CZ35701U1 - Silikátový kompozitní materiál s vysokou balistickou odolností - Google Patents

Description

Technické řešení se týká složení kompozitního materiálu určeného k formování prvků, zejména panelů, s vysokou odolností proti střelám a výbuchu.

Dosavadní stav techniky

Jsou známy kompozitní materiály se zvýšenou balistickou odolností, v jejichž matrici tvořené cementem a křemičitými písky je rozptýlena armatura z vláken - skleněných, kevlarových nebo kovových. VCZ25215 U1 je popsán vláknobeton se zvýšenou schopností absorpce rázové energie, který je tvořen 5 až 12 % objem, tvarovaných ocelových vláken, o průměru 0,55 až 1,00 mm o délce 30 až 60 mm rozložených rovnoměrně v objemu celé formy a dále je složen z 88 až 95 % objem, matrice složené z cementu, jemnozrnného písku, mikrosiliky, plastifíkátoru a vody. Vlákna v podobě chumáče zaplňujícího celý objem formy jsou zalita matricí obsahující 14 až 18 % hmotn. vody.

Technické řešení si klade za úkol navrhnout složení kompozitního materiálu vyznačujícího se vysokou objemovou hmotností, vysokou pevností v tlaku a v tahu ohybem, jakožto předpoklady vysoké balistické odolnosti.

Podstata technického řešení

Uvedený úkol řeší silikátový kompozitní materiál s vysokou balistickou odolností, v jehož matrici tvořeném cementem a křemičitými písky je rozptýlena armatura z vláken. Pevná fáze jeho vsázky má následující složení:

Surovina	% hmotn.
a) Křemenný písek Frakce 0,05 až 0,5 mm	45,0 až 55,0
Mikroplnivo - mikromletý písek	7,0 až 11,5
b) Pojivo Bílý cement	20,0 až 33,0
Bílý křemičitý úlet	3,0 až 7,0
c) Vlákna Ocel 12x0,2 mm	5,0 až 9,0

přičemž vsázka dále obsahuje:

Surovina	% hmotn.
Aditiva	0,30 až 0,85
Záměsová voda	5,70 až 10,00

Příklady uskutečnění technického řešení

Byly připraveny vsázky silikátového kompozitu o následujícím složení, zpracovány níže uvedeným postupem a výsledný materiál vykázal níže uvedené vlastnosti:

- 1 CZ 35701 UI

Receptura vsázky	Míšení Mísíc: BS MI-CM5AX (10kg) BS LBM75A (100kg) Míšení za sucha: 60s / 90 ot/min Míšení s 80% vody: 120s / 90 ot/min Míšení s 80% vody: 180s /180 ot/min Míšení se 100 % vody:180s / 180 ot/min Míšení s vlákny: 120s / 90 ot/min Vakuové míšení do tlaku: 2-3 kPa Zpracování Způsob zpracování: Odlití a vibrace Vibrace při plnění formy: Ne Vibrováni plné formy: 60 s Parametry: Zrnitost: 0-0,5 mm Frakce pod 0,063 mm: 52-57 % Pevnost v tahu ohybem: 29 ± 2 MPa Pevnost v tlaku: 270 ± 10 MPa Objemová hmotnost 2550 ± 50 kg/m3
Surovina	% hmot.
a) Křemenný písek Frakce 0.05-0.5mm Mikromletý písek b) Pojivo Bílýcem. CEMI52.5R Úlet RWFtihler Q1 c)Vlákna Ocel 12x0,2mm	45,0-55,0 7,0-11.5 20,0-33,0 3,0-7,0 5,0-9,0
Celkem	100
d) Aditiva Superplastifik. ACE 430	0.30-0.85
Vakuum	ANO
Záměsová voda	5,7-10

Kompozit je v tomto případě založen na pojivu složeném z cementu a křemičitého úletu. Suroviny mají velikosti částic do 0,6 mm. Kamenivem je křemenný písek (Filtrační písky chlum s.r.o.) se střední velikostí částic 0,2 mm. Mikroplnivem je mikromletý křemenný písek mikrodorsilit 110 (Gebriider Dorfner GmbH). Pojivo se skládá z bílého cementu CEMI52,5R (Aalborg), bílého křemičitého úletu RW-Fůhller Ql. Výztuž je tvořena ocelovými mikrodrátky o délce 12 mm a průměru 0,2 mm (KrampeHarex CZ s.r.o). Plastifikace probíhá s pomocí superplastifikátoru ACE 430 (BASF) a vody.

Příprava spočívá v promísení pomalými otáčkami všech suchých komponent, do kterých je následně nadávkováno 80 % záměsové vody spolu s kompletní dávkou superplastifikátoru. Míchání probíhá po dobu 2 minut pomalými otáčkami (70 až 90 ot/min) pro minimalizaci křemičitého úletu. Následně jsou již zrna smočena vodou a míchaná směs je neprášivá a otáčky se zvýší (na 150 až 180 ot/min) po dobu 3 minut. Během této doby se směs plastifikuje, přičemž dojde je zhrudkování míchaného materiálu, který se však následně rozmíchá. Po uplynutí této doby se nadávkuje zbylých 20 % záměsové vody a míchání pokračuje stejnou intenzitou a stejnou dobu jako v předchozím případě. Do takto připraveného cementového kompozitu jsou pomalým kontinuálním sypáním nadávkována vlákna při pokračujícím míchání pomalými otáčkami (7 až 90 ot/min) po dobu 2 min. Celková doba přípravy surového cementového kompozitu trvá 10 minut. Následuje přesun materiálu do vakuové míchačky, kde se provede odplynění ve vakuu. Vakuové míchání probíhá ve vakuových míchačkách vlastní výroby do doby, než nastane var záměsové vody, k čemuž dojde při běžné teplotě 20 až 25 °C přibližně za tlaku 2 až 3 kPa. Var záměsové vody v pojivu je detekován vizuálně; projeví se kypěním směsi. Po zastavení je míchačka pomalu zavzdušňována. Vodní pára zkondenzuje a póry se uzavřou. Vytvoří se kompaktní viskózní tekoucí cementový kompozit, ve kterém je minimalizována makroporozita.

Odlévání cementového kompozitu probíhá bez míchání jedním kontinuálním tokem s minimální výškovým rozdílem mezi míchačkou a formou a bez vibrací. Po odlití je pojivo krátce zavibrováno, neboť v důsledku vysokého obsahu ocelových vláken se jen stěží vyplní rohy ve formě samovolně. Hodinu po zaformování je buď celý cementový kompozit i s formou vložen do vodního uložení neboje pouze horní strana cementového kompozitu přelita vrstvou vody v množství, které se nesmí odpařit před tím, než dojde k odformování. To se uskuteční do 24 h od počátku přípravy. Následně jsou tělesa umístěna do vodního uložení po celou dobu zrání.

Výsledný materiál se při použití uvedených surovin vyznačuje značnou objemovou hmotností 2550 kg/m³. Taje výsledkem nízkého vodního součinitele směsi a vakuového míchání, které má za

-2CZ 35701 UI následek téměř kompletní odstranění makroporozity. Po 28 dnech zrání při laboratorní teplotě se dosahuje hodnoty pevnosti v tlaku 270 ±10 MPa a zejména pevnosti v tahu ohybem 29 ± 2 MPa. To je pro RPC kompozit unikátní. Je to důsledek nízkého zdánlivého vodního součinitele cca 0,2 (suroviny pod velikost částic 100 pm), ale vysokého efektivního vodního součinitele až 0,27 (reaktivní složky tedy pouze cement a křemičitý úlet). Nízký zdánlivý vodní součinitel je dán malou vzdálenost mezi částicemi materiálu, přičemž vysoký efektivní vodní součinitel zajišťuje dostatek vody na prohydrátování cementu a následně křemičitého úletu. Tento rozdíl ve vodních součinitelích je způsoben nahrazením části pojivá mikromletým křemenným pískem o střední velikosti částic poloviční, než má cement.

Mikromletý křemenný písek se v pojivu chová jako inertní materiál, ale zároveň na svém velkém měrném povrchu nese tenkou vrstvu vody. Tento mikromletý křemenný písek tedy neplní pouze funkci mikroplniva k zajištění optimální granulometrie cementového kompozitu, ale zároveň plní funkci fyzikálně působící přísady, která po sobě nezanechává porozitu, a jeho použití spolu s mícháním ve vakuuje unikátním a klíčovým řešením pro tento typ materiálu o výše uvedených vlastnostech.

Uvedený cementový kompozit obsahující reaktivních práškové složky byl podroben balistickému testování dle certifikované metodiky CM-BOGGES 001:2018 „Stanovení diferenciálního faktoru účinnosti balistické ochrany cementových kompozit“. Z výsledků testu bylo zjištěno, že panel tloušťky 40 mm vyrobený z tohoto RPC kompozitu (plošná hmotností 100 kg/m²) disipuje až 85 % kinetické energie penetrujícího projektilu 7,62 x 54R B32 API s dopadovou rychlosti 854 m/s.

Claims (1)

1. Silikátový kompozitní materiál s vysokou balistickou odolností, v jehož matrici tvořeném 5 cementem a křemičitými písky je rozptýlena armatura z vláken, vyznačující se tím, že pevná fáze jeho vsázky má následující složení:

Surovina % hmotn.

a) Křemenný písek Frakce 0,05 až 0,5 mm 45,0 až 55,0

Mikroplnivo - mikromletý písek 7,0 až 11,5

b) Pojivo Bílý cement 20,0 až 33,0

Bílý křemičitý úlet 3,0 až 7,0

c) Vlákna Ocel 12x0,2 mm 5,0 až 9,0 přičemž vsázka dále obsahuje:

Surovina % hmotn.

Aditiva 0,30 až 0,85

Záměsová voda 5,70 až 10,00