹侵彻的钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板，包括玄武岩纤维混凝土基体、钢管、陶瓷球；玄武岩纤维混凝土基体为玄武岩纤维和混凝土混合浇注形成中空的正方形，玄武岩纤维混凝土基体的正方形空腔中，浇注填充玄武岩纤维混凝土的厚度为500㎜；钢管固定设置玄武岩纤维混凝土基体的正方形空腔中，玄武岩纤维混凝土的上部，钢管呈等间距、均匀水平设置，钢管固定设置有两层，钢管的直径为150㎜，上部一层钢管与下部一层钢管上下呈交叉设置；陶瓷球呈三角形堆积排列填充在钢管中，陶瓷球的直径为60㎜；钢筋笼为正方形，钢筋笼固定设置在玄武岩纤维混凝土基体正方形的空腔四周；钢丝网为波浪形，钢丝网两个波峰与波谷之间与钢管紧密贴合，每一层钢管的底部固定设置有钢丝网。
所述玄武岩纤维混凝土基体的外侧面的横向和纵向位置均匀设置有钢筋，同时与玄武岩纤维混凝土形成为一体。
所述上部一层钢管和下部一层钢管之间的间隙为50㎜。
所述陶瓷球之间的缝隙通过C60混凝土加压填充密实。
所述玄武岩纤维为扁头型，长度15mm，长径比20。
所述抗航弹侵彻的钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板的长为2m，宽为2m，厚度为1 m。
这种抗航弹侵彻的钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板的使用过程为：首先玄武岩纤维混凝土基体的外侧面的横向和纵向位置均匀设置有钢筋，随后将方形的钢筋笼固定设置在玄武岩纤维混凝土基体的正方形空腔四周；然后将用玄武岩纤维和混凝土搅拌均匀，冲压填充到玄武岩纤维混凝土基体的正方形的空腔中，玄武岩纤维混凝土填充的厚度为500㎜；在钢筋笼的内部横向位置均匀铺设间距为50㎜的钢管，陶瓷球呈三角形堆积排列填充到钢管中；然后在钢管之间的间隙中冲压填搅拌均匀的充玄武岩纤维混凝土，最后在最上部的钢管上横向位置和纵向位置均匀设置有钢筋，同时铺设一层用搅拌均匀的玄武岩纤维混凝土，形成这种抗航弹侵彻的陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板的上部面。以上过程就是这种抗航弹侵彻的陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板的制作过程。
所述钢管固定设置玄武岩纤维混凝土基体正方形的空腔中，玄武岩纤维混凝土的上部，钢管呈等间距、均匀水平设置，钢管固定设置有两层，钢管的直径为150㎜，上部一层钢管与下部一层钢管上下呈交叉设置；通过钢管的设置，一方面，起到提高抗航弹侵彻的钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板的硬度和抗压强度的作用；另一方面起到很好固定陶瓷球的作用，进一步提高了抗航弹侵彻的钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板，抗击航弹侵彻的受挫、偏航能力。
所述陶瓷球呈三角形堆积排列填充到钢管中，陶瓷球的直径为60㎜；这样设置的主要目的是为了，一方面，提高陶瓷球的稳定性；另一方面，利用陶瓷球的密度比钢材的密度小的特性，减轻了这种抗航弹侵彻的钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板的重量，同时利用陶瓷球优良的伪装特性，提高了抗航弹侵彻的钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板，不容易被红外线侦测到的作用。
所述钢丝网为波浪形，钢丝网两个波峰与波谷之间与钢管紧密贴合，每一层钢管的底部固定设置有钢丝网；这样设置的主要目的是为了，一方面提高钢管的固定牢固程度，另一方面提高了抗航弹侵彻的钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板，抗压、抗拉强度。
所述玄武岩纤维混凝土基体的外侧面的横向和纵向位置均匀设置有钢筋；这样设置的主要目的是为了，一方面提高了抗航弹侵彻的钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板的自身强度，另一方面，为了方便抗航弹侵彻钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板的吊装或安装。
所述上部一层钢管和下部一层钢管之间的间隙为50㎜；这样设置的主要目的是为了，给玄武岩纤维混凝土提供冲压填充的空隙，主要是为了提高钢管和玄武岩纤维混凝土基体的一体性，提高抗航弹侵彻的钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板，抗击航弹侵彻的受挫、偏航能力。
所述玄武岩纤维混凝土基体采用C60混凝土，利用C60混凝土的高强度的特性，主要是为了提高抗航弹侵彻陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板的抗拉强度和抗压强度。
所述防护板以玄武岩纤维混凝土为基体，玄武岩纤维体积含量3-4%，玄武岩纤维产品规格为扁头型，长度15mm，长径比20；这样设置的主要目的是为了，提高玄武岩纤维混凝土搅拌的均匀性，玄武岩纤维体积含量3-4%为最佳的加入量的选择，同时选择玄武岩纤维长度15mm，长径比20可以提高玄武岩纤维混凝土搅拌的均匀性，同时降低了玄武岩纤维混凝土搅拌时的阻力，更加容易搅拌。
所述上部一层钢管和下部一层钢管之间的间隙为50㎜；这样设置的主要目的是为了，一方面，提高钢管之间的稳定性，因为通过在上部一层钢管和下部一层钢管之间的间隙填充武岩纤维混凝土，可以直接将钢管固定住，提高了钢管之间的凝结的牢固性；另一方面，利用钢管和武岩纤维混凝土的共同作用，提高了抗航弹侵彻陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板的韧性，从而提高了抗击航弹侵彻的受挫、偏航能力。
所述抗航弹侵彻的陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板的尺寸2m×2m×1m（长×宽×厚），也可以根据被保护目标大小、重要性等设计确定具体的平面尺寸和厚度。
所述玄武岩纤维比重轻，抗拉强度高，一般为3800～4800Mpa，比大丝束碳纤维、芳纶、PBI纤维、钢纤维都高，不但能与混凝土共同作用，更好提高材料韧性，而且比钢纤维轻，有利于减轻防护板整体重量。另外，在混凝土搅拌过程中，玄武岩纤维更容易分布均匀，易施工，能增强陶瓷球与混凝土基体材料的粘接力；
玄武岩纤维与其他纤维物理性质比较
Figure DEST_PATH_IMAGE001
陶瓷主要成分为AL2O3。材料参数：密度ρ＝3.05 g/cm3，弹性模量E＝383 GPa，泊松比ν＝0.25，压减系数λ＝0.23，单轴拉伸强度σｆ＝0.16 GPa，单轴压缩强度σy＝4.4 GPa。
经试验比较，陶瓷球与玄武岩纤维混凝土复合后的抗爆性能比同标号高强混凝土的抗爆性能提高约3-5倍，具有工程应用价值。
所述玄武岩纤维增强混凝土配比（kg/m3）为：
纤维含量 纤维 水泥 水 砂 粗骨料 减水剂
3-4% 318 818 250 636 950 3.7
所述C60混凝土材料参数比为：
Figure 432454DEST_PATH_IMAGE002
本发明的有益效果：本技术方案提供一种抗航弹侵彻的钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板，其结构设计简单、科学合理、大大提高了抗航弹侵彻防护板的可塑性和韧性；本发明以掺加玄武岩纤维的高强混凝土为基体，将陶瓷球按一定排列方式约束于钢管中，钢管与纤维混凝土基材粘接力强，可充分发挥陶瓷球、钢管和纤维混凝土的防弹性能优点，提升了抗航弹侵彻防护板防护性能；大大提高了这种抗航弹侵彻防护板的可塑性和柔韧性，提高了抗击航弹侵彻的受挫、偏航能力，提高抗航弹侵彻防护板的防护性能。
附图说明
图1为本发明抗航弹侵彻防护板的结构示意图；
图2为本发明抗航弹侵彻防护板的俯视图；
图3为本实用新抗航弹侵彻防护板型剖面图；
图中标记： 1、玄武岩纤维混凝土基体，2、钢管，3、陶瓷球，4、钢筋笼，5、钢丝网。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
如图所示，一种抗航弹侵彻的钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板，包括玄武岩纤维混凝土基体1、钢管2、陶瓷球3；玄武岩纤维混凝土基体1为玄武岩纤维和混凝土混合浇注形成中空的正方形，玄武岩纤维混凝土基体1的正方形空腔中，浇注填充玄武岩纤维混凝土的厚度为500㎜；钢管2固定设置玄武岩纤维混凝土基体1的正方形空腔中，玄武岩纤维混凝土的上部，钢管2呈等间距、均匀水平设置，钢管2固定设置有两层，钢管2的直径为150㎜，上部一层钢管2与下部一层钢管2上下呈交叉设置；陶瓷球3呈三角形堆积排列填充到钢管2中，陶瓷球3的直径为60㎜；钢筋笼4为正方形，钢筋笼4固定设置在玄武岩纤维混凝土基体1正方形的空腔四周；钢丝网5为波浪形，钢丝网5两个波峰与波谷之间与钢管2紧密贴合，每一层钢管2的底部固定设置有钢丝网5。
所述玄武岩纤维混凝土基体1的外侧面的横向和纵向位置均匀设置有钢筋，同时与玄武岩纤维混凝土形成为一体。
所述上部一层钢管2和下部一层钢管2之间的间隙为50㎜。
所述陶瓷球3之间的缝隙通过C60混凝土加压填充密实。
所述玄武岩纤维为扁头型，长度15mm，长径比20。
所述抗航弹侵彻的钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板的长为2m，宽为2m，厚度为1 m。
这种抗航弹侵彻的钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板的使用过程为：首先玄武岩纤维混凝土基体1的外侧面的横向和纵向位置均匀设置有钢筋，随后将方形的钢筋笼4固定设置，在玄武岩纤维混凝土基体1的正方形的空腔四周；然后将用玄武岩纤维和混凝土搅拌均匀，冲压填充到玄武岩纤维混凝土基体1的正方形的空腔中，玄武岩纤维混凝土填充的厚度为500㎜；在钢筋笼的内部横向位置均匀铺设间距为50㎜的钢管2，陶瓷球3呈三角形堆积排列填充到钢管2中；然后在钢管2之间的间隙中冲压填搅拌均匀的充玄武岩纤维混凝土，最后在最上部的钢管2上横向位置和纵向位置均匀设置有钢筋，同时铺设一层用搅拌均匀的玄武岩纤维混凝土，形成这种抗航弹侵彻的陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板的上部面。以上过程就是这种抗航弹侵彻的陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板的制作过程。

Claims (5)

1.一种抗航弹侵彻的钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板，包括玄武岩纤维混凝土基体、钢管、陶瓷球；其特征在于：玄武岩纤维混凝土基体为玄武岩纤维和混凝土混合浇注形成中空的正方形，玄武岩纤维混凝土基体的正方形空腔中，浇注填充玄武岩纤维混凝土的厚度为500㎜；钢管固定设置玄武岩纤维混凝土基体的正方形空腔中，玄武岩纤维混凝土的上部，钢管呈等间距、均匀水平设置，钢管固定设置有两层，钢管的直径为150㎜，上部一层钢管与下部一层钢管上下呈交叉设置；陶瓷球呈三角形堆积排列填充在钢管中，陶瓷球的直径为60㎜；钢筋笼为正方形，钢筋笼固定设置在玄武岩纤维混凝土基体正方形的空腔四周；钢丝网为波浪形，钢丝网两个波峰与波谷之间与钢管紧密贴合，每一层钢管的底部固定设置有钢丝网；玄武岩纤维混凝土基体的外侧面的横向和纵向位置均匀设置有钢筋，同时与玄武岩纤维混凝土形成为一体。
2.根据权利要求1所述的一种抗航弹侵彻的钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板，其特征在于：上部一层钢管和下部一层钢管之间的间隙为50㎜。
3.根据权利要求1所述的一种抗航弹侵彻的钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板，其特征在于：陶瓷球之间的缝隙通过C60混凝土加压填充密实。
4.根据权利要求2所述的一种抗航弹侵彻的钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板，其特征在于：玄武岩纤维为扁头型，长度15mm，长径比20。
5.根据权利要求1所述的一种抗航弹侵彻的钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板，其特征在于：抗航弹侵彻的钢管陶瓷球玄武岩纤维混凝土防护板的长为2m，宽为2m，厚度为1m。
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