TWI780439B - 抗爆混凝土及用該抗爆混凝土製造抗爆結構體之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種抗爆混凝土及用該抗爆混凝土製造抗爆牆體的方法。根據本發明之抗爆混凝土其按重量份計之成份包含1.0重量份的水泥、1.0至2.5重量份的細骨材、1.0至2.5重量份的粗骨材以及多根強化纖維。多根強化纖維與水泥之重量比範圍介於0.5%至3%。多根強化纖維係多根碳纖維或多根芳香族聚醯胺類合成纖維。由本發明之抗爆混凝土所製成之試體其28天齡期能承受衝擊能量為49.0焦耳重複衝擊之平均次數等於或高於41次。

Description

抗爆混凝土及用該抗爆混凝土製造抗爆結構體之方法
本發明關於一種抗爆混凝土以及用該抗爆混凝土製造抗爆結構體之方法，並且特別是關於一種由其所製造試體，能承受抗壓強度與受重複衝擊載重次數較一般混凝土試體高的抗爆混凝土，以及製造經爆炸試驗後其受爆面成坑面積與深度、背爆面疤落的面積與深度均較一般混凝土所製結構體小的抗爆結構體之方法。
石油、化工、爆竹及煙火行業中，由於有很多易燃、易爆的生產原料及產品，工作中還要保護周圍設備及工作人員的安全，抗爆結構體自然成為必不可少的保護屏障。但是，抗爆結構體的設計及應用在上述高危險行業中一直是個困難的課題。由於工業廠房的建築面積有限，不可能設計成很厚的混凝土結構體抵抗巨大的爆炸衝擊波，使得現有的抗爆結構體的強度很難滿足安全要求。單單使用鋼製抗爆牆又會使得建造成本大幅度的提高，一般的企業很難接受。因此，亟須提升混凝土的抗爆能力，以利製造安全、價廉的抗爆結構體。
此外，近年來亞太局勢的發展，可知臺灣周遭環境並不平靜，海峽兩岸關係更有越趨緊張的趨勢。然而隨著科技日新月異的發展，武器精準度與破壞能力提昇，對臺灣早期軍事設施已可達到全面性摧毀的能力。因此，亟須開發抗爆能力佳之混凝土材料，將其應用於軍事鋼筋混凝土結構物的整建、新建中，才可使我國國防具備「固若盤石」之國防武力。
關於抗爆混凝土的先前技術甚少，不僅未揭露其抗爆的能力，也未落實於商用。尤其是，在上述高危險行業的環境中，一旦發生爆炸，爆炸衝擊波是接二連三地衝擊結構體。關於如何評估結構體承受爆炸衝擊波接二連三地衝擊的能力之文獻多與國防軍事機密相關，至今也是付之闕如。
因此，本發明所欲解決之一技術問題在於提供一種抗爆混凝土及用該抗爆混凝土製造抗爆結構體的方法。採用根據本發明之抗爆混凝土所製造的試體能承受重複衝擊之平均次數來表示其抗爆的能力，且由試驗結果證明本發明之抗爆混凝土具有極佳的抗爆能力。採用根據本發明之抗爆混凝土所製造的結構體試體也以實際的爆炸試驗的觀察，來佐證其抗爆的能力。
根據本發明之一較佳具體實施例之抗爆混凝土其按重量份計之成份包含1.0重量份的水泥、1.0至2.5重量份的細骨材、1.0至2.5重量份的粗骨材以及多根強化纖維。多根強化纖維與水泥之重量比範圍介於0.5%至3%。多根強化纖維係先進行分散，再以預拌合的乾拌方式均勻地拌入水泥中。多根強化纖維係多根碳纖維(carbon fiber)或多根芳香族聚醯胺類合成纖維(aramid fiber)。多根強化纖維之長度範圍介於3mm至30mm。採用根據本發明之抗爆混凝土以一水灰比所製成的試體，其28天齡期能承受衝擊能量為49.0焦耳重複衝擊之平均次數等於或高於41次。水灰比之範圍為0.4至0.6。
於一具體實施例中，採用根據本發明之抗爆混凝土所製成的試體其28天齡期之平均抗壓強度為等於或大於33.55MPa。
於一具體實施例中，採用根據本發明之抗爆混凝土所製成的試體其28天齡期之試體，短纖碳纖維重量為水泥重量的1%，加入6 mm的碳纖維之試體在衝擊能量為49.0焦耳的重複衝擊下，重複衝擊次數可達41次。加入12 mm的碳纖維之試體在衝擊能量為49.0焦耳的重複衝擊下，重複衝擊次數可達146次。加入24mm的碳纖維之試體在衝擊能量為49.0焦耳的重複衝擊下，重複衝擊次數可超過2,000次以上。
於一具體實施例中，多根強化纖維之平均線徑範圍介於6μm至8μm。
根據本發明之一較佳具體實施例之製造抗爆結構體之方法，首先，係製備1.0重量份之水泥。接著，根據本發明之較佳具體實施例之方法係製備1.0至2.5重量份之細骨材。接著，根據本發明之較佳具體實施例之方法係製備1.0至2.5重量份之粗骨材。接著，根據本發明之較佳具體實施例之方法係製備多根強化纖維。多根強化纖維係多根第一碳纖維或多根第一芳香族聚醯胺類合成纖維。多根強化碳纖維之長度範圍介於3mm至30mm。接著，根據本發明之較佳具體實施例之方法係將多根強化纖維置於高溫環境下維持一段時間，以去除多根強化纖維之表面上的雜質。接著，根據本發明之較佳具體實施例之方法係將多根強化纖維以氣動力與過篩製程進行分散。接著，根據本發明之較佳具體實施例之方法係將經分散的多根強化纖維以預拌合的乾拌方式均勻地拌入水泥中。多根強化纖維與水泥之重量比範圍介於0.5%至3%。接著，根據本發明之較佳具體實施例之方法係製備鋼筋網格。接著，根據本發明之較佳具體實施例之方法係以水灰比，將細骨材、粗骨材以及將多根強化纖維均勻地拌入水泥，均勻攪拌成抗爆混凝土。最後，根據本發明之較佳具體實施例之方法係將抗爆混凝土澆注於鋼筋網格中進而製成抗爆結構體。
進一步，根據本發明之較佳具體實施例之方法係製備強化布匹。強化布匹係由多根第二碳纖維或多根第二芳香族聚醯胺類合成纖維所構成。並且，根據本發明之較佳具體實施例之方法係將強化布匹係貼合於抗爆結構體的背爆面上。
與先前技術不同，採用根據本發明之抗爆混凝土所製成的試體，其28天齡期能承受衝擊能量為49.0焦耳重複衝擊之平均次數等於或高於41次，明顯地，其具有極佳的抗爆能力。採用根據本發明之抗爆混凝土所製造的結構體試體也以實際的爆炸試驗的觀察證實其具有優異的抗爆能力。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
根據本發明之較佳具體實施例之抗爆混凝土其按重量份計之成份包含1.0重量份的水泥、1.0至2.5重量份的細骨材、1.0至2.5重量份的粗骨材以及多根強化纖維。
於一具體實施例中，本發明所採用的水泥可以是波特蘭水泥、脹性水泥、熔渣水泥，等。
於一具體實施例中，細骨材可以是天然砂或者人造砂，粒徑範圍為0.05mm~4mm。
於一具體實施例中，粗骨材可以是天然石或者為人造石，粒徑範圍為4mm~30mm。
多根強化纖維與水泥之重量比範圍介於0.5%至3%。多根強化纖維係先進行分散，再以預拌合的乾拌方式均勻地拌入水泥中。多根強化纖維係多根碳纖維(carbon fiber)或多根芳香族聚醯胺類合成纖維(aramid fiber)。
於一具體實施例中，本發明所採用的強化纖維可以是已商用的多種芳香族聚醯胺類合成纖維。例如，DuPont公司製造的Kevlar®纖維、Teijin Twaron公司製造的Twaron®纖維與Technora®纖維，等對位芳香族聚醯胺合成纖維(para-aramid fiber)。或例如，DuPont公司製造的Nomex®纖維、Basofil Fibers公司製造的Basofil®纖維、Teijin Twaro公司製造的TeijinConex®纖維，等間位芳香族聚醯胺合成纖維(meta-aramid fiber)。
於一具體實施例中，多根強化纖維之平均線徑範圍介於6μm至8μm。多根強化纖維之長度範圍介於3mm至30mm。
根據本發明之抗爆混凝土依據CNS 1230規範，將其澆置成 CNS 1230規範所規定之試體大小，直徑100mm
Figure 02_image001
高200 mm之試體，進行抗壓強度測試。抗壓強度測試方式係依據CNS 1232測試標準進行。本發明所適用的水灰比之範圍為0.4至0.6。於此範例中，製成試體的條件為水灰比為0.45、1.05重量份的細骨材、2.15重量份的粗骨材、加入強化纖維與水泥之重量比為1%、齡期為28天。在製造時分別摻入長度為6mm的碳纖維、長度為12mm的碳纖維以及長度為24mm的碳纖維之試體，其進行抗壓強度測試所得的平均抗壓強度係列於表1。做為對照，在製造時未摻入碳纖維之試體，其進行抗壓強度測試所得的平均抗壓強度也列於表1。
表1
摻入碳纖維的長度 平均抗壓強度(MPa)
未摻入碳纖維 32.15
6mm 40.28
12mm 36.78
24mm 33.55
表1所列測試結果證實，加入強化纖維可以增強由根據本發明之抗爆混凝土所製成的試體的抗壓強度。摻入長度6mm碳纖維之抗爆混凝土所製成的試體與未摻入碳纖維之混凝土所製成的試體相比較，其平均抗壓強度增加了8.13 MPa、強度提升百分比為25%，是在所有混凝土所製成的試體中平均抗壓強度最佳的。摻入長度12 mm碳纖維之抗爆混凝土所製成的試體與未摻入碳纖維之混凝土所製成的試體相比較，其平均抗壓強度增加了4.63 MPa、強度提升百分比為14%。而摻入長度24 mm碳纖維之抗爆混凝土所製成的試體與未摻入碳纖維之混凝土所製成的試體相比較，其平均抗壓強度增加了1.4 MPa、強度提升百分比為4.4%。因此，根據本發明之抗爆混凝土摻入強化纖維，對由其所製成的結構體的抗壓強度有提升的效果，而提升的效果隨強化纖維的長度增加而遞減。
因此，於一具體實施例中，採用根據本發明之抗爆混凝土所製成的試體其28天齡期之平均抗壓強度為等於或大於33.55MPa。
根據本發明之抗爆混凝土依據ACI 544.2R-89規範，製成試體進行衝擊測試。本發明所適用的水灰比之範圍為0.4至0.6。同樣地，於此範例中，製成試體的條件為水灰比為0.45、1.05重量份的細骨材、2.15重量份的粗骨材、加入強化纖維與水泥之重量比為1%、齡期為28天。在製造時分別摻入長度為6mm的碳纖維、長度為12mm的碳纖維以及長度為24mm的碳纖維之試體進行衝擊測試。做為對照，在製造時未摻入碳纖維之試體也進行衝擊測試。誠如上文所述，在石油、化工、爆竹、煙火等高危險行業的環境中，一旦發生爆炸，爆炸衝擊波是接二連三地衝擊結構體。因此，上述試體在不同衝擊能量的衝擊下，測試試體達到破壞之重複衝擊次數被記錄。未摻入碳纖維之試體之衝擊能量與重複衝擊次數的關係圖係示於圖1。摻入長度為6 mm的碳纖維之試體之衝擊能量與重複衝擊次數的關係圖係示於圖2。摻入長度為12 mm的碳纖維之試體之衝擊能量與重複衝擊次數的關係圖係示於圖3。摻入長度為24mm的碳纖維之試體之衝擊能量與重複衝擊次數的關係圖係示於圖4。
如圖1所示，未摻入碳纖維之試體在以衝擊能量為49.0焦耳的重複衝擊下，則需要重複衝擊36次，才使未摻入碳纖維之試體達到破壞。
如圖2所示，摻入長度為6 mm的碳纖維之試體在以衝擊能量為49.0焦耳的重複衝擊下，則需要重複衝擊41次，才使未摻入碳纖維之試體達到破壞。此外，需要關注的是在衝擊能量為49.0焦耳的衝擊下，摻入長度為6 mm的碳纖維之試體的重複衝擊次數達41次。試體能承受衝擊能量為49.0焦耳重複衝擊之平均次數即做為評估試體的抗爆能力的指標。於下文中，不同試體在衝擊能量為49.0焦耳的重複衝擊之平均次數將做彙整、比較。
如圖3所示，摻入長度為12 mm的碳纖維之試體在以衝擊能量為49焦耳的重複衝擊下，摻入長度為12 mm的碳纖維之試體的重複衝擊次數達146次。
如圖4所示，摻入長度為24 mm的碳纖維之試體此外，需要關注的是在衝擊能量為49.0焦耳的衝擊下，摻入長度為24 mm的碳纖維之試體的重複衝擊次數超過2,000次以上。
在衝擊能量為49.0焦耳的衝擊下，所有試體能承受重複衝擊之平均次數的測試結果列於表2。
表2
摻入碳纖維的長度 重複衝擊之平均次數
未摻入碳纖維 36
6 mm 41
12 mm 146
24 mm >2,000
表2所列測試結果證實，與未摻入碳纖維之試體的重複衝擊之平均次數相比較，摻入長度為6 mm、12 mm的碳纖維之試體僅略微提升，摻入長度為24 mm的碳纖維之試體能承受重複衝擊高達2,000次以上。綜觀各種測試數據，並且考量實際爆炸情況是爆炸衝擊波是接二連三地衝擊結構體，本發明以試體能承受衝擊能量為49.0焦耳重複衝擊之平均次數即做為評估試體的抗爆能力的指標。
因此，於一具體實施例中，採用根據本發明之抗爆混凝土以水灰比所製成的試體，其28天齡期能承受衝擊能量為49.0焦耳重複衝擊之平均次數等於或高於41次。水灰比之範圍為0.4至0.6。
請參閱圖5、圖6及圖7，圖5係摻入長度為6 mm的碳纖維之試體經衝擊測試破壞後其破壞面以光學顯微鏡觀察所得顯微照片。圖6係摻入長度為12 mm的碳纖維之試體經衝擊測試破壞後其破壞面以光學顯微鏡觀察所得顯微照片。圖7係摻入長度為24 mm的碳纖維之試體經衝擊測試破壞後其破壞面以光學顯微鏡觀察所得顯微照片。由圖5、圖6及圖7圖呈現試體的破壞模式證實，較短纖維破壞模式大多是纖維與水泥漿體滑脫破壞，較長纖維破壞模式大多為纖維拉斷破壞。
根據本發明之一較佳具體實施例之製造抗爆結構體之方法，首先，係製備1.0重量份之水泥。水泥適用的種類已於上文中詳述，在此不再贅述。
接著，根據本發明之較佳具體實施例之方法係製備1.0至2.5重量份之細骨材。
接著，根據本發明之較佳具體實施例之方法係製備1.0至2.5重量份之粗骨材。細骨材與粗骨材的種類與粒徑範圍已於上文中詳述，在此不再贅述。
接著，根據本發明之較佳具體實施例之方法係製備多根強化纖維。多根強化纖維係多根第一碳纖維或多根第一芳香族聚醯胺類合成纖維。多根強化碳纖維之長度範圍介於3mm至30mm。第一芳香族聚醯胺類合成纖維可適用的範圍已於上文中詳述，在此不再贅述。
接著，根據本發明之較佳具體實施例之方法係將多根強化纖維置於高溫環境下維持一段時間，以去除多根強化纖維之表面上的雜質。於一具體實施例中，高溫環境之溫度範圍介於450℃至550℃。多根強化纖維置於高溫環境下維持3小時以上。
接著，根據本發明之較佳具體實施例之方法係將多根強化纖維以氣動力與過篩製程進行分散。
接著，根據本發明之較佳具體實施例之方法係將經分散的多根強化纖維以預拌合的乾拌方式均勻地拌入水泥中。多根強化纖維與水泥之重量比範圍介於0.5%至3%。
接著，根據本發明之較佳具體實施例之方法係製備鋼筋網格。
接著，根據本發明之較佳具體實施例之方法係以水灰比，將細骨材、粗骨材以及將多根強化纖維均勻地拌入之水泥均勻攪拌成抗爆混凝土。
最後，根據本發明之較佳具體實施例之方法係將抗爆混凝土澆注於鋼筋網格中進而製成抗爆結構體。
進一步，根據本發明之較佳具體實施例之方法係製備強化布匹。強化布匹係由多根第二碳纖維或多根第二芳香族聚醯胺類合成纖維所構成。並且，根據本發明之較佳具體實施例之方法係將強化布匹係貼合於抗爆結構體的背爆面上。
藉由根據本發明之方法所製造的抗爆結構體進行實際的爆炸試驗，以觀察其抗爆能力。在製造時分別摻入長度為6mm的碳纖維、長度為12mm的碳纖維以及長度為24mm的碳纖維之結構體，以及摻入碳纖維之抗爆結構體於背爆面貼合強化布匹進行爆炸試驗。做為對照，在製造時未摻入碳纖維之結構體也進行爆炸試驗。爆炸試驗是將150g的C4炸藥放置在結構體的受爆面上引爆進行，爆炸試驗後觀察結構體的受爆面被炸出的成坑、背爆面被爆面被炸出疤落或結構體被炸穿，並且量測成坑與疤落的直徑與深度，藉此評估結構體的抗爆能力。爆炸試驗的觀察結果係列於表3。表3中結構體A(如圖8所示)代表未摻入碳纖維的結構體。結構體B1(如圖9所示)代表摻入長度為12mm的碳纖維的結構體受爆面的成坑情形；結構體B2(如圖10所示)代表摻入長度為12mm的碳纖維的結構體背爆面的疤落情形。結構體C1(如圖11所示)代表摻入長度為24mm的碳纖維的結構體受爆面的成坑情形；結構體C2(如圖12所示)代表摻入長度為24mm的碳纖維背爆面的疤落情形。結構體D1(如圖13所示)代表摻入長度為12mm與24mm的碳纖維的結構體受爆面；結構體D2(如圖14所示)代表摻入長度為12mm與24mm的碳纖維的結構體背爆面。結構體E1(如圖15所示)代表摻入長度為12mm與24mm的碳纖維且背爆面以樹脂黏貼碳纖維強化布匹的結構體之受爆面；結構體E2(如圖16所示)代表摻入長度為12mm與24mm的碳纖維且背爆面以樹脂黏貼碳纖維強化布匹的結構體背爆面。摻入碳纖維與與水泥之重量比為1%。
表3
編號 破壞狀況 最短直徑(cm),最長直徑(cm) 深度(cm)
結構體A 粉碎 - 貫穿
結構體B1 受爆面成坑 36, 50 3.5
結構體B2 背爆面疤落 41, 50 8
結構體C1 受爆面成坑 31, 35 4
結構體C2 背爆面疤落 32, 41 7.8
結構體D1 受爆面成坑 35, 42 3.5
結構體D2 背爆面疤落 40, 50 6
結構體E1 受爆面成坑 23, 26 3
結構體E2 背爆面疤落 32, 38 4.8
表3所列結果證實，未摻入碳纖維的結構體經爆炸試驗後表面粉碎且貫穿，其抗爆的能力差，其粉碎的外觀照片請見圖8所示。摻入長度為12mm的碳纖維的結構體經爆炸試驗後受爆炸表面被炸出明顯的成坑，其受爆炸表面的外觀照片請見圖9所示，結構體的背爆面被炸出明顯的疤落，其背爆面的外觀照片請見圖10所示。摻入長度為24mm的碳纖維的結構體經爆炸試驗後受爆炸表面被炸出明顯的成坑，其受爆炸表面的外觀照片請見圖11所示，結構體的背爆面被炸出明顯的疤落，其背爆面的外觀照片請見圖12所示。摻入長度為12 mm與24 mm的碳纖維的結構體經爆炸試驗後受爆炸表面被炸出明顯的成坑，其受爆炸表面的外觀照片請見圖13所示，結構體的背爆面被炸出明顯的疤落，其背爆面的外觀照片請見圖14所示。摻入長度為12 mm與24 mm的碳纖維且背爆面以樹脂黏貼碳纖維強化布匹的結構體經爆炸試驗後受爆炸表面被炸出成坑的破壞，但相較上述其他試體成坑範圍明顯下降，其受爆炸表面的外觀照片請見圖15所示，結構體的背爆面被炸出明顯的疤落，其未受爆炸混凝土表面疤落照片請見圖16。
藉由以上對本發明之詳述，可以清楚了解採用根據本發明之抗爆混凝土所製成的試體，其28天齡期能承受衝擊能量為49.0焦耳重複衝擊之平均次數等於或高於41次，明顯地，其具有極佳的抗爆能力。採用根據本發明之抗爆混凝土所製造的結構體也以實際的爆炸試驗的觀察證實其具有優異的抗爆能力。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之面向加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的面向內。因此，本發明所申請之專利範圍的面向應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。
無
圖1係混凝土未摻入碳纖維之試體之衝擊能量與重複衝擊次數的關係圖。 圖2係根據本發明之抗爆混凝土摻入長度為6mm的碳纖維之試體之衝擊能量與重複衝擊次數的關係圖。 圖3係根據本發明之抗爆混凝土摻入長度為12mm的碳纖維之試體之衝擊能量與重複衝擊次數的關係圖。 圖4係根據本發明之抗爆混凝土摻入長度為24mm的碳纖維之試體之衝擊能量與重複衝擊次數的關係圖。 圖5係根據本發明之抗爆混凝土摻入長度為6mm的碳纖維之試體經衝擊測試破壞後其破壞面以光學顯微鏡觀察所得顯微照片。 圖6係根據本發明之抗爆混凝土摻入長度為12mm的碳纖維之試體經衝擊測試破壞後其破壞面以光學顯微鏡觀察所得顯微照片。 圖7係根據本發明之抗爆混凝土摻入長度為24mm的碳纖維之試體經衝擊測試破壞後其破壞面以光學顯微鏡觀察所得顯微照片。 圖8係未摻入碳纖維的結構體經爆炸試驗後其粉碎的外觀照片。 圖9係根據本發明摻入長度為12mm的碳纖維的結構體經爆炸試驗後其受爆面的外觀照片。 圖10係根據本發明摻入長度為12mm的碳纖維的結構體經爆炸試驗後其背爆面的外觀照片。 圖11係根據本發明摻入長度為24mm的碳纖維的結構體經爆炸試驗後其受爆面的外觀照片。 圖12係根據本發明摻入長度為24mm的碳纖維的結構體經爆炸試驗後其其背爆面的外觀照片。 圖13係根據本發明摻入長度為12mm與24mm的碳纖維的結構體經爆炸試驗後其受爆面的外觀照片。 圖14係根據本發明摻入長度為12mm與24mm的碳纖維的結構體經爆炸試驗後其其背爆面的外觀照片。 圖15係根據本發明摻入長度為12mm與24mm的碳纖維且背爆面背爆面以樹脂黏貼碳纖維強化布匹的結構體經爆炸試驗後其受爆面的外觀照片。 圖16係根據本發明摻入長度為12mm與24mm的碳纖維且背爆面以樹脂黏貼碳纖維強化布匹的結構體經爆炸試驗後其背爆面的外觀照片。

Claims (8)

  1. 一種抗爆混凝土，其按重量份計之成份包含： 1.0重量份之一水泥；1.0至2.5重量份之一細骨材；1.0至2.5重量份之一粗骨材；以及多根強化纖維，該多根強化纖維與該水泥之一重量比範圍介於0.5%至3%，該多根強化纖維係先進行分散，再以一預拌合的乾拌方式均勻地拌入該水泥中，該多根強化纖維係多根碳纖維或多根芳香族聚醯胺類合成纖維，該多根強化纖維之一長度範圍介於3 mm至30 mm；其中該抗爆混凝土以一水灰比製成一試體，該試體其28天齡期能承受一衝擊能量為49.0焦耳重複衝擊之一平均次數等於或高於41次，該水灰比之一範圍為0.4至0.6。
  2. 如請求項1所述之抗爆混凝土，其中該試體其28天齡期之一平均抗壓強度為等於或大於33.55 MPa。
  3. 如請求項2所述之抗爆混凝土，其中該試體中之該多根強化纖維之該長度為6 mm其能承受該衝擊能量為49.0焦耳重複衝擊之該平均次數係達41次，該試體中之該多根強化纖維之該長度為12 mm其能承受該衝擊能量為49.0焦耳重複衝擊之該平均次數係達146次，該試體中之該多根強化纖維之該長度為24 mm其能承受該衝擊能量為49.0焦耳重複衝擊之該平均次數係超過2,000次以上。
  4. 如請求項3所述之抗爆混凝土，其中該多根強化纖維之一平均線徑範圍介於6μm至8μm。
  5. 一種製造一抗爆結構體之方法，包含下列步驟： 製備1.0重量份之一水泥；製備1.0至2.5重量份之一細骨材；製備1.0至2.5重量份之一粗骨材；製備多根強化纖維，其中該多根強化纖維係多根第一碳纖維或多根第一芳香族聚醯胺類合成纖維，多根強化碳纖維之一長度範圍介於3 mm至30 mm；將多根強化纖維置於一高溫環境下維持一段時間，以去除該多根強化纖維之表面上的雜質；將該多根強化纖維以一氣動力與過篩製程進行分散；將該經分散的多根強化纖維以一預拌合的乾拌方式均勻地拌入該水泥中，其中該多根強化纖維與該水泥之一重量比範圍介於0.5%至3%；製備一鋼筋網格；以一水灰比，將該細骨材、該粗骨材以及將該多根強化纖維均勻地拌入之該水泥均勻攪拌成一抗爆混凝土；以及將該抗爆混凝土澆注於該鋼筋網格中進而製成該抗爆結構體。
  6. 如請求項5所述之方法，其中該多根強化纖維之一平均線徑範圍介於6μm至8μm。
  7. 如請求項6所述之方法，其中，該水灰比之一範圍為0.4至1。
  8. 如請求項7所述之法，進一步包含下列步驟: 製備一強化布匹，該強化布匹係由多根第二連續碳纖維或多根第二連續芳香族聚醯胺類合成纖維所構成；以及將該強化布匹係貼合於該抗爆結構體之一背爆面上。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130003146A (ko) * 2011-06-30 2013-01-09 코오롱글로벌 주식회사 원자력 발전소 격납건물용 섬유보강 콘크리트 조성물
CN103410089A (zh) * 2013-08-08 2013-11-27 南京工业大学 一种正交异性钢板-纤维格栅增强混凝土组合桥面结构
CN105859217A (zh) * 2016-04-11 2016-08-17 江苏建筑职业技术学院 抗爆高韧性混凝土

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5685902A (en) * 1994-12-19 1997-11-11 Mitsubishi Chemical Corporation Carbon fiber-reinforced concrete and method for preparing the same
FR2778654B1 (fr) * 1998-05-14 2000-11-17 Bouygues Sa Beton comportant des fibres organiques dispersees dans une matrice cimentaire, matrice cimentaire du beton et premelanges
CN1472157A (zh) * 2003-06-19 2004-02-04 同济大学 高韧性混杂纤维混凝土及其制备方法
JP4752596B2 (ja) * 2006-04-28 2011-08-17 東洋紡績株式会社 耐爆裂性に優れたコンクリート構造物
JP2010116274A (ja) * 2008-11-11 2010-05-27 Teijin Techno Products Ltd 短繊維補強セメント成形体
US20140060392A1 (en) * 2011-06-16 2014-03-06 Pro Perma Engineered Coatings, Llc Fiber Reinforced Concrete

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130003146A (ko) * 2011-06-30 2013-01-09 코오롱글로벌 주식회사 원자력 발전소 격납건물용 섬유보강 콘크리트 조성물
CN103410089A (zh) * 2013-08-08 2013-11-27 南京工业大学 一种正交异性钢板-纤维格栅增强混凝土组合桥面结构
CN105859217A (zh) * 2016-04-11 2016-08-17 江苏建筑职业技术学院 抗爆高韧性混凝土

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