CN110016892B - 基于冲击波反射消能的水下抗爆防护结构 - Google Patents

基于冲击波反射消能的水下抗爆防护结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于冲击波反射消能的水下抗爆防护结构，其特征在于，包括：混凝土层，均匀掺杂有中空心玻璃微珠，临水面在纵向和横向上都呈连续排列的正四棱锥状，并且每个正四棱锥的侧面与底面夹角均为45°；和聚丙烯层，形成在混凝土层的临水面的表面上，形状与临水面相同，呈连续排列的正四棱锥状，其中，混凝土层中，中空心玻璃微珠的真密度为0.32～0.6g/cm3，壁厚为1～2μm。本发明所提供的水下抗爆防护结构消能抗爆效果显著，制作工艺简单，减震范围较大，应急性更加优异，可广泛适用于各种防护对象的防爆炸保护，尤其适用于对涉水建筑物的防护。

Description

基于冲击波反射消能的水下抗爆防护结构
技术领域
本发明属于抗爆防护领域，具体涉及一种基于冲击波反射消能的水下抗爆防护结构。
背景技术
面对新军事变革掀起的巨大浪潮，我国的国防安全也面临着现实的威胁：地缘环境复杂，周边环境暗藏危及，敌对势力依然活跃，领海主权、海洋权益等争夺日趋激烈；世界范围内，制导炮弹、激光制导导弹、鱼雷等精准制导武器的爆炸威力及其打击目标精准性不断提高；而跨海、跨江大桥、调水工程、大型水库、军港码头、军用舰艇等重要工程、设备的安全事关国防、民生，是重中之重。因此，设计出一种抗冲击消能效果显著防护结构尤为重要。
目前市场上针对爆炸的防护措施主要为设置防爆墙或气泡帷幕，依靠结构的强度、延性和能量吸收的理念来抵御爆炸荷载,防爆墙在设计时体积庞大,建设成本高,施工复杂；而聚氨酯泡沫，纸型材料，胶片材料化学稳定性差，造成液体污染，不适宜长期使用且防爆效率仅为36％-59％，难以大范围推广。在应急性方面，气泡帷幕在发挥效用前的准备时间大约为10min，这段时间被防护物可能完全处于无防护状态。
因此，亟需一种抗冲击消能效果显著的防护结构。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于冲击波反射消能的水下抗爆防护结构，能够有效消能抗爆，切实起到防护效果。
本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：
本发明提供一种基于冲击波反射消能的水下抗爆防护结构，其特征在于，包括：混凝土层，均匀掺杂有中空心玻璃微珠，临水面在纵向和横向上都呈连续排列的正四棱锥状(相邻正四棱锥共底边)，并且每个正四棱锥的侧面与底面夹角均为45°；和聚丙烯层，形成在混凝土层的临水面的表面上，形状与临水面相同，呈连续排列的正四棱锥状，其中，混凝土层中，中空心玻璃微珠主要成分是硼硅酸盐，真密度为0.32～0.6g/cm3，壁厚为1～2μm。
优选地，本发明所涉及的基于冲击波反射消能的水下抗爆防护结构，还可以具有这样的特征：在临水面中，正四棱锥的高为5～10cm，底面边长为10～20cm，侧棱长8.66cm～17.32cm，单个椎体底面积不大于324cm2。
优选地，本发明所涉及的基于冲击波反射消能的水下抗爆防护结构，还可以具有这样的特征：在混凝土层中中空心玻璃微珠内部有填充CO2气体，且掺杂量不低于146m3/g，对应于用空心玻璃微珠等体积代替活性粉末混凝土中石英砂的比例为不低于20％。
优选地，本发明所涉及的基于冲击波反射消能的水下抗爆防护结构，还可以具有这样的特征：在混凝土层中中空心玻璃微珠的掺杂量为183m3/g(对应于用空心玻璃微珠等体积代替活性粉末混凝土中石英砂的比例为25％)，这样效果最佳。
优选地，本发明所涉及的基于冲击波反射消能的水下抗爆防护结构，还可以具有这样的特征：混凝土层的成分为：硅灰、石英砂、石英粉、高效减水剂、钢纤维、以及中空心玻璃微珠，水灰比为0.2～0.3：1(质量比)，水泥孔隙中结合水含量不超过23％(体积含量)，水泥为62.5R高标早强水泥。
优选地，本发明所涉及的基于冲击波反射消能的水下抗爆防护结构，还可以具有这样的特征：聚丙烯层的厚度为0.2～0.8mm，密度为0.90g/cm3～0.91g/cm3，吸水率不超过0.01％。
本发明所涉及的基于冲击波反射消能的水下抗爆防护结构，还可以具有这样的特征：聚丙烯层的厚度为0.5mm，这样效果最佳。
发明的作用与效果
根据本发明所提供的水下抗爆防护结构，因为混凝土层内均匀掺杂有中空心玻璃微珠，中空心玻璃微珠的真密度为0.32～0.6g/cm3，壁厚为1～2μm，并且混凝土层的临水面纵向和横向上都呈连续排列的正四棱锥状，而且正四棱锥的侧面与底面夹角均为45°，进一步，在混凝土层的临水面上形成具有相同形状的聚丙烯层，因此，当发生爆炸时，空心玻璃微珠内密封气体能够对爆炸冲击波进行全反射，并通过连续正四棱锥形状的混凝土层和聚丙烯层使爆炸冲击波充分地互相干扰对冲消除，从而有效减缓冲击波在结构中的传播，保护涉水防护对象的安全。另外，聚丙烯层还能够使混凝土层的强度得到进一步提升，保护四棱锥结构不被破坏，从而提高结构的消能效率和结构强度。经测试，本发明的消能效果显著，高达70％。
综上，本发明消能抗爆效果显著，制作工艺简单，减震范围较大，应急性更加优异，可广泛适用于各种防护对象的防爆炸保护，尤其适用于对涉水建筑物的防护。
附图说明
图1是本发明实施例涉及的水下抗爆防护结构的结构示意图；
图2是本发明实施例涉及的水下抗爆防护结构的立体图；
图3是本发明实施例涉及的水下抗爆防护结构的俯视图(a)和侧视图(b)。
上述图1至3中，各标号所表示的结构为：
A-混凝土重力坝、B-爆源、C-爆源冲击波、D-反射冲击波；
10-水下抗爆防护结构：11-混凝土层、12-聚丙烯层。
具体实施方式
以下参照附图对本发明所涉及的基于冲击波反射消能的水下抗爆防护结构作详细阐述。
<实施例>
如图1所示，本实施例中，以一座在建的120m高的混凝土重力坝A作为被防护对象，对水下抗爆防护结构10的结构及其应用方式进行具体说明。
在混凝土重力坝A工程设计的同时，在迎水面设计该水下抗爆防护结构10，分别预留出防护结构10cm厚度。制作该水下抗爆防护结构10的模板后安装，同混凝土重力坝A主体结构同期采用现场浇筑方式施工。在现场施工时，从混凝土重力坝A开始，由内向外进行主体结构、防护结构的入仓铺料、平仓振捣、分层分块浇筑与养护。
如图1所示，水下抗爆防护结构10包含混凝土层11和聚丙烯层12。
混凝土层11内均匀掺杂有中空心玻璃微珠。在本实施例中，是以普通硅灰、石英砂、石英粉、高效减水剂、钢纤维为主要原材料，制成掺有空心玻璃微珠的活性粉末混凝土。每立方混凝土中：硅灰426kg/m3，石英砂658kg/m3，高效减水剂16kg/m3，水170kg/m3，结合水占比23％，H60中钢空心玻璃微珠219kg/m3(H60中钢空心玻璃微珠掺入的体积率为30％)。高效减水剂采用固含量为20％的聚羧酸高效减水剂；H60中钢空心玻璃微珠平均粒径大小为20～60μm，CO2真密度为0.6g/cm3，抗压强度为70.90Mpa。
如图1～3所示，混凝土层11的临水面在纵向和横向上都呈连续排列的正四棱锥状，相邻正四棱锥共底边，并且每个正四棱锥的侧面与底面夹角均为45°，每个正四棱锥的高为5～10cm，底面边长为10～20cm，侧棱长8.66cm～17.32cm，单个椎体底面积不大于324cm2。
聚丙烯层12喷涂形成在混凝土层11的临水面的表面上，形状与临水面相同：在纵向和横向上都呈连续排列的正四棱锥状，相邻正四棱锥共底边，并且每个正四棱锥的侧面与底面夹角均为45°。本实施例中，聚丙烯层12的厚度为0.5mm，密度为0.90g/cm3～0.91g/cm3，吸水率不超过0.01％；成型性好，抗弯曲疲劳性优异，拉伸强度可达30Mpa。
如图1至3所示，基于以上结构，水下抗爆防护结构10在混凝土重力坝A上的防爆原理如下：
当爆源B在水下引爆时，向各方向入射冲击波。其中，向混凝土重力坝1方向的入射冲击波C抵达聚丙烯层12；
经聚丙烯层12削弱后，入射冲击波C从周围混凝土介质传到空心玻璃微珠中的密封气体，经密封气体作用产生反射冲击波D，反射冲击波D碰撞后互相干扰，起到自消除作用，从而大幅度减缓应力波在结构中的传播，形成对混凝土重力坝A的有效防护。
上述实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的基于冲击波反射消能的水下抗爆防护结构并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的结构，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明所要求保护的范围内。

Claims (5)

1.一种基于冲击波反射消能的水下抗爆防护结构，其特征在于，包括：
混凝土层，均匀掺杂有中空心玻璃微珠，临水面在纵向和横向上都呈连续排列的正四棱锥状，并且每个所述正四棱锥的侧面与底面夹角均为45°；和
聚丙烯层，形成在所述混凝土层的所述临水面的表面上，形状与所述临水面相同，呈连续排列的正四棱锥状，
其中，所述混凝土层中，所述中空心玻璃微珠的真密度为0.32～0.6g/cm3，壁厚为1～2μm，
相邻所述正四棱锥共底边，
所述聚丙烯层的厚度为0.2～0.8mm，密度为0.90g/cm3～0.91g/cm3，吸水率不超过0.01％，
其中，在所述临水面中，所述正四棱锥的高为5～10cm，底面边长为10～20cm，侧棱长8.66cm～17.32cm，单个椎体底面积不大于324cm2。
2.根据权利要求1所述的基于冲击波反射消能的水下抗爆防护结构，其特征在于：
其中，在所述混凝土层中所述中空心玻璃微珠内部有填充CO2气体，且掺杂量不低于146m3/g。
3.根据权利要求1所述的基于冲击波反射消能的水下抗爆防护结构，其特征在于：
其中，在所述混凝土层中所述中空心玻璃微珠的掺杂量为183m3/g。
4.根据权利要求1所述的基于冲击波反射消能的水下抗爆防护结构，其特征在于：
其中，所述混凝土层的成分为：硅灰、石英砂、石英粉、高效减水剂、钢纤维、以及中空心玻璃微珠，水灰比为0.2～0.3：1，结合水含量不超过23％。
5.根据权利要求1所述的基于冲击波反射消能的水下抗爆防护结构，其特征在于：
其中，所述聚丙烯层的厚度为0.5mm。
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