CN115519862A - 抗气体爆炸结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抗气体爆炸结构及其制备方法，抗气体爆炸结构包括：抗爆面板、纤维增强混凝土层和高分子弹性体层，所述纤维增强混凝土层设置在所述抗爆面板与所述高分子弹性体层之间，所述抗爆面板的上表面分布有凹凸纹路。通过本发明提供的抗气体爆炸结构，能够更好地抵御气体爆炸冲击，吸收爆炸能量，保护周边建筑物和装置安全。

Description

抗气体爆炸结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及抗爆技术领域，具体地，涉及一种抗气体爆炸结构及一种抗气体爆炸结构的制备方法。

背景技术

石化装置具有高温高压、高阻塞和大型化的特点，存在可燃气体泄漏的风险，大量可燃气体爆炸能量巨大，往往导致石化装置周边控制室、外操室、机柜间等重要建筑物和邻近的罐区遭受严重破坏，甚至造成附近人员伤亡。

目前大量在役单套装置控制室(包括办公室、外操室)基本未整体考虑抗爆要求，仅在控制室面向装置一侧设置防爆墙。一旦发生爆炸事故，极有可能带来极大的人员伤亡。因此，石化装置、危化品装置的抗爆能力提升已经成为迫切需要解决的问题。

石化企业大量既有建筑物为砖混结构，结构强度低，改造难度大，且影响建筑的正常使用，因此通常采用抗爆板对既有建筑物进行抗爆能力提升改造，但现有技术中的抗爆板抗爆能力低，难以满足气体爆炸冲击的防护需求。

发明内容

针对现有技术中抗爆板抗爆能力低，难以满足气体爆炸冲击的防护需求的技术问题，本发明提供了一种抗气体爆炸结构及一种抗气体爆炸结构的制备方法，采用该抗气体爆炸结构，能够提高抗爆板的抗爆能力，吸收爆炸能量，更好地抵御气体爆炸冲击，保护周边建筑物和装置安全。

为实现上述目的，本发明一方面提供一种抗气体爆炸结构，包括：抗爆面板、纤维增强混凝土层和高分子弹性体层，所述纤维增强混凝土层设置在所述抗爆面板与所述高分子弹性体层之间，所述抗爆面板的上表面分布有凹凸纹路。

进一步地，所述纤维增强混凝土层内填充有至少一层网状纤维层，所述网状纤维层为由多根防爆纤维编织成的网状结构。

进一步地，所述网状纤维层有多层，层与层之间按照设定的层间隔填充在所述纤维增强混凝土层内。

进一步地，所述防爆纤维的直径与所述网状纤维层相邻两根防爆纤维之间的距离的比介于1：3-8。

进一步地，所述纤维增强混凝土层由以下重量百分比的成分组成：硅酸盐水泥25％-32％，石英砂30％-35％，玻璃纤维3.6％-12.5％，玄武岩纤维0.1-0.3％，碳纤维0.05％-0.15％，硅微粉8.5％-15.0％，及余量水。

进一步地，所述抗爆面板的上表面分布有呈梯形凸起的波峰纹路和呈梯形凹入的波谷纹路，所述波峰纹路和所述波谷纹路均匀分布在所述抗爆面板上。

进一步地，所述抗爆面板的厚度介于0.2mm-2mm。

进一步地，所述波峰纹路的顶边的长度与所述波谷纹路的底边的长度相同。

进一步地，所述波峰纹路的顶边与所述波谷纹路的底边之间的腰线与波峰纹路的顶边的长度比介于1：1-3。

进一步地，所述波峰纹路的顶边与所述腰线之间的夹角介于120°-150°，所述波谷纹路的底边与所述腰线之间的夹角介于30°-60°。

进一步地，所述高分子弹性体层由第一组份和第二组分制成，所述第一组份与所述第二组分的体积比介于0.75-1.15：1；所述第一组份由以下重量百分比的成分组成：甲苯二异氰酸酯22％-38％、单季戊四醇53％-72％、聚醚酯经聚合反应得到的半预聚物6％-12％；所述第二组分由以下重量百分比的成分组成：二乙氨基乙醇11％-26％、柔性胺28％-87％、阻燃剂7％-15％、抗氧化剂8％-18％。

本发明另一方面提供一种上文所述的抗气体爆炸结构的制备方法，该方法包括以下步骤：步骤1)，将硅酸盐水泥、石英砂和硅微粉混合、搅拌直至分散均匀，加入水搅拌5-15min，再加入玄武岩纤维继续搅拌3-8min，再加入碳纤维继续搅拌8-15min制成纤维增强混凝土；步骤2)，平铺一层网状纤维层，在平铺的层网状纤维层上浇筑纤维增强混凝土，在浇筑后的纤维增强混凝土上再平铺一层网状纤维层，再在平铺的层网状纤维层上浇筑纤维增强混凝土，如此循环，直至浇筑后的网状纤维层的层数达到设定层数；步骤3)，将步骤2)制备的复合结构在20-30℃下静置2-5h，然后在该复合结构表面涂覆粘结剂，用高压将抗爆面板与该复合结构压紧成一个整体结构；步骤4)，将步骤3)制备的整体结构在60-85℃下养护2-5h，然后在20-30℃下放置1-3天；步骤5)，在20-30℃下将步骤4)制备的整体结构的底面涂覆粘合底漆，静置20-90min；步骤6)，将第一组分与第二组分混合后，喷涂于步骤5)制备的整体结构的底面，制备为抗气体爆炸结构。

通过本发明提供的技术方案，本发明至少具有如下技术效果：

本发明的抗气体爆炸结构包括抗爆面板、纤维增强混凝土层和高分子弹性体层，纤维增强混凝土层设置在抗爆面板与高分子弹性体层之间，抗爆面板的上表面分布有凹凸纹路。抗爆面板能够抵御爆炸冲击波，保证整个结构的完整性，纤维增强混凝土层具有一定的重量，能够更好地包括周围建筑物和装置，高分子弹性体层增加了抗气体爆炸结构的整体柔韧性，不仅能够防止纤维增强混凝土层被破坏，而且还具有包裹、防护作用，可以吸收爆炸能量，衰减爆炸冲击波。通过本发明提供的抗气体爆炸结构，能够提高抗爆板的抗爆能力，吸收爆炸能量，更好地抵御气体爆炸冲击，保护周边建筑物和装置安全。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1为本发明实施例提供的抗气体爆炸结构的剖面图；

图2为本发明实施例提供的抗气体爆炸结构中抗爆面板的示意图；

图3为本发明实施例提供的抗气体爆炸结构中网状纤维层的示意图。

附图标记说明

1抗爆面板 2纤维增强混凝土层

3高分子弹性体层 4网状纤维层

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

请参考图1和图2，本发明实施例一方面提供一种抗气体爆炸结构，该抗气体爆炸结构包括：抗爆面板1、纤维增强混凝土层2和高分子弹性体层3，所述纤维增强混凝土层2设置在所述抗爆面板1与所述高分子弹性体层3之间，所述抗爆面板1的上表面分布有凹凸纹路。

具体地，本发明实施方式中，抗气体爆炸结构包括抗爆面板1、纤维增强混凝土层2和高分子弹性体层3。抗爆面板1的上表面分布有凹凸纹路，该凹凸纹路可以为任一形状，比如波浪形、锯齿形等，抗爆面板1朝向爆炸点一侧，能够抵御爆炸冲击波，保证整个结构的完整性。纤维增强混凝土层2设置在抗爆面板1与高分子弹性体层3之间，具有一定的重量，纤维增强混凝土层内的纤维能够提升混凝土的整体性，吸收爆炸冲击波，更好地包括周围建筑物和装置。高分子弹性体层3增加了抗气体爆炸结构的整体柔韧性，不仅能够防止纤维增强混凝土层2被破坏，而且还具有包裹、防护作用，可以吸收爆炸能量，衰减爆炸冲击波。

根据本发明提供的抗气体爆炸结构，能够提高抗爆板的抗爆能力，吸收爆炸能量，更好地抵御气体爆炸冲击，保护周边建筑物和装置安全。

进一步地，所述纤维增强混凝土层2内填充有至少一层网状纤维层4，所述网状纤维层4为由防爆纤维编织成的网状结构。

具体地，本发明实施方式中，还包括至少一层网状纤维层4，网状纤维层4为由防爆纤维编织成的网状结构，在浇筑纤维增强混凝土层2时，将至少一层网状纤维层4填充在纤维增强混凝土层2内，在纤维增强混凝土层2固化后，可增强网状纤维层4与纤维增强混凝土层2的结合力，提升抗气体爆炸结构整体的抗气体爆炸冲击的能力。

进一步地，所述网状纤维层4有多层，层与层之间按照设定的层间隔填充在所述纤维增强混凝土层2内。

具体地，本发明实施方式中，网状纤维层4有多层，层与层之间按照设定的层间隔填充在纤维增强混凝土层2内，本发明实施方式中网状纤维层4的层数介于1-5层，能够在保证抗气体爆炸结构成本的同时提高抗气体爆炸结构的整体抗气体爆炸冲击的能力。

进一步地，所述防爆纤维的直径与所述网状纤维层4相邻两根防爆纤维之间的距离的比介于1：3-8。

请参考图3，具体地，本发明实施方式中，每一网状纤维层4由多根防爆纤维编织而成，防爆纤维的直径R与相邻两根防爆纤维之间的距离W的比介于1：3-8，这样制成的网状纤维层4不仅能够提高对爆炸能量的吸收能力，还提高了网状纤维层4的整体强度，不易破损，保护纤维增强混凝土层2，进一步提升抗气体爆炸结构整体的抗气体爆炸冲击的能力

进一步地，所述纤维增强混凝土层2由以下重量百分比的成分组成：

硅酸盐水泥25％-32％，石英砂30％-35％，玻璃纤维3.6％-12.5％，玄武岩纤维0.1-0.3％，碳纤维0.05％-0.15％，硅微粉8.5％-15.0％，及余量水。

具体地，本发明实施方式中，硅酸盐水泥凝结硬化快，强度高，抗冻性好，能快速固化提供较高的结构强度。纤维增强混凝土层2中硅酸盐水泥的最佳比例为25％-32％，若硅酸盐水泥比例偏高，由于硅酸盐耐腐蚀性差，会降低纤维增强混凝土层2的耐腐蚀性。若比例偏低纤维增强混凝土层2强度降低。其含量优选为26％-32％，更优选为26％-31％。

石英砂具有硬度高、比重大、机械强度高、粒度均匀等特点，可提升结构的强度。纤维增强混凝土层2中石英砂的最佳比例为30％-35％，相比于其他比例而言，纤维增强混凝土层2结构强度高，可满足结构抗爆需求，反之降低结构的抗爆能力。其含量优选为31％-35％，更优选为31％-34％。

玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维可以有效的提高混凝土的抗拉强度，阻止基材中原有裂缝的扩展并延缓裂缝的产生，从而使复合材料的抗渗、抗冻等性能比基材有显著的提高。以及混凝土在受拉时，即使基材中已经出现大量的裂缝，仍可以继续承受一定的荷载并具有假延性，从而使纤维增强混凝土层2的韧性与抗冲击性得以明显提高。合适比例的纤维会提高纤维增强混凝土层2的延性和强度。若纤维整体比例过高，纤维易结团，体积大分散性差，反而起不到增强增韧的效果，且纤维价格高昂，会大幅提高成本。若比例过低纤维增强阻裂及增韧的效果不满足纤维增强混凝土层2的抗爆性能要求。玻璃纤维含量优选为3.9％-12.1％，更优选为4.6％-11.5％；玄武岩纤维含量优选为0.11-0.28％，更优选为0.13-0.27％；碳纤维含量优选为0.06％-0.15％，更优选为0.06％-0.14％。

进一步地，所述抗爆面板1的上表面分布有呈梯形凸起的波峰纹路和呈梯形凹入的波谷纹路，所述波峰纹路和所述波谷纹路均匀分布在所述抗爆面板1上。

进一步地，所述抗爆面板1的厚度介于0.2mm-2mm。

具体地，本发明实施方式中，0.2mm-2mm厚的抗爆面板1能够在保证抗气体爆炸结构成本的同时，能够良好地抵御爆炸冲击波，保证整个结构的完整性。

进一步地，所述波峰纹路的顶边的长度与所述波谷纹路的底边的长度相同。

具体地，本发明实施方式中，波峰纹路的顶边的长度L₁与波谷纹路的底边的长度L₃相同。

进一步地，所述波峰纹路的顶边与所述波谷纹路的底边之间的腰线与波峰纹路的顶边的长度比介于1：1-3。

具体地，本发明实施方式中，波峰纹路的顶边L₁与波谷纹路的底边L₃之间的腰线L₂与波峰纹路的顶边的长度L₁比介于1：1-3，该长度比例下的结构具有较强的抗爆炸冲击性能，且钢材用量较为经济。

进一步地，所述波峰纹路的顶边与所述腰线之间的夹角介于120°-150°，所述波谷纹路的底边与所述腰线之间的夹角介于30°-60°。

具体地，本发明实施方式中，波峰纹路的顶边与腰线之间的夹角β介于120°-150°，波谷纹路的底边与腰线α之间的夹角介于30°-60°，该角度下的结构具有较强的抗爆炸冲击性能，且钢材用量较为经济。

进一步地，所述高分子弹性体层3由第一组份和第二组分制成，所述第一组份与所述第二组分的体积比介于0.75-1.15：1；所述第一组份由以下重量百分比的成分组成：甲苯二异氰酸酯22％-38％、单季戊四醇53％-72％、聚醚酯经聚合反应得到的半预聚物6％-12％；所述第二组分由以下重量百分比的成分组成：二乙氨基乙醇11％-26％、柔性胺28％-87％、阻燃剂7％-15％、抗氧化剂8％-18％。

具体地，本发明实施方式中，甲苯二异氰酸酯主要作用提供异氰酸根，最佳比例为22％-38％，该含量下所形成的预聚体的粘度和体系反应性能较为平衡。若含量较低所形成的预聚体粘度较高，反应形成的高分子弹性体层3弹性更高，但反应性较低。若含量偏高所形成的预聚体粘度较低，有利于两个组分的混合，但会更易于反应，造成反应速度过快，高分子弹性体层3内应力较高，硬度偏高。其含量优选为25％-38％，更优选为25％-36％。

单季戊四醇可以控制预聚体的放置时间，保持第一组分的稳定性，还可以在两个组分混合时改善体系的混合效率，能增强高分子弹性体的物理性能，还可以改进弹性体材料的流平性能。若比例偏高，两组分混合效率过高，发生过度反应，影响形成的高分子弹性体材料性能；若比例偏低两组分混合效率低，反应不充分，形成的高分子弹性体性能较低。其含量优选为55％-70％，更优选为58％-70％。

二乙氨基乙醇可以与与甲苯二异氰酸酯组分中NCO基团快速且可靠的发生反应。若比例偏高，将导致反应速度过高，副反应产物偏多，影响形成的高分子弹性体层3的材料力学性能，若比例偏低将导致反应不充分且反应速度降低，影响形成的高分子弹性体层3的材料力学性能。其含量优选为12％-25％，更优选为13％-24％。

柔性胺起到的主要作用是扩链，能控制反应机制并使得高分子弹性体层3在喷涂过程能形成薄膜。若比例偏高，形成的反应产物分子链过长，材料硬度大，柔性较低；若比例偏低形成的反应产物分子链较短，不易形成完成的薄膜。其含量优选为30％-86％，更优选为38％-80％。

阻燃剂主要作用是提升高分子弹性体层3的阻燃性能，若含量较高，会导致高分子弹性体材料原有力学性能下降，若含量较低，阻火效果不明显。

抗氧化剂主要提升高高分子弹性体层3的抗氧化、老化性能，提高材料寿命。但是过量的抗氧化剂的加入也会降低材料的力学性能。其含量优选为8％-15％，更优选为9％-15％。

具体地，本发明实施方式中，高分子弹性体层3由两种组分现场混合、喷涂而成。第一组份与第二组分的体积比介于0.75-1.15：1。

本发明第二方面提供一种上文所述的抗气体爆炸结构的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤1)，将硅酸盐水泥、石英砂和硅微粉混合、搅拌直至分散均匀，加入水搅拌5-15min，再加入玄武岩纤维继续搅拌3-8min，再加入碳纤维继续搅拌8-15min制成纤维增强混凝土；

步骤2)，平铺一层网状纤维层，在平铺的层网状纤维层上浇筑纤维增强混凝土，在浇筑后的纤维增强混凝土上再平铺一层网状纤维层，再在平铺的层网状纤维层上浇筑纤维增强混凝土，如此循环，直至浇筑后的网状纤维层的层数达到设定层数；

步骤3)，将步骤2)制备的复合结构在20-30℃下静置2-5h，然后在该复合结构表面涂覆粘结剂，用高压将抗爆面板与该复合结构压紧成一个整体结构；

步骤4)，将步骤3)制备的整体结构在60-85℃下养护2-5h，然后在20-30℃下放置1-3天；

步骤5)，在20-30℃下将步骤4)制备的整体结构的底面涂覆粘合底漆，静置20-90min；

步骤6)，将第一组分与第二组分混合后，喷涂于步骤5)制备的整体结构的底面，制备为抗气体爆炸结构。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (12)

1.一种抗气体爆炸结构，其特征在于，所述抗气体爆炸结构包括：

抗爆面板(1)、纤维增强混凝土层(2)和高分子弹性体层(3)，所述纤维增强混凝土层(2)设置在所述抗爆面板(1)与所述高分子弹性体层(3)之间，所述抗爆面板(1)的上表面分布有凹凸纹路。

2.根据权利要求1所述的抗气体爆炸结构，其特征在于，

所述纤维增强混凝土层(2)内填充有至少一层网状纤维层(4)，所述网状纤维层(4)为由多根防爆纤维编织成的网状结构。

3.根据权利要求2所述的抗气体爆炸结构，其特征在于，所述网状纤维层(4)有多层，层与层之间按照设定的层间隔填充在所述纤维增强混凝土层(2)内。

4.根据权利要求3所述的抗气体爆炸结构，其特征在于，所述防爆纤维的直径与所述网状纤维层(4)相邻两根防爆纤维之间的距离的比介于1：3-8。

5.根据权利要求4所述的抗气体爆炸结构，其特征在于，所述纤维增强混凝土层(2)由以下重量百分比的成分组成：

硅酸盐水泥25％-32％，石英砂30％-35％，玻璃纤维3.6％-12.5％，玄武岩纤维0.1-0.3％，碳纤维0.05％-0.15％，硅微粉8.5％-15.0％，及余量水。

6.根据权利要求5所述的抗气体爆炸结构，其特征在于，所述抗爆面板(1)的上表面分布有呈梯形凸起的波峰纹路和呈梯形凹入的波谷纹路，所述波峰纹路和所述波谷纹路均匀分布在所述抗爆面板(1)上。

7.根据权利要求6所述的抗气体爆炸结构，其特征在于，所述抗爆面板(1)的厚度介于0.2mm-2mm。

8.根据权利要求7所述的抗气体爆炸结构，其特征在于，所述波峰纹路的顶边的长度与所述波谷纹路的底边的长度相同。

9.根据权利要求8所述的抗气体爆炸结构，其特征在于，所述波峰纹路的顶边与所述波谷纹路的底边之间的腰线与波峰纹路的顶边的长度比介于1：1-3。

10.根据权利要求9所述的抗气体爆炸结构，其特征在于，所述波峰纹路的顶边与所述腰线之间的夹角介于120°-150°，所述波谷纹路的底边与所述腰线之间的夹角介于30°-60°。

11.根据权利要求10所述的抗气体爆炸结构，其特征在于，所述高分子弹性体层(3)由第一组份和第二组分制成，所述第一组份与所述第二组分的体积比介于0.75-1.15：1；

所述第一组份由以下重量百分比的成分组成：甲苯二异氰酸酯22％-38％、单季戊四醇53％-72％、聚醚酯经聚合反应得到的半预聚物6％-12％；

所述第二组分由以下重量百分比的成分组成：二乙氨基乙醇11％-26％、柔性胺28％-87％、阻燃剂7％-15％、抗氧化剂8％-18％。

12.一种权利要求5-11中任一权利要求所述的抗气体爆炸结构的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1)，将硅酸盐水泥、石英砂和硅微粉混合、搅拌直至分散均匀，加入水搅拌5-15min，再加入玄武岩纤维继续搅拌3-8min，再加入碳纤维继续搅拌8-15min制成纤维增强混凝土；

步骤2)，平铺一层网状纤维层，在平铺的层网状纤维层上浇筑纤维增强混凝土，在浇筑后的纤维增强混凝土上再平铺一层网状纤维层，再在平铺的层网状纤维层上浇筑纤维增强混凝土，如此循环，直至浇筑后的网状纤维层的层数达到设定层数；

步骤3)，将步骤2)制备的复合结构在20-30℃下静置2-5h，然后在该复合结构表面涂覆粘结剂，用高压将抗爆面板与该复合结构压紧成一个整体结构；

步骤4)，将步骤3)制备的整体结构在60-85℃下养护2-5h，然后在20-30℃下放置1-3天；

步骤5)，在20-30℃下将步骤4)制备的整体结构的底面涂覆粘合底漆，静置20-90min；

步骤6)，将第一组分与第二组分混合后，喷涂于步骤5)制备的整体结构的底面，制备为抗气体爆炸结构。

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