KR20220034921A - Explosion-proof and impact-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite concrete and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트 및 이의 제조 방법으로서, 상기 방폭 및 방충격 콘크리트에는 여러 층으로 평행 배열된 다단 이질 섬유 프리폼이 구비된다. 다단 이질 섬유 프리폼은 복수의 다단 이질 섬유에 의해 경사 및 위사로 평직되어 형성된다. 상기 다단 이질 섬유는 다단 보조 섬유에 의해 코어 섬유에 감겨 형성되며; 상기 코어 섬유는 저모듈러스 섬유이고, 상기 다단 보조 섬유는 탄성 계수가 상이한 고모듈러스 섬유이다. 상기 방폭 및 방충격 콘크리트는 프리폼의 다단 보조 섬유의 구배 나선형 설계 및 3차원 층상 배열을 통해 프리폼의 음성 푸아송 비 효과가 현저히 향상되고 매트릭스에서 효과적으로 발휘하도록 한다. An explosion-proof and impact-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite concrete and a manufacturing method thereof, wherein the explosion-proof and impact-proof concrete is provided with a multi-stage heterogeneous fiber preform arranged in parallel in several layers. The multi-stage heterogeneous fiber preform is formed by plain weave with warp and weft yarns by a plurality of multi-stage heterogeneous fibers. wherein the multi-stage heterogeneous fibers are wound around the core fiber by multi-stage auxiliary fibers; The core fiber is a low modulus fiber, and the multi-stage auxiliary fiber is a high modulus fiber having different elastic modulus. The explosion-proof and impact-proof concrete significantly improves the negative Poisson's ratio effect of the preform through the gradient spiral design and three-dimensional layered arrangement of the multi-stage auxiliary fibers of the preform and effectively exerts it in the matrix.

Description

방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트 및 이의 제조 방법Explosion-proof and impact-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite concrete and manufacturing method thereof

본 발명은 건축 분야에 속하고, 방폭 및 방충격 섬유 콘크리트 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention belongs to the field of construction, and relates to explosion-proof and impact-proof fiber concrete and a method for manufacturing the same, and specifically to an explosion-proof and impact-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite concrete and a method for manufacturing the same.

최근 몇 년간 국내외에서는 폭발 사고가 빈번하게 발생하면서 건축물 및 사람의 생명과 재산에 심각한 위협을 주고 있다. 이는 주로 폭발 사고의 발생 시간이 짧고 충격 하중이 매우 크며 변화 시간이 매우 빨라 피해를 줄이기 위한 효과적인 대책을 마련하기 어렵기 때문이다. 일반적으로, 고강도 콘크리트는 탄성 계수가 크고 취성이 높으며 연성이 낮아, 폭발시 부피가 크고 개수가 많은 파편을 생성하여 일정한 피해를 입힌다. 콘크리트에 섬유를 첨가하면 구조 또는 구성 요소의 강도 또는 연성을 증가할 수 있고 폭발 발생시 폭발로 인한 파편 날림을 방지할 수 있다.In recent years, explosion accidents have occurred frequently at home and abroad, posing a serious threat to the lives and properties of buildings and people. This is mainly because the occurrence time of an explosion accident is short, the impact load is very large, and the change time is very fast, so it is difficult to prepare effective countermeasures to reduce damage. In general, high-strength concrete has a large elastic modulus, high brittleness, and low ductility. The addition of fibers to concrete can increase the strength or ductility of a structure or component, and can prevent blown debris from explosions in the event of an explosion.

재료 측면에서 연구하면, 건축 구조 재료의 방호 및 방폭 성능을 개선하여, 콘크리트를 고인성 및 고연성 방향으로 발전시키고, 나아가 구조의 방폭 국부 손상 성능을 개선시키는 것이며; 현재 일반적인 수단은 콘크리트에 인성이 우수한 섬유 재료를 첨가하여 콘크리트의 낮은 인성 강도 및 취성 상태를 변경하여 새로운 복합 재료를 형성하는 것이다. 종래기술에서는 대부분 섬유 강화 콘크리트에 단일 섬유를 첨가하여 이 문제를 해결한다. 그러나, 섬유 자체의 특성상 섬유 콘크리트의 인열 저항 성능 및 방충격 성능이 다소 부족한 실정이며; 예를 들어 탄소 섬유는 자체적으로 높은 인성과 연성을 갖고 있어, 콘크리트에 적용하면 콘크리트의 인성 및 인장 강도 등을 현저히 향상시킬 수 있지만, 탄소 섬유는 국부적인 충격을 받을 때 취성을 나타내므로, 단일 탄소 섬유 강화 콘트리트의 경우 방충격 성능 측면에 일정한 한계가 있으며; 또한, 콘크리트에서 섬유의 무작위 분포는 섬유 콘크리트의 특정 방향 및 내부 구조의 방충격 성능을 연구하는 데 일정한 어려움이 있다.Studying from the material aspect, it is to improve the protection and explosion-proof performance of building structural materials, to develop concrete in the direction of high toughness and high ductility, and further improve the explosion-proof local damage performance of the structure; At present, the common means is to change the low toughness strength and brittle state of concrete by adding a fiber material with good toughness to the concrete to form a new composite material. Most of the prior art solves this problem by adding a single fiber to the fiber reinforced concrete. However, due to the nature of the fiber itself, the tear resistance performance and impact resistance performance of fiber concrete are somewhat insufficient; For example, carbon fiber itself has high toughness and ductility, so when applied to concrete, the toughness and tensile strength of concrete can be significantly improved, but carbon fiber exhibits brittleness when subjected to a local impact, Fiber-reinforced concrete has certain limitations in terms of impact resistance; In addition, the random distribution of fibers in concrete has certain difficulties in studying the impact resistance performance of the specific direction and internal structure of fiber concrete.

발명 특허 출원 201810455234.3은 "합성 이중 나선 섬유를 이용하여 제조된 콘크리트 및 이의 제조 방법"을 공개하였다. 상기 발명은 음성 푸아송비 이중 나선 섬유의 제조 및 소정량의 이중 나선 섬유를 첨가한 콘크리트의 제조 방법을 공개하였다. 상기 발명은 이중 나선 섬유를 콘크리트에 첨가하여 콘크리트의 비구조적 균열을 효과적으로 제어할 수 있으므로, 이중 나선 섬유 콘크리트가 기존 섬유 콘크리트보다 강화 효과가 더 우수하다. 그러나, 상기 발명에 관한 이중 나선 섬유 구조의 음성 푸아송 비 효과는 비교적 제한적이고, 음성 푸아송 비 효과는 이중 나선 섬유 구조 자체에만 존재하며, 상기 촙드(chopped) 이중 나선 섬유를 콘크리트에 첨가하면 콘크리트의 전반적인 음성 푸아송 비 효과는 현저하지 않으므로, 콘크리트의 방충격 성능은 물론 방충격 성능을 크게 향상시킬 수 없다. 이 밖에, 상기 발명은 섬유 종류의 범위가 좁고 모든 섬유 콘크리트 유형을 적용할 수 없으며, 섬유는 미변성 에폭시 수지의 처리 후 콘크리트 매트릭스와의 결합 성능이 이상적이지 않고, 하중 작용하에 콘크리트 매트릭스와 쉽게 박리되어 콘크리트의 종합적 성능을 저하시킨다.Invention patent application 201810455234.3 disclosed "Concrete manufactured using synthetic double helix fiber and method for manufacturing the same". The invention discloses the preparation of negative Poisson's ratio double helix fibers and a method of preparing concrete to which a predetermined amount of double helix fibers is added. Since the above invention can effectively control non-structural cracking of concrete by adding double helix fibers to concrete, double helix fiber concrete has a better reinforcing effect than conventional fiber concrete. However, the negative Poisson's ratio effect of the double helix fiber structure according to the present invention is relatively limited, and the negative Poisson's ratio effect exists only in the double helix fiber structure itself, and when the chopped double helix fiber is added to concrete, concrete Since the overall negative Poisson's ratio effect of . In addition, the above invention has a narrow range of types of fibers and cannot be applied to all types of fiber concrete, and the fibers have less than ideal bonding performance with the concrete matrix after treatment with unmodified epoxy resin, and easily peel off from the concrete matrix under load. This reduces the overall performance of concrete.

종래기술에서 방폭 및 방충격 콘크리트에 존재하는 문제에 대해, 본 발명은 현저한 음성 푸아송 비 효과를 갖는 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트 및 이의 제조 방법을 제공한다. 상기 복합 콘크리트는 종래의 이중 나선 섬유 구조를 최적화하고, 매트릭스에서의 3차원 무작위 분포 상황을 개선한다. 종래의 방폭 및 방충격 콘크리트에 비교하면, 상기 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트의 강도, 인성, 손실 탄성률 및 저장 탄성률은 모두 크게 향상되고, 재료 손상으로 인한 파편 날림을 효과적으로 방지할 수 있으며, 인원 및 건축 구조에 대한 2차 피해를 줄일 수 있다.For the problems existing in explosion-proof and impact-proof concrete in the prior art, the present invention provides an explosion-proof and impact-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite concrete having a significant negative Poisson's ratio effect and a manufacturing method thereof. The composite concrete optimizes the conventional double helix fiber structure and improves the three-dimensional random distribution situation in the matrix. Compared with the conventional explosion-proof and impact-proof concrete, the strength, toughness, loss elastic modulus and storage elastic modulus of the explosion-proof and impact-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite concrete are all greatly improved, and debris flying due to material damage can be effectively prevented. , secondary damage to personnel and building structures can be reduced.

본 발명의 기술방안은 다음과 같다. The technical solution of the present invention is as follows.

음성 푸아송 비 효과를 갖는 다단 이질 섬유 프리폼은 복수의 다단 이질 섬유에 의해 경사 및 위사로 평직되어 형성된다. 상기 다단 이질 섬유는 다단 보조 섬유에 의해 코어 섬유에 감겨 형성되며; 상기 코어 섬유는 저모듈러스 섬유이고, 상기 다단 보조 섬유는 탄성 계수가 상이한 고모듈러스 섬유이다. 인접한 상기 다단 이질 섬유의 코어 섬유 간의 거리는20 mm 내지 100 mm이다. 상기 저모듈러스 섬유의 탄성 계수는 50 MPa 내지 50 GPa이고; 상기 고모듈러스 섬유의 탄성 계수는 ≥ 50 GPa이다. 상기 보조 섬유는 단(stage)을 나누어 코어 섬유에 감기며; 상기 1단 보조 섬유의 탄성 계수는 50 GPa 내지 90 GPa이고; 상기 제N단 보조 섬유와 제N-1단 보조 섬유의 탄성 계수비는 1.1-9.6이며, N은 2 내지 7이고; 상기 코어 섬유와 1단 보조 섬유의 직경비는 1.5 내지 3.0이며, 제N단 보조 섬유의 직경과 제N-1단 보조 섬유의 직경의 비율은 0.5 내지 0.9이고, 코어 섬유와 제N단 보조 섬유의 직경비는 2.5 내지 15.0이며, N은 2 내지 7이고; 상기 제1단 보조 섬유의 나선각은 2°내지 8°이며, 제N단 보조 섬유의 나선각은 제N-1단 보조 섬유에 비해 3°내지 15°증가하고, 제N단 보조 섬유의 나선각은 5°내지 60°이며, N은 2 내지 7이다. 상기 보조 섬유는 나선각과 탄성 계수가 구배로 분포된 다단 고모듈러스 섬유를 사용하며, 내구성이 우수하고 인장 강도가 높으며, 미세균열 발생시 균열의 확장을 억제하고, 콘크리트의 내부 응력의 균일한 분포를 촉진하여, 콘크리트의 압축 강도 및 방충격 성능을 향상시킬 수 있다. 코어 섬유로서의 저모듈러스 섬유의 유연성은 섬유 메쉬 직물 구조 및 콘크리트 매트릭스의 인장 저항, 굴곡 저항, 전단 저항 성능을 향상시킬 수 있고, 거시적 균열 발생시 작용을 충분히 발휘하여 매트릭스의 급격한 손상을 방지할 수 있다.A multi-stage heterogeneous fiber preform having a negative Poisson's ratio effect is formed by plain weaving with warp and weft yarns by a plurality of multi-stage heterogeneous fibers. wherein the multi-stage heterogeneous fibers are wound around the core fiber by multi-stage auxiliary fibers; The core fiber is a low modulus fiber, and the multi-stage auxiliary fiber is a high modulus fiber having different elastic modulus. The distance between the core fibers of the adjacent multi-stage heterogeneous fibers is 20 mm to 100 mm. the modulus of elasticity of the low modulus fiber is 50 MPa to 50 GPa; The modulus of elasticity of the high modulus fiber is ≧50 GPa. The auxiliary fiber is divided into stages and wound around the core fiber; The modulus of elasticity of the first stage auxiliary fiber is 50 GPa to 90 GPa; The elastic modulus ratio of the N-th stage auxiliary fiber to the N-1 stage auxiliary fiber is 1.1 to 9.6, and N is 2 to 7; The diameter ratio of the core fiber to the first stage auxiliary fiber is 1.5 to 3.0, the ratio of the diameter of the Nth stage auxiliary fiber to the diameter of the N-1 stage auxiliary fiber is 0.5 to 0.9, and the core fiber and the Nth stage auxiliary fiber are 0.5 to 0.9. The diameter ratio of is 2.5 to 15.0, N is 2 to 7; The helix angle of the first stage auxiliary fiber is 2 ° to 8 °, the helix angle of the N-th stage auxiliary fiber is increased by 3 ° to 15 ° compared to the N-1 stage auxiliary fiber, and the helix of the N-th stage auxiliary fiber is The angle is from 5° to 60°, and N is from 2 to 7. The auxiliary fiber uses a multi-stage high modulus fiber with a gradient distribution of spiral angle and elastic modulus, has excellent durability and high tensile strength, suppresses crack expansion when microcracks occur, and promotes uniform distribution of internal stress in concrete Thus, it is possible to improve the compressive strength and impact-proof performance of concrete. The flexibility of the low modulus fiber as the core fiber can improve the tensile resistance, flex resistance, and shear resistance performance of the fiber mesh fabric structure and concrete matrix, and it can prevent rapid damage to the matrix by sufficiently exerting its action when macroscopic cracks occur.

여기서, 상기 저모듈러스 섬유는 폴리에틸렌 섬유(polyethylene fiber), 폴리비닐알코올 섬유(polyvinyl alcohol fiber), 폴리비닐포르말 섬유(polyvinyl formal fiber), 폴리염화비닐 섬유(polyvinyl chloride fiber), 폴리프로필렌 섬유(polypropylene fiber), 폴리아크릴로니트릴 섬유(polyacrylonitrile fiber), 폴리아미드 섬유(polyamide fiber), 폴리이미드 섬유(polyimide fiber), 폴리에스테르 섬유(polyester fiber), 폴리우레탄 섬유(polyurethane fiber), 셀룰로오스 섬유(cellulose fiber), 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유(polytetrafluoroethylene fiber) 및 폴리페닐렌 설파이드 섬유(polyphenylene sulfide fiber) 중 하나 이상이고; 상기 고모듈러스 섬유는 아라미드 섬유(aramid fiber), 폴리벤즈이미다졸 섬유(polybenzimidazole fiber), 폴리벤조디옥사졸 섬유(polybenzodioxazole fiber), 폴리아릴레이트 섬유(polyarylate fiber), 초고분자량 폴리에틸렌 섬유, 유리 섬유(glass fiber), 탄소 섬유(carbon fiber), 강 섬유(steel fiber), 연속 현무암 섬유(continuous basalt fiber), 탄화규소 섬유(silicon carbide fiber), 산화마그네슘 섬유(magnesium oxide fiber), 산화알루미늄 섬유(alu minium oxide fiber), 실리카 섬유(silica fiber), 석영 섬유(quartz fiber), 규산알루미늄 섬유(alu minium silicate fiber), 그래핀 섬유(graphene fiber) 및 보론 섬유(boron fiber) 중 하나 이상이다.Here, the low modulus fiber is a polyethylene fiber, a polyvinyl alcohol fiber, a polyvinyl formal fiber, a polyvinyl chloride fiber, and a polypropylene fiber. fiber), polyacrylonitrile fiber, polyamide fiber, polyimide fiber, polyester fiber, polyurethane fiber, cellulose fiber ), at least one of polytetrafluoroethylene fibers and polyphenylene sulfide fibers; The high modulus fiber is aramid fiber, polybenzimidazole fiber, polybenzodioxazole fiber, polyarylate fiber, ultra-high molecular weight polyethylene fiber, glass fiber ( glass fiber, carbon fiber, steel fiber, continuous basalt fiber, silicon carbide fiber, magnesium oxide fiber, aluminum oxide fiber (alu) at least one of minium oxide fiber, silica fiber, quartz fiber, aluminum silicate fiber, graphene fiber, and boron fiber.

바람직하게는, 상기 제N단 보조 섬유와 제N-1단 보조 섬유의 탄성 계수비는 1.1 내지 7.5이고, N은 2 내지 7이며; 상기 코어 섬유와 1단 보조 섬유의 직경비는 1.5 내지 2.5이고, 코어 섬유와 제N단 보조 섬유의 직경비는 2.5 내지 10.0이며, 제N단 보조 섬유의 나선각은 10°내지 60°이고, N은 2 내지 7이다.Preferably, the elastic modulus ratio of the N-th stage auxiliary fiber to the N-1 stage auxiliary fiber is 1.1 to 7.5, and N is 2 to 7; The diameter ratio of the core fiber to the first stage auxiliary fiber is 1.5 to 2.5, the diameter ratio of the core fiber to the Nth stage auxiliary fiber is 2.5 to 10.0, and the helix angle of the Nth stage auxiliary fiber is 10 ° to 60 °, N is 2-7.

방폭 및 방충격 콘크리트에는 여러 층으로 평행 배열된 다단 이질 섬유 프리폼이 구비된다. 인접한 각 층의 상기 다단 이질 섬유 프리폼 사이의 다단 이질 섬유의 투영 협각은 10°내지 90°이다. 상기 다단 이질 섬유 프리폼이 위치하는 평면과 콘크리트가 저항하는 충격 하중 방향 사이의 협각은 5°내지 90°이다. 인접한 상기 다단 이질 섬유 프리폼의 층 간격은 20 mm 내지 100 mm이다. 콘크리트에 비교적 큰 균열 변위 조건이 존재하는 경우, 다단 이질 섬유 프리폼 구조는 우수한 인성을 유지하고, 콘크리트의 균열의 진행 경로를 줄이며, 매트릭스의 미세균열의 형성과 확장을 지연시켜, 콘크리트의 방폭 및 방충격 성능을 향상시킬 수 있다.Explosion-proof and impact-proof concrete is provided with multi-stage heterogeneous fiber preforms arranged in parallel in several layers. The projected included angle of the multistage heterogeneous fibers between the multistage heterogeneous fiber preforms in each adjacent layer is between 10° and 90°. The included angle between the plane on which the multi-stage heterogeneous fiber preform is positioned and the direction of the impact load resisted by the concrete is 5° to 90°. The layer spacing of the adjacent multi-stage heterogeneous fiber preforms is between 20 mm and 100 mm. In the presence of relatively large crack displacement conditions in concrete, the multi-stage heterogeneous fiber preform structure maintains excellent toughness, reduces the propagation path of cracks in concrete, and delays the formation and expansion of microcracks in the matrix, thereby preventing explosion and protection of concrete Impact performance can be improved.

상기 현저한 음성 푸아송 비 효과를 갖는 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트의 제조 방법은 하기와 같은 단계를 포함한다.The method for producing explosion-proof and impact-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite concrete having the significant negative Poisson's ratio effect includes the following steps.

(1) 1단 이질 섬유 배아 구조의 가공 제조 단계: 상기 1단 구조의 나선각에 따라, 1단 보조 섬유인 상기 고모듈러스 섬유를 코어 섬유인 저모듈러스 섬유에 감아, 1단 이질 섬유 배아 구조를 얻는다.(1) Processing manufacturing step of single-stage heterogeneous fiber embryonic structure: According to the spiral angle of the single-stage structure, the high-modulus fiber, which is a first-stage auxiliary fiber, is wound around a low-modulus fiber, which is a core fiber, to form a single-stage heterogeneous fiber embryo structure get

(2) 1단 이질 섬유 배아 구조의 경화 처리 단계: 커플링제 및 경화제를 각각 에폭시 수지에 첨가하여 충분히 교반하되, 커플링제의 양은 에폭시 수지의 질량의 0.1% 내지 5.0%이고, 상기 경화제와 에폭시 수지의 질량비는 1.0:0.8 내지 1.0:1.2이며; 그 다음 단계 (1)에서 제조된 1단 이질 섬유 배아 구조를 침지시키고, 50℃ 내지 80℃로 가열하여 1단 이질 섬유 배아 구조를 충분히 침지시킨 후 경화 시스템을 빼내며, 경화될 때까지 정치하여 1단 이질 섬유 구조를 얻는다.(2) Hardening treatment step of single-stage heterogeneous fiber embryo structure: A coupling agent and a curing agent are each added to the epoxy resin and sufficiently stirred, but the amount of the coupling agent is 0.1% to 5.0% of the mass of the epoxy resin, and the curing agent and the epoxy resin The mass ratio of is 1.0:0.8 to 1.0:1.2; Then, the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure prepared in step (1) is immersed, heated to 50°C to 80°C to sufficiently immerse the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure, and then the hardening system is pulled out, and left to stand until hardened A single-stage heterogeneous fiber structure is obtained.

(3) 다단 이질 섬유 구조의 가공 제조 단계: 단계 (2)에서 얻은 이질 섬유를 1단 구조로 사용하고, 상기 N단 구조의 나선각에 따라, 단계 (1) 및 단계 (2)를 중복하여 N단 이질 섬유 구조를 얻으며, N은 2 내지 7이다.(3) Process manufacturing step of multi-stage heterogeneous fiber structure: using the heterogeneous fibers obtained in step (2) as a single-stage structure, and overlapping steps (1) and (2) according to the helix angle of the N-stage structure An N-stage heterogeneous fiber structure is obtained, where N is 2 to 7.

(4) 다단 이질 섬유 프리폼의 직조 제조 단계: 얻은 N단 이질 섬유를 경위 방향에 따라 경사 및 위사 평직법으로 경사 및 위사 평직 구조로 직조하되, 인접한 상기 다단 이질 섬유의 코어 섬유 간의 거리는20 mm 내지 100 mm이고, 그 다음 단계 (2)에 따른 경화 시스템을 경사 및 위사 평직 구조의 모든 경사 및 위사 교차점에 충분히 코팅하고, 경화될 때까지 정치하여 N단 이질 섬유 프리폼을 얻으며, N은 2 내지 7이다.(4) weaving manufacturing step of multi-stage heterogeneous fiber preform: Weaving the obtained N-stage heterogeneous fibers into warp and weft plain weave structures by warp and weft plain weaving methods along the warp and weft direction, wherein the distance between the core fibers of adjacent multi-stage heterogeneous fibers is 20 mm to 100 mm, then sufficiently coat all warp and weft intersection points of warp and weft plain weave structure with the curing system according to step (2), and leave it to stand until cured to obtain an N-stage heterogeneous fiber preform, where N is 2 to 7 am.

(5) 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트의 시공 제조 단계: 교반된 콘크리트 슬러리를 몰드에 20 mm 내지 100 mm의 높이로 붓고, 경화되지 않은 표면의 콘크리트 슬러리 표면에 한 층의 다단 이질 섬유 프리폼을 배치한 후, 붓고 배치하는 상기 단계를 중복하고, 진동 및 압축, 양생 및 성형한다. 여기서, 각 층의 섬유 프리폼 사이의 섬유의 투영 협각은 10°내지 90°이고, 인접한 상기 이질 섬유 메쉬 구조의 층 간격은 20 mm 내지 100 mm이며, 즉 상기 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트를 얻는다.(5) Construction of explosion-proof and shock-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite concrete manufacturing step: Pour the stirred concrete slurry into a mold to a height of 20 mm to 100 mm, and one layer of multi-stage heterogeneous fibers on the surface of the concrete slurry on the uncured surface After placing the preform, the above steps of pouring and placing are repeated, vibrating and compressing, curing and shaping. Here, the projected narrow angle of the fibers between the fiber preforms of each layer is 10° to 90°, and the interlayer spacing of the adjacent heterogeneous fiber mesh structure is 20 mm to 100 mm, that is, the explosion-proof and impact-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite concrete to get

여기서, 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지(bisphenol A epoxy resin)이고; 상기 경화제는 폴리아미드(polyamide), 폴리에스테르 수지(polyester resin), 지방족 아민(aliphatic amine)계 경화제 중 하나 이상이며; 상기 커플링제는 티타네이트 커플링제(titanate coupling agent) 및 실란 커플링제(silane coupling agent) 중 하나 이상이다. 상기 방법에 따라 제조된 방폭 및 방충격 콘크리트는 이질 섬유 사이 및 이질 섬유와 콘크리트 매트릭스 사이의 계면 구조와 성능을 개선하고, 콘크리트 매트릭스에서 다단 이질 섬유 프리폼의 음성 푸아송 비 효과를 최대 한계까지 발휘하여, 매트릭스 재료의 방폭 및 방충격 성능을 향상시킨다.Here, the epoxy resin is a bisphenol A epoxy resin; The curing agent is at least one of polyamide, polyester resin, and an aliphatic amine-based curing agent; The coupling agent is at least one of a titanate coupling agent and a silane coupling agent. The explosion-proof and impact-proof concrete manufactured according to the above method improves the interfacial structure and performance between heterogeneous fibers and between heterogeneous fibers and the concrete matrix, and exhibits the negative Poisson's ratio effect of the multi-stage heterogeneous fiber preform in the concrete matrix to the maximum limit. , improve the explosion-proof and shock-proof performance of the matrix material.

방폭 및 방충격 원리: 다단 이질 섬유 프리폼이 비 평행적인 외력의 충격을 받을 때, 프리폼 중 각 단(stage)의 보조 섬유는 탄성 계수가 비교적 높고 파단 신장율이 비교적 낮기 때문에 직선 상태가 되는 경향이 있으며; 코어 섬유는 탄성 계수가 비교적 낮고 신장율이 비교적 크게 변하기 때문에 나선 상태가 되는 경향이 있다. 여기서, 코어 섬유의 직경은 보조 섬유의 직경보다 크고, 응력의 작용하에서 나선형 섬유 구조는 횡방향으로 넓어지는 반면, 섬유 프리폼은 격자의 공극이 경위 방향으로 축소되는 것을 보여주며; 따라서 콘크리트에 균열이 발생하는 경우, 콘크리트의 완전성을 유지할 뿐만 아니라 콘크리트의 파편화도 방지하고, 콘크리트의 강한 동적 하중 저항성능, 구조 안전성 및 안정성을 향상시킨다.Explosion-proof and shock-proof principle: When a multi-stage heterogeneous fiber preform is subjected to an impact from a non-parallel external force, the auxiliary fibers of each stage of the preform have a relatively high modulus of elasticity and a relatively low elongation at break, so they tend to be straight. ; Core fibers tend to become helical because of their relatively low modulus of elasticity and relatively large changes in elongation. Here, the diameter of the core fiber is larger than the diameter of the auxiliary fiber, and under the action of stress, the helical fiber structure broadens in the transverse direction, while the fiber preform shows that the voids of the lattice shrink in the theodolite direction; Therefore, when cracks occur in the concrete, it not only maintains the integrity of the concrete, but also prevents fragmentation of the concrete, and improves the strong dynamic load resistance performance, structural safety and stability of concrete.

본 발명의 유익한 효과는 다음과 같다. Advantageous effects of the present invention are as follows.

(1) 본 발명에 따른 다단 이질 섬유 프리폼은 탄성 계수가 상이한 다단 섬유로 구성된 섬유 다발의 경사 및 위사 직조 네트워크를 사용하여 비용을 절감할 뿐만 아니라 섬유의 상이한 장점을 발휘할 수 있으며; 섬유 구배 구조의 설계를 통해 섬유망의 저장 탄성률과 같은 역학적 성질을 증가하고, 경사 및 위사 네트워크 노드를 통해 섬유 동적 연동 메커니즘을 구축함으로써, 상기 다단 이질 섬유 프리폼이 더 현저한 음성 푸아송 비 효과를 갖도록 한다.(1) The multi-stage heterogeneous fiber preform according to the present invention uses the warp and weft weave network of fiber bundles composed of multi-stage fibers with different elastic modulus to save cost as well as exhibit different advantages of fibers; By increasing the mechanical properties such as storage modulus of the fiber network through the design of the fiber gradient structure, and building the fiber dynamic interlocking mechanism through the warp and weft network nodes, the multi-stage heterogeneous fiber preform has a more pronounced negative Poisson's ratio effect. do.

(2) 본 발명에 따른 방폭 및 방충격 콘크리트는 프리폼의 다단 보조 섬유의 구배 나선형 설계 및 3차원 층상 배열을 통해 프리폼의 음성 푸아송 비 효과가 현저히 향상되고 매트릭스에서 효과적으로 발휘하도록 하며, 비 평행 하중 작용의 방향에서 동일한 배합비의 무근 콘크리트의 압축 저항, 인장 저항, 전단 저항과 같은 정적 하중 저항의 역학적 성질을 크게 향상시킬 뿐만 아니라, 동일한 배합비의 무근 콘크리트의 방폭 및 방충격 성능을 135.4%로 향상시킬 수 있다.(2) The explosion-proof and impact-proof concrete according to the present invention significantly improves the negative Poisson's ratio effect of the preform through the gradient spiral design and three-dimensional layered arrangement of the multi-stage auxiliary fibers of the preform and effectively exerts it in the matrix, and the non-parallel load In the direction of action, the mechanical properties of static load resistance such as compression resistance, tensile resistance, and shear resistance of unsupported concrete of the same mixing ratio are greatly improved, and the explosion-proof and impact-proof performance of unsupported concrete of the same mixing ratio is improved to 135.4%. can

(3) 본 발명에 따른 콘크리트의 제조 방법에서, 커플링제를 에폭시 수지에 첨가하여 섬유와 섬유, 섬유와 콘크리트의 계면 구조를 개선하고, 각 계면 사이의 결합력을 강화하며, 계면 결합 강도와 같은 역학적 성질을 향상시킨다. 아울러, 섬유 표면의 특성을 콘크리트 매트릭스와 유사하도록 하여, 섬유의 강화, 인성 및 인열 저항 능력을 크게 향상시킨다. 여기서, 콘크리트의 인장 강도와 전단 강도는 각각 26.5 MPa, 17.8 MPa에 도달할 수 있고, 일반 콘크리트와 비교하여 역학적 강도가 크게 향상되었다.(3) In the method for producing concrete according to the present invention, a coupling agent is added to an epoxy resin to improve the interfacial structure of fibers and fibers and fibers to concrete, strengthen the bonding force between each interface, and mechanically such as interfacial bonding strength improve character; In addition, by making the properties of the fiber surface similar to that of the concrete matrix, the fiber reinforcement, toughness and tear resistance ability are greatly improved. Here, the tensile strength and shear strength of concrete can reach 26.5 MPa and 17.8 MPa, respectively, and the mechanical strength is significantly improved compared to that of general concrete.

도 1은 3단 이질 섬유 구조 모식도이고, 여기서 a는 코어 섬유이며, b1은 1단 보조 섬유이고, b2는 2단 보조 섬유이며, b3은 3단 보조 섬유이고, θ는 보조 섬유와 코어 섬유 사이의 나선각이며, D는 코어 섬유의 직경이고, d는 보조 섬유의 직경이다.
도 2는 3단 이질 섬유 작용력 변형 모식도이고, 여기서 A1은 자유 초기 상태의 3단 이질 섬유의 정면도이며, A2는 자유 초기 상태의 3단 이질 섬유의 방사상 단면도이고, B1은 최대 응력 상태의 3단 이질 섬유의 정면도이며, B2는 최대 응력 상태의 3단 이질 섬유의 방사상 단면도이다.
도 3은 다단 이질 섬유 프리폼 중 섬유의 경사 및 위사 평직 구조 모식도이고, 여기서 x, y는 다단 이질 섬유의 코어 섬유 간의 거리이다.1 is a schematic diagram of a three-stage heterogeneous fiber structure, where a is a core fiber, b 1 is a first-stage auxiliary fiber, b 2 is a two-stage auxiliary fiber, b 3 is a three-stage auxiliary fiber, and θ is an auxiliary fiber and The helix angle between the core fibers, D is the diameter of the core fiber, and d is the diameter of the auxiliary fiber.
2 is a schematic diagram of three-stage heterogeneous fiber action force deformation, where A 1 is a front view of the three-stage heterogeneous fiber in a free initial state, A 2 is a radial cross-sectional view of the three-stage heterogeneous fiber in a free initial state, and B 1 is a maximum stress state is a front view of the three-stage heterogeneous fibers in Fig. B 2 is a radial cross-sectional view of the three-stage heterogeneous fibers in the maximum stress state.
3 is a schematic diagram of the warp and weft plain weave structures of fibers in a multi-stage heterogeneous fiber preform, where x and y are distances between core fibers of the multi-stage heterogeneous fibers.

이하, 실시예를 결부하여 본 발명을 더 설명한다.Hereinafter, the present invention will be further described in conjunction with Examples.

실시예 1Example 1

음성 푸아송 비 효과를 갖는 2단 이질 섬유 프리폼은 복수의 2단 이질 섬유에 의해 경사 및 위사로 평직되어 형성된다. 상기 2단 이질 섬유는 다단 보조 섬유에 의해 코어 섬유에 감겨 형성되며; 상기 코어 섬유는 저모듈러스 섬유이고, 상기 2단 보조 섬유는 탄성 계수가 상이한 고모듈러스 섬유이다. 인접한 상기 2단 이질 섬유의 코어 섬유 사이의 거리는 20 mm이다. 상기 저모듈러스 섬유는 폴리비닐알코올 섬유이고; 폴리비닐알코올 섬유는 긴 섬유로, 직경이 450 μm인 섬유 다발이며, 파단 신장율은 7%이고, 탄성 계수는 43 GPa이며, 밀도는 1.30 g/cm3이고, 우수한 내산성 및 내알칼리성을 갖는다.A two-stage heterogeneous fiber preform having a negative Poisson's ratio effect is formed by plain weaving with warp and weft yarns by a plurality of two-stage heterogeneous fibers. the two-stage heterogeneous fibers are wound around the core fiber by multi-stage auxiliary fibers; The core fiber is a low modulus fiber, and the two-stage auxiliary fiber is a high modulus fiber having a different elastic modulus. The distance between the core fibers of the adjacent two-stage heterogeneous fibers is 20 mm. the low modulus fiber is a polyvinyl alcohol fiber; Polyvinyl alcohol fiber is a long fiber, a fiber bundle with a diameter of 450 μm, the elongation at break is 7%, the elastic modulus is 43 GPa, the density is 1.30 g/cm 3 , and has excellent acid and alkali resistance.

상기 1단 보조 섬유는 아라미드 섬유로, 탄성 계수는 50 GPa이고, 직경은 150 μm이며, 나선각은 6°이고; 상기 제2단 보조 섬유는 규산알루미늄 섬유로, 탄성 계수는 480 GPa이며, 직경은 75 μm이고, 나선각은 15°이다.the first stage auxiliary fiber is an aramid fiber, the elastic modulus is 50 GPa, the diameter is 150 μm, and the helix angle is 6°; The second-stage auxiliary fiber is an aluminum silicate fiber, has an elastic modulus of 480 GPa, a diameter of 75 μm, and a helix angle of 15°.

상기 방폭 및 방충격 콘크리트에는 여러 층으로 평행 배열된 2단 이질 섬유 프리폼이 구비된다. 인접한 각 층의 상기 2단 이질 섬유 프리폼 사이의 다단 이질 섬유의 투영 협각은 30°이다. 상기 2단 이질 섬유 프리폼이 위치하는 평면과 콘크리트가 저항하는 충격 하중 방향 사이의 협각은 45°이다. 인접한 상기 2단 이질 섬유 프리폼의 층 간격은 70 mm이다.The explosion-proof and impact-proof concrete is provided with two-stage heterogeneous fiber preforms arranged in parallel in several layers. The projected included angle of the multi-stage heterogeneous fibers between the two-stage heterogeneous fiber preforms in each adjacent layer is 30°. The included angle between the plane on which the two-layer heterogeneous fiber preform is positioned and the direction of the impact load resisted by the concrete is 45°. The layer spacing of the adjacent two-tier heterogeneous fiber preforms is 70 mm.

상기 음성 푸아송 비 효과를 갖는 방폭 및 방충격 2단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트의 제조 방법은 하기와 같은 단계를 포함한다.The explosion-proof and impact-proof two-stage heterogeneous fiber preform composite concrete having the negative Poisson's ratio effect includes the following steps.

(1) 1단 이질 섬유 배아 구조의 가공 제조 단계: 상기 1단 구조의 나선각에 따라, 1단 보조 섬유인 상기 고모듈러스 섬유를 코어 섬유인 저모듈러스 섬유에 감아, 1단 이질 섬유 배아 구조를 얻는다.(1) Processing manufacturing step of single-stage heterogeneous fiber embryonic structure: According to the spiral angle of the single-stage structure, the high-modulus fiber, which is a first-stage auxiliary fiber, is wound around a low-modulus fiber, which is a core fiber, to form a single-stage heterogeneous fiber embryo structure get

(2) 1단 이질 섬유 배아 구조의 경화 처리 단계: 커플링제 및 경화제를 각각 에폭시 수지에 첨가하여 충분히 교반하되, 커플링제의 양은 에폭시 수지의 질량의 2.0%이고, 상기 경화제와 에폭시 수지의 질량비는 1.0:0.8이며; 그 다음 단계 (1)에서 제조된 1단 이질 섬유 배아 구조를 침지시키고, 65℃로 가열하여 1단 이질 섬유 배아 구조를 충분히 침지시킨 후 경화 시스템을 빼내며, 경화될 때까지 정치하여 1단 이질 섬유 구조를 얻고; 여기서, 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지이며; 상기 경화제는 폴리아미드이고; 상기 커플링제는 실란 커플링제이다.(2) Hardening treatment step of single-stage heterogeneous fiber embryo structure: A coupling agent and a curing agent are each added to the epoxy resin and sufficiently stirred, but the amount of the coupling agent is 2.0% of the mass of the epoxy resin, and the mass ratio of the curing agent and the epoxy resin is 1.0:0.8; Then, the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure prepared in step (1) is immersed, heated to 65° C. to sufficiently immerse the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure, and then the hardening system is taken out, and left to stand until hardened. obtain a fibrous structure; Here, the epoxy resin is a bisphenol A type epoxy resin; the curing agent is polyamide; The coupling agent is a silane coupling agent.

(3) 2단 이질 섬유 구조의 가공 제조 단계: 단계 (2)에서 얻은 이질 섬유를 1단 구조로 사용하고, 상기 2단 구조의 나선각에 따라, 단계 (1) 및 단계 (2)를 중복하여 2단 이질 섬유 구조를 제조한다.(3) Process manufacturing step of two-stage heterogeneous fiber structure: using the heterogeneous fibers obtained in step (2) as a single-stage structure, and overlapping steps (1) and (2) according to the helix angle of the two-stage structure to prepare a two-stage heterogeneous fiber structure.

(4) 2단 이질 섬유 프리폼의 직조 제조단계: 얻은 2단 이질 섬유를 경위 방향에 따라 경사 및 위사 평직법으로 경사 및 위사 평직 구조로 직조하되, 인접한 상기 2단 이질 섬유의 코어 섬유 사이의 거리는 20 mm이고, 그 다음 단계 (2)에 따른 경화 시스템을 경사 및 위사 평직 구조의 모든 경사 및 위사 교차점에 충분히 코팅하고, 경화될 때까지 정치하여 2단 이질 섬유 프리폼을 얻는다.(4) Weaving manufacturing step of two-stage heterogeneous fiber preform: Weaving the obtained two-stage heterogeneous fibers into warp and weft plain weave structures by warp and weft plain weaving methods along the warp and weft direction, but the distance between the core fibers of adjacent two-stage heterogeneous fibers is 20 mm, then the curing system according to step (2) is sufficiently coated on all warp and weft intersections of the warp and weft plain weave structure, and left to stand until cured to obtain a two-stage heterogeneous fiber preform.

(5) 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트의 시공 제조 단계: C100 배합비 설계에 따라 교반된 콘크리트 슬러리를 몰드에 70 mm의 높이로 붓고, 경화되지 않은 표면의 콘크리트 슬러리 표면에 한 층의 2단 이질 섬유 프리폼을 배치한 후, 붓고 배치하는 상기 단계를 중복하고, 진동 및 압축, 양생 및 성형한다.(5) Construction of explosion-proof and impact-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite concrete Manufacturing step: Pour the stirred concrete slurry into the mold to a height of 70 mm according to the C100 mixing ratio design, However, after disposing the heterogeneous fiber preform, the above steps of pouring and disposing are repeated, vibrating and compressing, curing and molding.

실시예 2: 실시예 1과 다른 점은 하기와 같다.Example 2: The difference from Example 1 is as follows.

음성 푸아송 비 효과를 갖는 3단 이질 섬유 프리폼에서, 인접한 상기 3단 이질 섬유의 코어 섬유 사이의 거리는 50 mm이다. 상기 저모듈러스 섬유는 폴리에틸렌 섬유이고; 폴리에틸렌 섬유는 다발 모노필라멘트로, 직경이 380 μm인 섬유 다발이며, 탄성 계수는 4000 MPa이고, 파단 신장율은 15%이며, 밀도는 0.91g/cm³이다.In the three-stage heterogeneous fiber preform with negative Poisson's ratio effect, the distance between the core fibers of the adjacent three-stage heterogeneous fibers is 50 mm. the low modulus fiber is a polyethylene fiber; Polyethylene fiber is a bundle monofilament, a fiber bundle with a diameter of 380 μm, an elastic modulus of 4000 MPa, an elongation at break of 15%, and a density of 0.91 g/cm³.

상기 1단 보조 섬유는 아라미드 섬유로, 탄성 계수는 85 GPa이고, 직경은 243 μm이며, 나선각은 7°이고; 상기 제2단 보조 섬유는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유로, 탄성 계수는 130 GPa이며, 직경은 151 μm이고, 나선각은 15°이며; 상기 제3단 보조 섬유는 강 섬유 및 탄소 섬유이되, 강 섬유의 탄성 계수는 210 GPa이고, 탄소 섬유의 탄성 계수는 200 GPa이며, 강 섬유 및 탄소 섬유의 직경은 모두 135 μm이고, 탄소 섬유 및 강 섬유의 나선각은 모두 30°이다.the first stage auxiliary fiber is an aramid fiber, the elastic modulus is 85 GPa, the diameter is 243 μm, and the helix angle is 7°; the second stage auxiliary fiber is an ultra-high molecular weight polyethylene fiber, an elastic modulus of 130 GPa, a diameter of 151 μm, and a helix angle of 15°; The third-stage auxiliary fibers are steel fibers and carbon fibers, wherein the elastic modulus of the steel fibers is 210 GPa, the elastic modulus of the carbon fibers is 200 GPa, the diameters of both the steel fibers and the carbon fibers are 135 μm, and the carbon fibers and All of the steel fibers have a helix angle of 30°.

상기 방폭 및 방충격 콘크리트에는 여러 층으로 평행 배열된 3단 이질 섬유 프리폼이 구비된다. 인접한 각 층의 상기 3단 이질 섬유 프리폼 사이의 다단 이질 섬유의 투영 협각은 50°이다. 상기 3단 이질 섬유 프리폼이 위치하는 평면과 콘크리트가 저항하는 충격 하중 방향 사이의 협각은 60°이다. 인접한 상기 3단 이질 섬유 프리폼의 층 간격은 100 mm이다.The explosion-proof and impact-proof concrete is provided with a three-tier heterogeneous fiber preform arranged in parallel in several layers. The projected included angle of the multi-stage heterogeneous fibers between the three-stage heterogeneous fiber preforms in each adjacent layer is 50°. The included angle between the plane on which the three-layer heterogeneous fiber preform is positioned and the direction of the impact load resisted by the concrete is 60°. The interlayer spacing of the adjacent three-tier heterogeneous fiber preforms is 100 mm.

상기 음성 푸아송 비 효과를 갖는 방폭 및 방충격 3단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트의 제조 방법은 하기와 같은 단계를 포함한다.The explosion-proof and impact-proof three-stage heterogeneous fiber preform composite concrete having the negative Poisson's ratio effect includes the following steps.

(1) 1단 이질 섬유 배아 구조의 가공 제조 단계: 상기 1단 구조의 나선각에 따라, 1단 보조 섬유인 상기 고모듈러스 섬유를 코어 섬유인 저모듈러스 섬유에 감아, 1단 이질 섬유 배아 구조를 얻는다.(1) Processing manufacturing step of single-stage heterogeneous fiber embryonic structure: According to the spiral angle of the single-stage structure, the high-modulus fiber, which is a first-stage auxiliary fiber, is wound around a low-modulus fiber, which is a core fiber, to form a single-stage heterogeneous fiber embryo structure get

(2) 1단 이질 섬유 배아 구조의 경화 처리 단계: 커플링제 및 경화제를 각각 에폭시 수지에 첨가하여 충분히 교반하되, 커플링제의 양은 에폭시 수지의 질량의 0.5%이고, 상기 경화제와 에폭시 수지의 질량비는 1.0:1.2이며; 그 다음 단계 (1)에서 제조된 1단 이질 섬유 배아 구조를 침지시키고, 55℃로 가열하여 1단 이질 섬유 배아 구조를 충분히 침지시킨 후 경화 시스템을 빼내며, 경화될 때까지 정치하여 1단 이질 섬유 구조를 얻고; 여기서, 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지이며; 상기 경화제는 폴리에스테르 수지이며; 상기 커플링제는 티타네이트 커플링제이다.(2) Hardening treatment step of single-stage heterogeneous fiber embryo structure: A coupling agent and a curing agent are each added to the epoxy resin and sufficiently stirred, but the amount of the coupling agent is 0.5% of the mass of the epoxy resin, and the mass ratio of the curing agent and the epoxy resin is 1.0:1.2; Then, the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure prepared in step (1) is immersed, heated to 55° C. to sufficiently immerse the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure, and then the hardening system is pulled out, and left to stand until hardened. obtain a fibrous structure; Here, the epoxy resin is a bisphenol A type epoxy resin; the curing agent is a polyester resin; The coupling agent is a titanate coupling agent.

(3) 3단 이질 섬유 구조의 가공 제조 단계: 단계 (2)에서 얻은 이질 섬유를 1단 구조로 사용하고, 상기 3단 구조의 나선각에 따라, 단계 (1) 및 단계 (2)를 중복하여 3단 이질 섬유 구조를 제조한다.(3) Process manufacturing step of three-stage heterogeneous fiber structure: using the heterogeneous fibers obtained in step (2) as a single-stage structure, and overlapping steps (1) and (2) according to the helix angle of the three-stage structure to prepare a three-stage heterogeneous fiber structure.

(4) 3단 이질 섬유 프리폼의 직조 제조 단계: 얻은 3단 이질 섬유를 경위 방향에 따라 경사 및 위사 평직법으로 경사 및 위사 평직 구조로 직조하되, 인접한 상기 3단 이질 섬유의 코어 섬유 사이의 거리는 50 mm이고, 그 다음 단계 (2)에 따른 경화 시스템을 경사 및 위사 평직 구조의 모든 경사 및 위사 교차점에 충분히 코팅하고, 경화될 때까지 정치하여 3단 이질 섬유 프리폼을 얻는다.(4) Weaving manufacturing step of the three-tier heterogeneous fiber preform: Weave the obtained three-tier heterogeneous fibers into warp and weft plain weave structures by warp and weft plain weave methods along the warp and weft direction, wherein the distance between the core fibers of the adjacent three tiers heterogeneous fibers is 50 mm, then the curing system according to step (2) is sufficiently coated on all warp and weft intersections of the warp and weft plain weave structure, and left to stand until cured to obtain a three-tier heterogeneous fiber preform.

(5) 방폭 및 방충격 3단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트의 시공 제조 단계: C100 배합비 설계에 따라 교반된 콘크리트 슬러리를 몰드에 100 mm의 높이로 붓고, 경화되지 않은 표면의 콘크리트 슬러리 표면에 한 층의 다단 이질 섬유 프리폼을 배치한 후, 붓고 배치하는 상기 단계를 중복하고, 진동 및 압축, 양생 및 성형한다.(5) Construction of explosion-proof and shock-proof three-layer heterogeneous fiber preform composite concrete Manufacturing step: According to the C100 mixing ratio design, the stirred concrete slurry is poured into the mold to a height of 100 mm, and one layer of After placing the multi-stage heterogeneous fiber preform, the above steps of pouring and placing are repeated, vibrating and compressing, curing and forming.

실시예 3: 실시예 1과 다른 점은 하기와 같다.Example 3: The difference from Example 1 is as follows.

음성 푸아송 비 효과를 갖는 4단 이질 섬유 프리폼에서, 인접한 상기 4단 이질 섬유의 코어 섬유 사이의 거리는 80 mm이다. 상기 저모듈러스 섬유는 폴리프로필렌 섬유이고; 폴리프로필렌 섬유는 다발 모노필라멘트의 긴 섬유로, 직경이 410 μm인 섬유 다발이며, 밀도는 0.91 g/cm3이고, 탄성 계수는 3500 MPa이며, 파단 신장율은 17%이고, 연성 사슬 섬유이며, 내산성 및 내알칼리성이 강하다.In the four-stage heterogeneous fiber preform with negative Poisson's ratio effect, the distance between the core fibers of the adjacent four-stage heterogeneous fibers is 80 mm. the low modulus fiber is a polypropylene fiber; Polypropylene fiber is a bundled monofilament long fiber, a fiber bundle with a diameter of 410 μm, a density of 0.91 g/cm 3 , an elastic modulus of 3500 MPa, an elongation at break of 17%, a ductile chain fiber, acid resistance and strong alkali resistance.

상기 1단 보조 섬유는 폴리아릴레이트 섬유로, 탄성 계수는 50 GPa이고, 직경은 270 μm이며, 나선각은 5°이고; 상기 제2단 보조 섬유는 폴리벤조디옥사졸 섬유로, 탄성 계수는 56 GPa이며, 직경은 220 μm이고, 나선각은 12°이며; 상기 제3단 보조 섬유는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유로, 탄성 계수는 65 GPa이고, 직경은 143 μm이며, 나선각은 18°이고; 상기 제4단 보조 섬유는 산화알루미늄 섬유로, 탄성 계수는 460 GPa이며, 직경은 125 μm이고, 나선각은 30°이다.the first-stage auxiliary fiber is a polyarylate fiber, an elastic modulus of 50 GPa, a diameter of 270 μm, and a helix angle of 5°; the second stage auxiliary fiber is a polybenzodioxazole fiber, the modulus of elasticity is 56 GPa, the diameter is 220 μm, and the helix angle is 12°; the third-stage auxiliary fiber is an ultra-high molecular weight polyethylene fiber, an elastic modulus of 65 GPa, a diameter of 143 μm, and a helix angle of 18°; The fourth stage auxiliary fiber is an aluminum oxide fiber, has an elastic modulus of 460 GPa, a diameter of 125 μm, and a helix angle of 30°.

상기 방폭 및 방충격 콘크리트에는 여러 층으로 평행 배열된 4단 이질 섬유 프리폼이 구비된다. 인접한 각 층의 상기 4단 이질 섬유 프리폼 사이의 다단 이질 섬유의 투영 협각은 70°이다. 상기 4단 이질 섬유 프리폼이 위치하는 평면과 콘크리트가 저항하는 충격 하중 방향 사이의 협각은 90°이다. 인접한 상기 4단 이질 섬유 프리폼의 층 간격은 20 mm이다.The explosion-proof and impact-proof concrete is provided with a four-layer heterogeneous fiber preform arranged in parallel in several layers. The projected included angle of the multi-stage heterogeneous fibers between the four-stage heterogeneous fiber preforms in each adjacent layer is 70°. The included angle between the plane on which the four-layer heterogeneous fiber preform is positioned and the direction of the impact load resisted by the concrete is 90°. The interlayer spacing of the adjacent four tier heterogeneous fiber preforms is 20 mm.

상기 음성 푸아송 비 효과를 갖는 방폭 및 방충격 4단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트의 제조 방법은 하기와 같은 단계를 포함한다.The explosion-proof and impact-proof four-stage heterogeneous fiber preform composite concrete having the negative Poisson's ratio effect includes the following steps.

(1) 1단 이질 섬유 배아 구조의 가공 제조 단계: 상기 1단 구조의 나선각에 따라, 1단 보조 섬유인 상기 고모듈러스 섬유를 코어 섬유인 저모듈러스 섬유에 감아, 1단 이질 섬유 배아 구조를 얻는다.(1) Processing manufacturing step of single-stage heterogeneous fiber embryonic structure: According to the spiral angle of the single-stage structure, the high-modulus fiber, which is a first-stage auxiliary fiber, is wound around a low-modulus fiber, which is a core fiber, to form a single-stage heterogeneous fiber embryo structure get

(2) 1단 이질 섬유 배아 구조의 경화 처리 단계: 커플링제 및 경화제를 각각 에폭시 수지에 첨가하여 충분히 교반하되, 커플링제의 양은 에폭시 수지의 질량의 0.1%이고, 상기 경화제와 에폭시 수지의 질량비는 1.0:0.9이며; 그 다음 단계 (1)에서 제조된 1단 이질 섬유 배아 구조를 침지시키고, 60℃로 가열하여 1단 이질 섬유 배아 구조를 충분히 침지시킨 후 경화 시스템을 빼내며, 경화될 때까지 정치하여 1단 이질 섬유 구조를 얻고; 여기서, 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지이며; 상기 경화제는 지방족 아민계 경화제이고; 상기 커플링제는 티타네이트 커플링제이다.(2) Hardening treatment step of single-stage heterogeneous fiber embryo structure: A coupling agent and a curing agent are each added to the epoxy resin and sufficiently stirred, but the amount of the coupling agent is 0.1% of the mass of the epoxy resin, and the mass ratio of the curing agent and the epoxy resin is 1.0:0.9; Then, the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure prepared in step (1) is immersed, heated to 60° C. to sufficiently immerse the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure, and then the hardening system is taken out, and left to stand until hardened. obtain a fibrous structure; Here, the epoxy resin is a bisphenol A type epoxy resin; The curing agent is an aliphatic amine curing agent; The coupling agent is a titanate coupling agent.

(3) 4단 이질 섬유 구조의 가공 제조 단계: 단계 (2)에서 얻은 이질 섬유를 1단 구조로 사용하고, 상기 4단 구조의 나선각에 따라, 단계 (1) 및 단계 (2)를 중복하여 4단 이질 섬유 구조를 제조한다.(3) Process manufacturing step of four-stage heterogeneous fiber structure: using the heterogeneous fibers obtained in step (2) as a one-stage structure, and overlapping steps (1) and (2) according to the helix angle of the four-stage structure to prepare a four-stage heterogeneous fiber structure.

(4) 4단 이질 섬유 프리폼의 직조 제조 단계: 얻은 4단 이질 섬유를 경위 방향에 따라 경사 및 위사 평직법으로 경사 및 위사 평직 구조로 직조하되, 인접한 상기 4단 이질 섬유의 코어 섬유 사이의 거리는 80 mm이고, 그 다음 단계 (2)에 따른 경화 시스템을 경사 및 위사 평직 구조의 모든 경사 및 위사 교차점에 충분히 코팅하고, 경화될 때까지 정치하여 4단 이질 섬유 프리폼을 얻는다.(4) weaving manufacturing step of the four-stage heterogeneous fiber preform: the obtained four-stage heterogeneous fibers are woven into a warp and weft plain weave structure by warp and weft plain weaving methods according to the warp and weft direction, wherein the distance between the core fibers of the adjacent four-stage heterogeneous fibers is 80 mm, then the curing system according to step (2) is sufficiently coated on all warp and weft intersection points of the warp and weft plain weave structure, and left to stand until cured to obtain a four-layer heterogeneous fiber preform.

(5) 방폭 및 방충격 4단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트의 시공 제조 단계: C100 배합비 설계에 따라 교반된 콘크리트 슬러리를 몰드에 20 mm의 높이로 붓고, 경화되지 않은 표면의 콘크리트 슬러리 표면에 한 층의 4단 이질 섬유 프리폼을 배치한 후, 붓고 배치하는 상기 단계를 중복하고, 진동 및 압축, 양생 및 성형한다.(5) Construction of explosion-proof and shock-proof 4-layer heterogeneous fiber preform composite concrete Manufacturing step: Pour the stirred concrete slurry into the mold to a height of 20 mm according to the C100 mixing ratio design, and apply one layer to the surface of the unhardened concrete slurry After placing the four-tier heterogeneous fiber preform, the above steps of pouring and placing are duplicated, followed by vibration and compression, curing and molding.

실시예 4: 실시예 1과 다른 점은 하기와 같다.Example 4: The difference from Example 1 is as follows.

음성 푸아송 비 효과를 갖는 5단 이질 섬유 프리폼에서, 인접한 상기 5단 이질 섬유의 코어 섬유 사이의 거리는 100 mm이다. 상기 저모듈러스 섬유는 폴리에스테르 섬유이고; 폴리에스테르 섬유의 직경은 668 μm이며, 밀도는 1.38 g/cm3이고, 탄성 계수는 13.50 GPa이며, 파단 신장율은 21%이고, 연성 사슬 섬유이다.In the 5-stage heterogeneous fiber preform with negative Poisson's ratio effect, the distance between the core fibers of the adjacent 5-stage heterogeneous fibers is 100 mm. the low modulus fiber is a polyester fiber; The diameter of the polyester fiber is 668 μm, the density is 1.38 g/cm 3 , the elastic modulus is 13.50 GPa, the elongation at break is 21%, and it is a soft chain fiber.

상기 1단 보조 섬유는 아라미드 섬유로, 탄성 계수는 50 GPa이고, 직경은 230 μm이며, 나선각은 7°이고; 상기 제2단 보조 섬유는 석영 섬유로, 탄성 계수는 78 GPa이며, 직경은 126 μm이고, 나선각은 10°이며, 상기 제3단 보조 섬유는 폴리아릴레이트 섬유로, 탄성 계수는 87 GPa이고, 직경은 91 μm이며, 나선각은 24°이고, 상기 제4단 보조 섬유는 현무암 섬유로, 탄성 계수는 110 GPa이며, 직경은 78 μm이고, 나선각은 35°이며; 상기 제5단 보조 섬유는 산화알루미늄 섬유로, 탄성 계수는 460 GPa이고, 직경은 70 μm이며, 나선각은 50°이다.the first stage auxiliary fiber is an aramid fiber, the elastic modulus is 50 GPa, the diameter is 230 μm, and the helix angle is 7°; the auxiliary fiber of the second stage is a quartz fiber, the modulus of elasticity is 78 GPa, the diameter is 126 μm, the helix angle is 10°, the auxiliary fiber of the third stage is a polyarylate fiber, the modulus of elasticity is 87 GPa; , the diameter is 91 μm, the helix angle is 24°, the fourth stage auxiliary fiber is a basalt fiber, the elastic modulus is 110 GPa, the diameter is 78 μm, the helix angle is 35°; The fifth stage auxiliary fiber is an aluminum oxide fiber, has an elastic modulus of 460 GPa, a diameter of 70 μm, and a helix angle of 50°.

상기 방폭 및 방충격 콘크리트에는 5층으로 평행 배열된 다단 이질 섬유 프리폼이 구비된다. 인접한 각 층의 상기 5단 이질 섬유 프리폼 사이의 다단 이질 섬유의 투영 협각은 90°이다. 상기 5단 이질 섬유 프리폼이 위치하는 평면과 콘크리트가 저항하는 충격 하중 방향 사이의 협각은 5°이다. 인접한 상기 5단 이질 섬유 프리폼의 층 간격은 40 mm이다.The explosion-proof and impact-proof concrete is provided with multi-stage heterogeneous fiber preforms arranged in parallel in five layers. The projected included angle of the multi-stage heterogeneous fibers between the five-stage heterogeneous fiber preforms in each adjacent layer is 90°. The included angle between the plane on which the five-stage heterogeneous fiber preform is positioned and the direction of the impact load resisted by the concrete is 5°. The layer spacing of the adjacent 5 tier heterogeneous fiber preforms is 40 mm.

상기 음성 푸아송 비 효과를 갖는 방폭 및 방충격 5단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트의 제조 방법은 하기와 같은 단계를 포함한다.The method for producing an explosion-proof and impact-proof 5-stage heterogeneous fiber preform composite concrete having the negative Poisson's ratio effect includes the following steps.

(1) 1단 이질 섬유 배아 구조의 가공 제조 단계: 상기 1단 구조의 나선각에 따라, 1단 보조 섬유인 상기 고모듈러스 섬유를 코어 섬유인 저모듈러스 섬유에 감아, 1단 이질 섬유 배아 구조를 얻는다.(1) Processing manufacturing step of single-stage heterogeneous fiber embryonic structure: According to the spiral angle of the single-stage structure, the high-modulus fiber, which is a first-stage auxiliary fiber, is wound around a low-modulus fiber, which is a core fiber, to form a single-stage heterogeneous fiber embryo structure get

(2) 1단 이질 섬유 배아 구조의 경화 처리 단계: 커플링제 및 경화제를 각각 에폭시 수지에 첨가하여 충분히 교반하되, 커플링제의 양은 에폭시 수지의 질량의 1.0%이고, 상기 경화제와 에폭시 수지의 질량비는 1.0:1.1이며; 그 다음 단계 (1)에서 제조된 1단 이질 섬유 배아 구조를 침지시키고, 70℃로 가열하여 1단 이질 섬유 배아 구조를 충분히 침지시킨 후 경화 시스템을 빼내며, 경화될 때까지 정치하여 1단 이질 섬유 구조를 얻고; 여기서, 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지이며; 상기 경화제는 폴리아미드이고; 상기 커플링제는 티타네이트 커플링제이다.(2) Hardening treatment step of single-stage heterogeneous fiber embryo structure: A coupling agent and a curing agent are each added to the epoxy resin and sufficiently stirred, but the amount of the coupling agent is 1.0% of the mass of the epoxy resin, and the mass ratio of the curing agent and the epoxy resin is 1.0:1.1; Then, the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure prepared in step (1) is immersed, heated to 70° C. to sufficiently immerse the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure, and then the hardening system is taken out, and left to stand until hardened. obtain a fibrous structure; Here, the epoxy resin is a bisphenol A type epoxy resin; the curing agent is polyamide; The coupling agent is a titanate coupling agent.

(3) 5단 이질 섬유 구조의 가공 제조 단계: 단계 (2)에서 얻은 이질 섬유를 1단 구조로 사용하고, 상기 5단 구조의 나선각에 따라, 단계 (1) 및 단계 (2)를 중복하여 5단 이질 섬유 구조를 제조한다.(3) Processing manufacturing step of five-stage heterogeneous fiber structure: using the heterogeneous fibers obtained in step (2) as a one-stage structure, and overlapping steps (1) and (2) according to the helix angle of the five-stage structure to prepare a 5-stage heterogeneous fiber structure.

(4) 5단 이질 섬유 프리폼의 직조 제조 단계: 얻은 5단 이질 섬유를 경위 방향에 따라 경사 및 위사 평직법으로 경사 및 위사 평직 구조로 직조하되, 인접한 상기 5단 이질 섬유의 코어 섬유 사이의 거리는 100 mm이고, 그 다음 단계 (2)에 따른 경화 시스템을 경사 및 위사 평직 구조의 모든 경사 및 위사 교차점에 충분히 코팅하고, 경화될 때까지 정치하여 5단 이질 섬유 프리폼을 얻는다.(4) weaving manufacturing step of 5-stage heterogeneous fiber preform: Weave the obtained 5-stage heterogeneous fibers into warp and weft plain weave structures by warp and weft plain weaving methods according to the warp and weft direction, wherein the distance between the core fibers of the adjacent 5-stage heterogeneous fibers is 100 mm, then the curing system according to step (2) is sufficiently coated on all warp and weft intersections of the warp and weft plain weave structure, and left to stand until cured to obtain a 5-stage heterogeneous fiber preform.

(5) 방폭 및 방충격 5단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트의 시공 제조 단계: C100 배합비 설계에 따라 교반된 콘크리트 슬러리를 몰드에 40 mm의 높이로 붓고, 경화되지 않은 표면의 콘크리트 슬러리 표면에 한 층의 5단 이질 섬유 프리폼을 배치한 후, 붓고 배치하는 상기 단계를 중복하고, 진동 및 압축, 양생 및 성형한다.(5) Construction of explosion-proof and shock-proof 5-layer heterogeneous fiber preform composite concrete Manufacturing step: According to the C100 mixing ratio design, pour the stirred concrete slurry into the mold to a height of 40 mm, and apply a layer of After placing the five-tier heterogeneous fiber preform, the above steps of pouring and placing are repeated, vibrating and compressing, curing and forming.

실시예 5: 실시예 1과 다른 점은 하기와 같다.Example 5: The difference from Example 1 is as follows.

음성 푸아송 비 효과를 갖는 6단 이질 섬유 프리폼에서, 인접한 상기 6단 이질 섬유의 코어 섬유 사이의 거리는 40 mm이다. 상기 저모듈러스 섬유는 폴리비닐알코올 섬유이고; 폴리아미드 섬유는 긴 섬유로, 직경은 480 μm이며, 파단 신장율은 23%이고, 탄성 계수는 5.25 GPa이며, 밀도는 1.14 g/cm3이다.In the six-stage heterogeneous fiber preform with negative Poisson's ratio effect, the distance between the core fibers of the adjacent six-stage heterogeneous fibers is 40 mm. the low modulus fiber is a polyvinyl alcohol fiber; Polyamide fibers are long fibers, with a diameter of 480 μm, an elongation at break of 23%, a modulus of elasticity of 5.25 GPa, and a density of 1.14 g/cm 3 .

상기 1단 보조 섬유는 아라미드 섬유로, 탄성 계수는 71 GPa이고, 직경은 283 μm이며, 나선각은 7°이고; 상기 제2단 보조 섬유는 폴리아릴레이트 섬유로, 탄성 계수는 120 GPa이며, 직경은 224 μm이고, 나선각은 15°이며; 상기 제3단 보조 섬유는 강 섬유로, 탄성 계수는 210 GPa이고, 직경은 180 μm이며, 나선각은 25°이고; 상기 제4단 보조 섬유는 탄화규소 섬유로, 탄성 계수는 290 GPa이며, 직경은 144 μm이고, 나선각은 34°이며; 상기 제5단 보조 섬유는 산화알루미늄 섬유로, 탄성 계수는 375 GPa이고, 직경은 115 μm이며, 나선각은 40°이고; 상기 제6단 보조 섬유는 규산알루미늄 섬유로, 탄성 계수는 480 GPa이며, 직경은 100 μm이고, 나선각은 50°이다. 상기 방폭 및 방충격 콘크리트에는 여러 층으로 평행 배열된 6단 이질 섬유 프리폼이 구비된다. 인접한 각 층의 상기 6단 이질 섬유 프리폼 사이의 다단 이질 섬유의 투영 협각은 10°이다. 상기 6단 이질 섬유 프리폼이 위치하는 평면과 콘크리트가 저항하는 충격 하중 방향 사이의 협각은 30°이다. 인접한 상기 6단 이질 섬유 프리폼의 층 간격은 50 mm이다.the first-stage auxiliary fiber is an aramid fiber, the elastic modulus is 71 GPa, the diameter is 283 μm, and the helix angle is 7°; the second stage auxiliary fiber is a polyarylate fiber, the elastic modulus is 120 GPa, the diameter is 224 μm, and the helix angle is 15°; the third stage auxiliary fiber is a steel fiber, the elastic modulus is 210 GPa, the diameter is 180 μm, and the helix angle is 25°; the fourth stage auxiliary fiber is silicon carbide fiber, the elastic modulus is 290 GPa, the diameter is 144 μm, and the helix angle is 34°; the fifth stage auxiliary fiber is an aluminum oxide fiber, the elastic modulus is 375 GPa, the diameter is 115 μm, and the helix angle is 40°; The sixth stage auxiliary fiber is an aluminum silicate fiber, has an elastic modulus of 480 GPa, a diameter of 100 μm, and a helix angle of 50°. The explosion-proof and impact-proof concrete is provided with 6-layer heterogeneous fiber preforms arranged in parallel in several layers. The projected included angle of the multi-stage heterogeneous fibers between the six-stage heterogeneous fiber preforms in each adjacent layer is 10°. The included angle between the plane on which the six-layer heterogeneous fiber preform is positioned and the direction of the impact load resisted by the concrete is 30°. The interlayer spacing of the adjacent 6 tier heterogeneous fiber preforms is 50 mm.

상기 음성 푸아송 비 효과를 갖는 방폭 및 방충격 6단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트의 제조 방법은 하기와 같은 단계를 포함한다.The method for producing an explosion-proof and impact-proof six-stage heterogeneous fiber preform composite concrete having the negative Poisson's ratio effect includes the following steps.

(1) 1단 이질 섬유 배아 구조의 가공 제조 단계: 상기 1단 구조의 나선각에 따라, 1단 보조 섬유인 상기 고모듈러스 섬유를 코어 섬유인 저모듈러스 섬유에 감아, 1단 이질 섬유 배아 구조를 얻는다.(1) Processing manufacturing step of single-stage heterogeneous fiber embryonic structure: According to the spiral angle of the single-stage structure, the high-modulus fiber, which is a first-stage auxiliary fiber, is wound around a low-modulus fiber, which is a core fiber, to form a single-stage heterogeneous fiber embryo structure get

(2) 1단 이질 섬유 배아 구조의 경화 처리 단계: 커플링제 및 경화제를 각각 에폭시 수지에 첨가하여 충분히 교반하되, 커플링제의 양은 에폭시 수지의 질량의 5.0%이고, 상기 경화제와 에폭시 수지의 질량비는 1.0:1.0이며; 그 다음 단계 (1)에서 제조된 1단 이질 섬유 배아 구조를 침지시키고, 50℃로 가열하여 1단 이질 섬유 배아 구조를 충분히 침지시킨 후 경화 시스템을 빼내며, 경화될 때까지 정치하여 1단 이질 섬유 구조를 얻고; 여기서, 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지이며; 상기 경화제는 폴리에스테르 수지이고; 상기 커플링제는 실란 커플링제이다.(2) Hardening treatment step of single-stage heterogeneous fiber embryo structure: A coupling agent and a curing agent are each added to the epoxy resin and sufficiently stirred, but the amount of the coupling agent is 5.0% of the mass of the epoxy resin, and the mass ratio of the curing agent and the epoxy resin is 1.0:1.0; Then, the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure prepared in step (1) is immersed, heated to 50° C. to sufficiently immerse the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure, and then the hardening system is taken out, and left to stand until hardened. obtain a fibrous structure; Here, the epoxy resin is a bisphenol A type epoxy resin; the curing agent is a polyester resin; The coupling agent is a silane coupling agent.

(3) 6단 이질 섬유 구조의 가공 제조 단계: 단계 (2)에서 얻은 이질 섬유를 1단 구조로 사용하고, 상기 6단 구조의 나선각에 따라, 단계 (1) 및 단계 (2)를 중복하여 6단 이질 섬유 구조를 제조한다.(3) Processing manufacturing step of 6-stage heterogeneous fiber structure: using the heterogeneous fibers obtained in step (2) as a 1-stage structure, and overlapping steps (1) and (2) according to the helix angle of the 6-stage structure Thus, a six-layer heterogeneous fiber structure is prepared.

(4) 6단 이질 섬유 프리폼의 직조 제조 단계: 얻은 6단 이질 섬유를 경위 방향에 따라 경사 및 위사 평직법으로 경사 및 위사 평직 구조로 직조하되, 인접한 상기 6단 이질 섬유의 코어 섬유 사이의 거리는 40 mm이고, 그 다음 단계 (2)에 따른 경화 시스템을 경사 및 위사 평직 구조의 모든 경사 및 위사 교차점에 충분히 코팅하고, 경화될 때까지 정치하여 6단 이질 섬유 프리폼을 얻는다.(4) Weaving manufacturing step of 6-stage heterogeneous fiber preform: Weave the obtained 6-stage heterogeneous fibers into warp and weft plain weave structures by warp and weft plain weave methods along the warp and weft direction, wherein the distance between the core fibers of the adjacent 6 tiers heterogeneous fibers is 40 mm, then the curing system according to step (2) is sufficiently coated on all warp and weft intersections of the warp and weft plain weave structure, and left to stand until cured to obtain a six-tier heterogeneous fiber preform.

(5) 방폭 및 방충격 6단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트의 시공 제조 단계: C100 배합비 설계에 따라 교반된 콘크리트 슬러리를 몰드에 50 mm의 높이로 붓고, 경화되지 않은 표면의 콘크리트 슬러리 표면에 한 층의 6단 이질 섬유 프리폼을 배치한 후, 붓고 배치하는 상기 단계를 중복하고, 진동 및 압축, 양생 및 성형한다.(5) Construction of explosion-proof and shock-proof 6-layer heterogeneous fiber preform composite concrete Manufacturing step: Pour the stirred concrete slurry into the mold to a height of 50 mm according to the C100 mixing ratio design, and apply one layer to the surface of the concrete slurry on the unhardened surface After placing the 6-tier heterogeneous fiber preform, the above steps of pouring and placing are repeated, vibrating and compressing, curing and forming.

실시예 6: 실시예 1과 다른 점은 하기와 같다.Example 6: The difference from Example 1 is as follows.

음성 푸아송 비 효과를 갖는 7단 이질 섬유 프리폼에서, 인접한 상기 7단 이질 섬유의 코어 섬유 사이의 거리는 60 mm이다. 상기 저모듈러스 섬유는 폴리이미드 섬유이고; 여기서, 탄성 계수는 12 GPa이며, 밀도는 2.35 g/cm3이고, 직경은 600 μm이며, 파단 신장율은 29%이다.In the 7-stage heterogeneous fiber preform with negative Poisson's ratio effect, the distance between the core fibers of the adjacent 7-stage heterogeneous fibers is 60 mm. the low modulus fiber is a polyimide fiber; Here, the modulus of elasticity is 12 GPa, the density is 2.35 g/cm 3 , the diameter is 600 μm, and the elongation at break is 29%.

상기 1단 보조 섬유는 내알칼리성 유리 섬유로, 탄성 계수는 73 GPa이고, 직경은 300 μm이며, 나선각은 5°이고; 상기 제2단 보조 섬유는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유로, 탄성 계수는 100 GPa이며, 직경은 200 μm이고, 나선각은 14°이며; 상기 제3단 보조 섬유는 탄화규소 섬유로, 탄성 계수는 176 GPa이고, 직경은 150 μm이며, 나선각은 25°이고; 상기 제4단 보조 섬유는 강 섬유로, 탄성 계수는 200 GPa이며, 직경은 125 μm,이고 나선각은 32°이며; 상기 제5단 보조 섬유는 탄소 섬유로, 탄성 계수는 240 GPa이고, 직경은 100 μm이며, 나선각은 40°이고; 상기 제6단 보조 섬유는 산화알루미늄 섬유로, 탄성 계수는 350 GPa이며, 직경은 75 μm이고, 나선각은 50°이며; 상기 제7단 보조 섬유는 탄화규소 섬유로, 탄성 계수는 460 GPa이고, 직경은 40 μm이며, 나선각은 60°이다.the first-stage auxiliary fiber is alkali-resistant glass fiber, the elastic modulus is 73 GPa, the diameter is 300 μm, and the helix angle is 5°; the second stage auxiliary fiber is an ultra-high molecular weight polyethylene fiber, an elastic modulus of 100 GPa, a diameter of 200 μm, and a helix angle of 14°; the third-stage auxiliary fiber is silicon carbide fiber, the elastic modulus is 176 GPa, the diameter is 150 μm, and the helix angle is 25°; the fourth stage auxiliary fiber is a steel fiber, the elastic modulus is 200 GPa, the diameter is 125 μm, and the helix angle is 32°; the fifth stage auxiliary fiber is carbon fiber, the elastic modulus is 240 GPa, the diameter is 100 μm, and the helix angle is 40°; the sixth stage auxiliary fiber is an aluminum oxide fiber, the elastic modulus is 350 GPa, the diameter is 75 μm, and the helix angle is 50°; The seventh-stage auxiliary fiber is a silicon carbide fiber, an elastic modulus of 460 GPa, a diameter of 40 μm, and a helix angle of 60°.

상기 방폭 및 방충격 콘크리트에는 여러 층으로 평행 배열된 7단 이질 섬유 프리폼이 구비된다. 인접한 각 층의 상기 다단 이질 섬유 프리폼 사이의 7단 이질 섬유의 투영 협각은 45°이다. 상기 7단 이질 섬유 프리폼이 위치하는 평면과 콘크리트가 저항하는 충격 하중 방향 사이의 협각은 75°이다. 인접한 상기 7단 이질 섬유 프리폼의 층 간격은 80 mm이다.The explosion-proof and impact-proof concrete is provided with 7-stage heterogeneous fiber preforms arranged in parallel in several layers. The projected included angle of the 7-stage heterogeneous fibers between the multi-stage heterogeneous fiber preforms in each adjacent layer is 45°. The included angle between the plane on which the 7-layer heterogeneous fiber preform is positioned and the direction of the impact load resisted by the concrete is 75°. The layer spacing of the adjacent 7-tier heterogeneous fiber preforms is 80 mm.

상기 음성 푸아송 비 효과를 갖는 방폭 및 방충격 7단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트의 제조 방법은 하기와 같은 단계를 포함한다.The explosion-proof and impact-proof 7-stage heterogeneous fiber preform composite concrete having the negative Poisson's ratio effect includes the following steps.

(1) 1단 이질 섬유 배아 구조의 가공 제조 단계: 상기 1단 구조의 나선각에 따라, 1단 보조 섬유인 상기 고모듈러스 섬유를 코어 섬유인 저모듈러스 섬유에 감아, 1단 이질 섬유 배아 구조를 얻는다.(1) Processing manufacturing step of single-stage heterogeneous fiber embryonic structure: According to the spiral angle of the single-stage structure, the high-modulus fiber, which is a first-stage auxiliary fiber, is wound around a low-modulus fiber, which is a core fiber, to form a single-stage heterogeneous fiber embryo structure get

(2) 1단 이질 섬유 배아 구조의 경화 처리 단계: 커플링제 및 경화제를 각각 에폭시 수지에 첨가하여 충분히 교반하되, 커플링제의 양은 에폭시 수지의 질량의 3.0%이고, 상기 경화제와 에폭시 수지의 질량비는 1.0:0.8이며; 그 다음 단계 (1)에서 제조된 1단 이질 섬유 배아 구조를 침지시키고, 80℃로 가열하여 1단 이질 섬유 배아 구조를 충분히 침지시킨 후 경화 시스템을 빼내며, 경화될 때까지 정치하여 1단 이질 섬유 구조를 얻고; 여기서, 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지이며; 상기 경화제는 지방족 아민계 경화제이며; 상기 커플링제는 실란 커플링제이다.(2) Hardening treatment step of single-stage heterogeneous fiber embryo structure: A coupling agent and a curing agent are each added to the epoxy resin and sufficiently stirred, but the amount of the coupling agent is 3.0% of the mass of the epoxy resin, and the mass ratio of the curing agent and the epoxy resin is 1.0:0.8; Then, the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure prepared in step (1) is immersed, heated to 80° C. to sufficiently immerse the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure, and then the hardening system is taken out, and left to stand until hardened. obtain a fibrous structure; Here, the epoxy resin is a bisphenol A type epoxy resin; The curing agent is an aliphatic amine curing agent; The coupling agent is a silane coupling agent.

(3) 7단 이질 섬유 구조의 가공 제조 단계: 단계 (2)에서 얻은 이질 섬유를 1단 구조로 사용하고, 상기 7단 구조의 나선각에 따라, 단계 (1) 및 단계 (2)를 중복하여 7단 이질 섬유 구조를 제조한다.(3) Process manufacturing step of 7-stage heterogeneous fiber structure: using the heterogeneous fibers obtained in step (2) as a 1-stage structure, and overlapping steps (1) and (2) according to the helix angle of the 7-stage structure to prepare a 7-layer heterogeneous fiber structure.

(4) 7단 이질 섬유 프리폼의 직조 제조 단계: 얻은 7단 이질 섬유를 경위 방향에 따라 경사 및 위사 평직법으로 경사 및 위사 평직 구조로 직조하되, 인접한 상기 7단 이질 섬유의 코어 섬유 사이의 거리는 60 mm이고, 그 다음 단계 (2)에 따른 경화 시스템을 경사 및 위사 평직 구조의 모든 경사 및 위사 교차점에 충분히 코팅하고, 경화될 때까지 정치하여 7단 이질 섬유 프리폼을 얻는다.(4) weaving manufacturing step of 7-stage heterogeneous fiber preform: Weave the obtained 7-stage heterogeneous fibers into warp and weft plain weave structures by warp and weft plain weave according to the warp and weft direction, wherein the distance between the core fibers of the adjacent 7 tiers heterogeneous fibers is 60 mm, then the curing system according to step (2) is sufficiently coated on all warp and weft intersections of the warp and weft plain weave structure, and left to stand until cured to obtain a 7-tier heterogeneous fiber preform.

(5) 방폭 및 방충격 7단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트의 시공 제조 단계: C100 배합비 설계에 따라 교반된 콘크리트 슬러리를 몰드에 80 mm의 높이로 붓고, 경화되지 않은 표면의 콘크리트 슬러리 표면에 한 층의 7단 이질 섬유 프리폼을 배치한 후, 붓고 배치하는 상기 단계를 중복하고, 진동 및 압축, 양생 및 성형한다.(5) Construction of explosion-proof and shock-proof 7-layer heterogeneous fiber preform composite concrete Manufacturing step: Pour the stirred concrete slurry into the mold to a height of 80 mm according to the C100 mixing ratio design, and apply a layer of After placing the 7-tier heterogeneous fiber preform, the above steps of pouring and placing are repeated, vibrating and compressing, curing and forming.

대조 실시예 1Control Example 1

길이가 2.5 mm인 이중 나선 섬유에서 저모듈러스 섬유는 폴리프로필렌 섬유이고, 고모듈러스 섬유는 강 섬유이다. 여기서, 폴리프로필렌 섬유는 다발 모노필라멘트의 긴 섬유로, 직경은 350 μm이고, 밀도는 0.91 g/cm3이며, 용융점은 168℃이고, 인장 강도는 360 MPa이며, 탄성 계수는 3700 MPa이고, 파단 신장율은 16%이며, 연성 사슬 섬유이고, 내산성 및 내알칼리성이 강하다. 강 섬유의 직경은 150 μm이고, 밀도는 7.80 g/cm3이며, 인장 강도는 1200 MPa이고, 탄성 계수는 200 GPa이며, 파단 신장율은 3.2%이다. 질량 백분율이 6.5%인 상기 이중 나선 촙드 섬유를 C100 콘크리트와 충분히 균일하게 혼합 및 교반하여 방폭 및 방충격 콘크리트를 제조한다.In a double helix fiber with a length of 2.5 mm, the low modulus fiber is a polypropylene fiber and the high modulus fiber is a steel fiber. Here, the polypropylene fiber is a bundled monofilament long fiber, with a diameter of 350 μm, a density of 0.91 g/cm 3 , a melting point of 168° C., a tensile strength of 360 MPa, a modulus of elasticity of 3700 MPa, and a breaking The elongation is 16%, it is a soft chain fiber, and has strong acid and alkali resistance. The diameter of the steel fiber is 150 μm, the density is 7.80 g/cm 3 , the tensile strength is 1200 MPa, the elastic modulus is 200 GPa, and the elongation at break is 3.2%. The double helix chopped fibers having a mass percentage of 6.5% are sufficiently uniformly mixed and stirred with C100 concrete to prepare explosion-proof and impact-proof concrete.

대조 실시예 1과 실시예 1 내지 6에서 제조된 샘플 각각에 대해 상응한 역학적 성질 테스트를 수행한다.A corresponding mechanical property test was performed on each of the samples prepared in Control Example 1 and Examples 1-6.

(1) 푸아송 비 테스트: 디지털 스펙클 상관 방법은 만능 기계 시험기의 테스트 및 계산과 함께 사용되며, 기계 시험기의 하중 속도는 5 mm/min이다.(1) Poisson's ratio test: The digital speckle correlation method is used together with the testing and calculation of the universal mechanical testing machine, the loading speed of the mechanical testing machine is 5 mm/min.

(2) 섬유 역학적 성질 테스트: 만능 기계 시험기를 사용하며, 인장 속도는 5 mm/min이고, 섬유 길이는 250 mm이다.(2) Fiber mechanical property test: universal mechanical testing machine is used, the tensile speed is 5 mm/min, and the fiber length is 250 mm.

(3) 콘크리트 시험 블록 압축 강도 테스트: "일반 콘크리트의 역학적 성질 시험 방법 표준" GB/T50081-2002에 따라 만능 기계 시험기를 응용하며, 시험 블록의 크기는 150 mm×150 mm×150 mm이다.(3) Concrete test block compressive strength test: The universal mechanical testing machine is applied in accordance with GB/T50081-2002 "Standards for testing the mechanical properties of general concrete", and the size of the test block is 150 mm×150 mm×150 mm.

(4) 콘크리트 인장 강도 테스트:“일반 콘크리트의 역학적 성질 시험 방법 표준”GB/T50081-2002에 따라 만능 기계 시험기를 응용하며, 시험 블록의 크기는 150 mm×150 mm×150 mm이다.(4) Concrete tensile strength test: According to GB/T50081-2002, “Standards for testing mechanical properties of general concrete”, a universal mechanical testing machine is applied, and the size of the test block is 150 mm×150 mm×150 mm.

(5) 콘크리트 전단 강도 테스트:“CECS13-89강 섬유 콘크리트 시험 방법”에 따라 만능 기계 시험기를 응용하며, 시험 블록의 크기는 100 mm×100 mm×400 mm이다.(5) Concrete shear strength test: The universal mechanical testing machine is applied according to “CECS13-89 Steel Fiber Concrete Test Method”, and the size of the test block is 100 mm×100 mm×400 mm.

(6) 콘크리트 충격 강도 테스트: 100mm Hopkinson 압력봉 실험 장치를 사용하고, 시편의 크기는 Φ98 mm×50 mm이며, 하중 속도는 각각 3 m/s, 10 m/s, 20 m/s이고, 시험은 파형 성형 기술을 사용하여 응력의 균일성을 보장한다.(6) Concrete impact strength test: 100mm Hopkinson pressure rod test apparatus is used, the size of the specimen is Φ98 mm×50 mm, and the load speed is 3 m/s, 10 m/s, and 20 m/s, respectively. Silver uses wave shaping technology to ensure uniformity of stress.

표 1 대조 실시예 1의 이중 나선 섬유와 실시예 1 내지 6에서 제조된 섬유 프리폼의 파라미터Table 1 Parameters of the double helix fibers of Control Example 1 and the fiber preforms prepared in Examples 1 to 6

Figure pct00001
Figure pct00001

표 2 대조 실시예 1과 실시예 1 내지 6에서 제조된 방폭 및 방충격 콘크리트의 파라미터Table 2 Parameters of explosion-proof and impact-proof concrete prepared in Control Example 1 and Examples 1 to 6

Figure pct00002
Figure pct00002

표 1로부터 알 수 있다시피, 실시예 1 내지 6에서 제조된 섬유 프리폼의 음성 푸아송 비는 -5.77 내지 -10.64이고, 대조 실시예에 따른 이중 나선 섬유의 음성 푸아송 비는 -4.32이다. 이로부터 알 수 있다시피, 종래기술의 이중 나선 섬유와 비교하여, 본 발명에 따른 다단 섬유 프리폼의 음성 푸아송 비 효과는 보다 더 현저하고; 섬유 프리폼에서 보조 섬유의 단수(stage number)가 증가함에 따라 음성 푸아송 비 효과도 점차 증가한다.As can be seen from Table 1, the negative Poisson's ratio of the fiber preforms prepared in Examples 1 to 6 was -5.77 to -10.64, and the negative Poisson's ratio of the double helix fibers according to the control example was -4.32. As can be seen from this, compared with the double helix fiber of the prior art, the negative Poisson's ratio effect of the multistage fiber preform according to the present invention is more pronounced; As the stage number of auxiliary fibers in the fiber preform increases, the negative Poisson's ratio effect also gradually increases.

표 2로부터 알 수 있다시피, 대조 실시예에서 이중 나선 섬유를 사용한 콘크리트의 푸아송 비는 0.2이고, 이는 이중 나선 섬유가 현저한 음성 푸아송 비 효과를 갖지만 강화된 콘크리트에서 충분히 구현할 수 없음을 나타낸다. 실시예 1 내지 6에서 제조된 콘크리트의 음성 푸아송 비는 0.17 내지 -0.36이고, 이는 본 발명에 따른 콘크리트가 섬유 프리폼 자체의 우수한 음성 푸아송 비 효과 및 콘크리트 내 다단 섬유 프리폼의 규칙적인 배열을 통해 콘크리트의 푸아송 비를 크게 감소시킬 수 있음을 나타내고, 실질적인 의미에서 음성 푸아송 비 콘크리트의 제조를 구현하여 방폭 및 방충격 콘크리트 제조의 어려운 문제를 해결하며, 중요한 공학적 가치와 사회적 의미가 있다.As can be seen from Table 2, the Poisson's ratio of the concrete using the double helix fiber in the control example was 0.2, indicating that the double helix fiber had a significant negative Poisson's ratio effect, but could not be sufficiently implemented in the reinforced concrete. The negative Poisson's ratio of the concrete prepared in Examples 1 to 6 is 0.17 to -0.36, which indicates that the concrete according to the present invention has an excellent negative Poisson's ratio effect of the fiber preform itself and the regular arrangement of the multi-stage fiber preform in the concrete. It indicates that the Poisson's ratio of concrete can be greatly reduced, and in a practical sense, it solves the difficult problem of explosion-proof and shock-proof concrete production by implementing the production of negative Poisson's ratio concrete, and has important engineering value and social meaning.

이 밖에, 표 2로부터 알 수 있다시피 실시예 1 내지 6에서 제조된 콘크리트의 압축 강도는 110.5 내지 126.9 MP이고, 인장 강도는 18.7 내지 26.5 MPa이며, 전단 강도는 11.1 내지 17.8 MPa이고, 대조 실시예와 비교하여 모두 현저히 향상되고; 특히 인장 강도와 전단 강도는 1배 이상으로 증가할 수 있으며, 정적 하중 저항의 역학적 성질은 크게 향상되었다. 아울러, 콘크리트의 방폭 및 방충격 강도는 135.4%로 증폭될 수 있고, 10m/s 충격 에너지 흡수는 350 kJ/m3 이상에 도달할 수 있으며; 이는 상기 콘크리트가 실질적으로 방폭 및 방충격 기능을 구현하였음을 나타낸다. 이는 주로 프리폼의 다단 보조 섬유의 구배 나선형 설계 및 3차원 층상 배열을 통해 구현되고, 프리폼의 음성 푸아송 비 효과가 현저히 향상되고 매트릭스에서 효과적으로 발휘하도록 한다.In addition, as can be seen from Table 2, the compressive strength of the concrete prepared in Examples 1 to 6 is 110.5 to 126.9 MP, the tensile strength is 18.7 to 26.5 MPa, and the shear strength is 11.1 to 17.8 MPa, Control Example compared with all significantly improved; In particular, tensile strength and shear strength can be increased by more than one time, and the mechanical properties of static load resistance are greatly improved. In addition, the explosion-proof and impact-proof strength of concrete can be amplified by 135.4%, and the 10m/s impact energy absorption can reach more than 350 kJ/m 3 ; This indicates that the concrete has substantially implemented explosion-proof and impact-proof functions. This is mainly realized through the gradient spiral design and three-dimensional layered arrangement of the multi-stage auxiliary fibers of the preform, and the negative Poisson's ratio effect of the preform is significantly improved and effectively exerted in the matrix.

Claims (10)

음성 푸아송 비 효과를 갖는 다단 이질 섬유 프리폼으로서,
상기 섬유 프리폼은 복수의 다단 이질 섬유에 의해 경사 및 위사로 평직되어 형성되고; 상기 다단 이질 섬유는 다단 보조 섬유에 의해 코어 섬유에 감겨 형성되며; 상기 코어 섬유는 저모듈러스 섬유이고, 상기 다단 보조 섬유는 코어 섬유에 순차적으로 감긴 탄성 계수가 상이한 고모듈러스 섬유를 포함하며; 상기 다단 보조 섬유 중의 1단 보조 섬유의 탄성 계수는 50 GPa 내지 90 GPa이고; 제N단 보조 섬유와 제N-1단 보조 섬유의 탄성 계수비는 1.1 내지 9.6이며, N = 2 내지 7이고; 상기 코어 섬유와 1단 보조 섬유의 직경비는 1.5 내지 3.0이며, 코어 섬유와 제N단 보조 섬유의 직경비는 2.5 내지 15.0이고, 제N단 보조 섬유와 제N-1단 보조 섬유의 직경비는 0.5 내지 0.9이며, N은 2 내지 7이고; 상기 제1단 보조 섬유의 나선각은 2°내지 8°이며, 제N단 보조 섬유의 나선각은 제N-1단 보조 섬유에 비해 3°내지 15°증가하고, 제N단 보조 섬유의 나선각은 5°내지 60°이며, N은 2 내지 7인 것을 특징으로 하는 음성 푸아송 비 효과를 갖는 다단 이질 섬유 프리폼.A multi-stage heterogeneous fiber preform having a negative Poisson's ratio effect, comprising:
the fiber preform is formed by plain weave with warp and weft yarns by a plurality of multi-stage heterogeneous fibers; wherein the multi-stage heterogeneous fibers are wound around the core fiber by multi-stage auxiliary fibers; the core fiber is a low modulus fiber, and the multi-stage auxiliary fiber includes high modulus fibers having different elastic modulus sequentially wound around the core fiber; the modulus of elasticity of the one-stage auxiliary fiber in the multi-stage auxiliary fiber is 50 GPa to 90 GPa; The elastic modulus ratio of the N-th stage auxiliary fiber and the N-1 stage auxiliary fiber is 1.1 to 9.6, and N = 2 to 7; The diameter ratio of the core fiber to the first stage auxiliary fiber is 1.5 to 3.0, the diameter ratio of the core fiber to the Nth stage auxiliary fiber is 2.5 to 15.0, and the diameter ratio of the N stage auxiliary fiber to the N-1 stage auxiliary fiber is is 0.5 to 0.9, N is 2 to 7; The helix angle of the first-stage auxiliary fiber is 2° to 8°, the helix angle of the N-th stage auxiliary fiber is increased by 3° to 15° compared to the N-1 stage auxiliary fiber, and the helix of the N-th stage auxiliary fiber is The multi-stage heterogeneous fiber preform having a negative Poisson's ratio effect, characterized in that the angle is 5° to 60°, and N is 2 to 7. 제1항에 있어서,
인접한 상기 다단 이질 섬유의 코어 섬유 간의 거리는 20 mm 내지 100 mm이고; 상기 저모듈러스 섬유의 탄성 계수는 50 MPa 내지 50 GPa이며; 상기 고모듈러스 섬유의 탄성 계수는 ≥ 50 GPa이고; 제N단 보조 섬유와 제N-1단 보조 섬유의 탄성 계수비는 1.1 내지 7.5이며, N은 2 내지 7이고; 상기 코어 섬유와 1단 보조 섬유의 직경비는 1.5 내지 2.5이며, 코어 섬유와 제N단 보조 섬유의 직경비는 2.5 내지 10.0이고, 제N단 보조 섬유의 나선각은 10°내지 60°이며, N은 2 내지 7인 것을 특징으로 하는 음성 푸아송 비 효과를 갖는 다단 이질 섬유 프리폼.The method of claim 1,
the distance between the core fibers of the adjacent multi-stage heterogeneous fibers is 20 mm to 100 mm; the modulus of elasticity of the low modulus fiber is 50 MPa to 50 GPa; the modulus of elasticity of the high modulus fiber is ≧50 GPa; The elastic modulus ratio of the N-th stage auxiliary fiber to the N-1 stage auxiliary fiber is 1.1 to 7.5, and N is 2 to 7; The diameter ratio of the core fiber to the first stage auxiliary fiber is 1.5 to 2.5, the diameter ratio of the core fiber to the Nth stage auxiliary fiber is 2.5 to 10.0, and the helix angle of the Nth stage auxiliary fiber is 10 ° to 60 °, N is 2 to 7, characterized in that the multi-stage heterogeneous fiber preform having a negative Poisson's ratio effect. 제2항에 있어서,
상기 저모듈러스 섬유는 폴리에틸렌 섬유(polyethylene fiber), 폴리비닐알코올 섬유(polyvinyl alcohol fiber), 폴리비닐포르말 섬유(polyvinyl formal fiber), 폴리염화비닐 섬유(polyvinyl chloride fiber), 폴리프로필렌 섬유(polypropylene fiber), 폴리아크릴로니트릴 섬유(polyacrylonitrile fiber), 폴리아미드 섬유(polyamide fiber), 폴리이미드 섬유(polyimide fiber), 폴리에스테르 섬유(polyester fiber), 폴리우레탄 섬유(polyurethane fiber), 셀룰로오스 섬유(cellulose fiber), 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유(polytetrafluoroethylene fiber) 및 폴리페닐렌 설파이드 섬유(polyphenylene sulfide fiber) 중 하나 이상이고; 상기 고모듈러스 섬유는 아라미드 섬유(aramid fiber), 폴리벤즈이미다졸 섬유(polybenzimidazole fiber), 폴리벤조디옥사졸 섬유(polybenzodioxazole fiber), 폴리아릴레이트 섬유(polyarylate fiber), 초고분자량 폴리에틸렌 섬유, 유리 섬유(glass fiber), 탄소 섬유(carbon fiber), 강 섬유(steel fiber), 연속 현무암 섬유(continuous basalt fiber), 탄화규소 섬유(silicon carbide fiber), 산화마그네슘 섬유(magnesium oxide fiber), 산화알루미늄 섬유(alu minium oxide fiber), 실리카 섬유(silica fiber), 석영 섬유(quartz fiber), 규산알루미늄 섬유(alu minium silicate fiber), 그래핀 섬유(graphene fiber) 및 보론 섬유(boron fiber) 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 음성 푸아송 비 효과를 갖는 다단 이질 섬유 프리폼.3. The method of claim 2,
The low modulus fiber is polyethylene fiber, polyvinyl alcohol fiber, polyvinyl formal fiber, polyvinyl chloride fiber, polypropylene fiber. , polyacrylonitrile fiber, polyamide fiber, polyimide fiber, polyester fiber, polyurethane fiber, cellulose fiber, at least one of polytetrafluoroethylene fiber and polyphenylene sulfide fiber; The high modulus fiber is aramid fiber, polybenzimidazole fiber, polybenzodioxazole fiber, polyarylate fiber, ultra-high molecular weight polyethylene fiber, glass fiber ( glass fiber, carbon fiber, steel fiber, continuous basalt fiber, silicon carbide fiber, magnesium oxide fiber, aluminum oxide fiber (alu) Minium oxide fiber), silica fiber (silica fiber), quartz fiber (quartz fiber), aluminum silicate fiber (alu minium silicate fiber), graphene fiber (graphene fiber) and boron fiber (boron fiber) characterized in that at least one Multi-stage heterogeneous fiber preform with negative Poisson's ratio effect. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방폭 및 방충격 콘크리트에는 여러 층으로 평행 배열된 다단 이질 섬유 프리폼이 구비되는 것을 특징으로 하는 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Explosion-proof and impact-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite concrete, characterized in that the multi-stage heterogeneous fiber preform arranged in parallel in several layers is provided in the explosion-proof and impact-proof concrete. 제4항에 있어서,
인접한 각 층의 상기 다단 이질 섬유 프리폼 사이의 다단 이질 섬유의 투영 협각은 10°내지 90°인 것을 특징으로 하는 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트.5. The method of claim 4,
Explosion-proof and impact-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite concrete, characterized in that the projected narrow angle of the multi-stage heterogeneous fibers between the multi-stage heterogeneous fiber preforms in each adjacent layer is 10° to 90°. 제4항에 있어서,
각 층의 상기 다단 이질 섬유 프리폼이 위치하는 평면과 콘크리트가 저항하는 충격 하중 방향 사이의 협각은 5°내지 90°인 것을 특징으로 하는 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트.5. The method of claim 4,
Explosion-proof and impact-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite concrete, characterized in that the narrow angle between the plane on which the multi-stage heterogeneous fiber preform of each layer is located and the direction of the impact load resisted by the concrete is 5° to 90°. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
인접한 상기 다단 이질 섬유 프리폼의 층 간격은 20 mm 내지 100 mm인 것을 특징으로 하는 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트.7. The method according to any one of claims 4 to 6,
Explosion-proof and impact-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite concrete, characterized in that the interlayer spacing of the adjacent multi-stage heterogeneous fiber preform is 20 mm to 100 mm. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트의 제조 방법으로서,
상기 구체적인 제조 방법은,
(1) 상기 1단 구조의 나선각에 따라, 1단 보조 섬유인 상기 고모듈러스 섬유를 코어 섬유인 저모듈러스 섬유에 감아, 1단 이질 섬유 배아 구조를 얻는, 1단 이질 섬유 배아 구조의 가공 제조 단계;
(2) 커플링제 및 경화제를 각각 에폭시 수지에 첨가하여 충분히 교반하되, 커플링제의 양은 에폭시 수지의 질량의 0.1% 내지 5.0%이고, 상기 경화제와 에폭시 수지의 질량비는 1.0:0.8 내지 1.0:1.2이며; 그 다음 단계 (1)에서 제조된 1단 이질 섬유 배아 구조를 침지시키고, 50℃ 내지 80℃로 가열하여 1단 이질 섬유 배아 구조를 충분히 침지시킨 후 경화 시스템을 빼내며, 경화될 때까지 정치하여 1단 이질 섬유 구조를 얻는, 1단 이질 섬유 배아 구조의 경화 처리 단계;
(3) 단계 (2)에서 얻은 이질 섬유를 1단 구조로 사용하고, 상기 N단 구조의 나선각에 따라, 단계 (1) 및 단계 (2)를 순차적으로 중복하여 N단 이질 섬유 구조를 얻으며, N은 2 내지 7인, 다단 이질 섬유 구조의 가공 제조 단계;
(4) 얻은 N단 이질 섬유를 경위 방향에 따라 경사 및 위사 평직법으로 경사 및 위사 평직 구조로 직조한 후, 단계 (2)에 따른 경화 시스템을 경사 및 위사 평직 구조의 모든 경사 및 위사 교차점에 충분히 코팅하고, 경화될 때까지 정치하여 N단 이질 섬유 프리폼을 얻으며, N은 2 내지 7인, 다단 이질 섬유 프리폼의 직조 제조 단계; 및
(5) 교반된 콘크리트 슬러리를 몰드에 20 mm 내지 100 mm의 높이로 붓고, 콘크리트 슬러리 표면에 한 층의 다단 이질 섬유 프리폼을 배치하며; 그 다음 붓고 배치하는 상기 단계를 중복하고, 진동 및 압축, 양생 및 성형하여 상기 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트를 얻는, 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼복합 콘크리트의 시공 제조 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트의 제조 방법.Claims 4 to 7 as a method for producing an explosion-proof and impact-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite concrete according to any one of claims,
The specific manufacturing method is,
(1) According to the spiral angle of the single-stage structure, the high-modulus fiber, which is a first-stage auxiliary fiber, is wound around a low-modulus fiber, which is a core fiber, to obtain a single-stage heterogeneous fiber embryo structure. step;
(2) The coupling agent and the curing agent are each added to the epoxy resin and sufficiently stirred, but the amount of the coupling agent is 0.1% to 5.0% of the mass of the epoxy resin, and the mass ratio of the curing agent and the epoxy resin is 1.0:0.8 to 1.0:1.2. ; Then, the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure prepared in step (1) is immersed, heated to 50°C to 80°C to sufficiently immerse the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure, and then the hardening system is pulled out, and left to stand until hardened Hardening treatment step of the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure to obtain a single-stage heterogeneous fiber structure;
(3) using the heterogeneous fiber obtained in step (2) as a single-stage structure, and sequentially overlapping steps (1) and (2) according to the helix angle of the N-stage structure to obtain an N-stage heterogeneous fiber structure, , N is 2 to 7, processing manufacturing step of the multi-stage heterogeneous fiber structure;
(4) After weaving the obtained N-stage heterogeneous fibers into warp and weft plain weave structures by warp and weft plain weave along the warp and weft directions, apply the curing system according to step (2) to all warp and weft intersections of warp and weft plain weave structures. A step of weaving manufacturing of a multi-stage heterogeneous fiber preform, in which N is 2 to 7, by sufficiently coating and allowing to stand until cured to obtain an N-stage heterogeneous fiber preform; and
(5) pouring the stirred concrete slurry into a mold to a height of 20 mm to 100 mm, and placing one layer of multi-stage heterogeneous fiber preform on the surface of the concrete slurry; Then, repeating the above steps of pouring and placing, vibration and compression, curing and molding to obtain the explosion-proof and impact-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite concrete, comprising the construction manufacturing step of explosion-proof and impact-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite concrete Method for producing explosion-proof and impact-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite concrete, characterized in that. 제8항에 있어서,
단계 (4)에서 인접한 상기 다단 이질 섬유의 코어 섬유 간의 거리는 20 mm 내지 100 mm이고; 단계 (5)에서 각 층의 상기 섬유 프리폼 사이의 섬유의 투영 협각은 10°내지 90°이며, 인접한 상기 이질 섬유 메쉬 구조의 층 간격은 20 mm 내지 100 mm인 것을 특징으로 하는 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트의 제조 방법.9. The method of claim 8,
The distance between the core fibers of the adjacent multi-stage heterogeneous fibers in step (4) is 20 mm to 100 mm; In step (5), the projected narrow angle of the fibers between the fiber preforms of each layer is 10° to 90°, and the interlayer spacing of the adjacent heterogeneous fiber mesh structure is 20 mm to 100 mm. Method for manufacturing heterogeneous fiber preform composite concrete. 제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지(bisphenol A epoxy resin)이고; 상기 경화제는 폴리아미드(polyamide), 폴리에스테르 수지(polyester resin), 지방족 아민(aliphatic amine)계 경화제 중 하나 이상이며; 상기 커플링제는 티타네이트 커플링제(titanate coupling agent) 및 실란 커플링제(silane coupling agent) 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트의 제조 방법.10. The method according to claim 8 or 9,
the epoxy resin is a bisphenol A epoxy resin; The curing agent is at least one of polyamide, polyester resin, and an aliphatic amine-based curing agent; The coupling agent is a titanate coupling agent (titanate coupling agent) and a silane coupling agent (silane coupling agent) explosion-proof and impact-proof method for manufacturing multi-stage heterogeneous fiber preform composite concrete, characterized in that at least one.
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