文摘

一个创新的多孔混凝土sat-SAP采购(高吸水性聚合物)。结合粘贴酒吧,这种混凝土防护结构在海洋应用中发挥作用。八BFRP-reinforced多孔混凝土板(BSs)和三个钢筋混凝土板正常(SPs)暴露于模拟爆炸载荷在激波管装置。低模数多孔混凝土和粘贴酒吧导致BSs的SPs相比表现出独特的行为。BSs,更灵活的配筋率,有更多的密集的振动和大变形而SPs在不同爆炸载荷。除了泡沫混凝土的多孔结构,BSs展示更好的wave-attenuating和能量吸收能力。更严重的损伤如裂缝、变形量和破坏是BSs的观察。在当前的研究中,可以通过全面优越的稻瘟病抗性提高配筋率提升服务能力。

1。介绍

不断发展的恐怖主义威胁仍然对全球安全的最大挑战之一。随着恐怖炸弹袭击持续走高,特别是在世界贸易中心的崩溃在9/11袭击,稻瘟病抗性的担忧增加了建筑物、其他socioeconomically关键结构。在施工、钢筋混凝土无疑是使用最广泛的建筑材料,而在一些特殊领域,如近海工程和礁工程,这种混凝土可能缺乏耐久性和经济。因此,它是至关重要的理解的反应结构和开发新材料和技术来提高建筑物的抗爆炸。

(SAPs)的高吸水性树脂聚合物混凝土,以缓解自干燥和收缩是很常见的1,2]。与最常用削弱了直径小于500μ程,et al。3)率先使用球形饱和削弱了直径5 - 7毫米作为全部或部分代替传统的粗骨料混凝土,因此捏造一个新颖的多孔混凝土。干削弱了是聚丙烯酸抗酸粒子直径1.5 - 2毫米,密度1360公斤/米³。由于体积小,轻便,细胞结构可以肯定减少原材料的静负荷和运输工作建设的偏远岛屿。邓et al。1阐述了生产过程,如图1。逐步脱水和收缩的饱和SAP珠子在固化过程中,均匀分布的效果毛孔在多孔混凝土实现。较低的杨氏模量和毛孔也被证实将优势保护工程(4,5]。在SHPB实验(1)和模拟(6),泡沫混凝土的抗压强度和弹性模量明显应变率依赖,孔隙度和粘贴强度有关。的阻碍影响毛孔的速度应力波诱发DIF-E与孔隙度下降。此外,多孔结构能有效地减弱压力波,特别是多孔标本,衰减效应是积极与应力波的脉冲时间成正比。很大压力波的色散结合本构色散和界面的扩散同样被探测到。

纤维塑料筋现在最有前途的替代钢筋在建筑和最近引起了科学界的注意。轻质,高强度和良好的耐酸碱特性对纤维塑料筋提供潜力巨大的海洋建设(7,8),尤其是对礁建设远离大陆的减少交通和维护费用。一些研究人员(9- - - - - -11]试图纳入上述细胞纤维塑料筋混凝土制作梁、柱等结构组成。朱et al。9]介绍了实证模型玻璃钢酒吧和多孔混凝土之间的债券的行为。虽然多孔结构的粘结滑移性能的影响,这些材料可以很好地协同工作类似于普通钢筋混凝土。郑et al。10]提出的数值方法来设计梁组件与FRP酒吧和多孔混凝土。两种材料获得了比传统的钢筋和混凝土弹性模量较低,和复合变形协调地和获得更大的变形量。顾和王11)进行了静态实验十二carbon-glass玻璃钢bar-reinforced细胞与不同的钢筋混凝土柱比率,长细比,和马镫空间。单轴静态载荷作用下,大多数列失败是因为混凝土的破碎与完整的酒吧。

玄武岩纤维,从火山岩获得通过融化(1300 - 1700°C)和旋转细纤维,明显比其他纤维和便宜是特点是非常迷人的物理和化学性质,如高强度和温度和良好的防腐能力,长期耐用性和良好的加工性能(12]。类似于其他纤维材料、玄武岩纤维与树脂矩阵也用于集成创新结构加固或改造。在大多数的研究FRP bar-reinforced混凝土结构,重视静态属性(13- - - - - -16]。Mahroug et al。13]通过实验测试结果和设计准则相比六板加固与粘贴酒吧,发现复合shear-deflection失败导致了低比代码估计的时刻。此外,债券耐久性在积极的环境中(14),耐腐蚀,结构组成的机械行为加固与粘贴纤维棒(13,15,16其他调查人员)进行了分析和报告。

我们所知,只有冯et al。17)放置BFRP-reinforced混凝土板近战的爆炸研究他们的抗爆炸性能。结果表明,混凝土构件由高强度和低刚度出现酒吧表现出大变形和大负载能力,因为长弹性变形的出现。裂缝损伤模式,裂开等违反,粘贴bar-reinforced板有一个更好的抗震能力相比,钢bar-reinforced混凝土板在一些爆炸案件。通过结合粘贴栏和多孔混凝土,本文探讨的主要推力动态响应通过激波管实验来进一步探索可能的海洋应用程序。

2。实验工作

2.1。板

提出了图2和表1,九粘贴bar-reinforced多孔混凝土板(BSs)和三钢rebar-reinforced普通混凝土板(SPs)在实验中制作的。所有板的尺寸标本500 mm×300 mm×40毫米。增援部队有相同的直径6毫米,只有一层中间的标本。根据ACI440.1R-06 [18),横向粘贴酒吧在BSs的间隔是65毫米,90毫米,150毫米,显示率为0.5%,0.8%,和1.1%,分别。SPs采用的配筋率为0.8%。

2.2。材料

商用普通硅酸盐水泥(OPC) 52.5级和硫代铝酸盐水泥(SAC) 42.5级。通用硅灰(SF)与特定的表面面积25000 m²/公斤和一个SiO₂95%的内容也被利用来填补空隙,加强砂浆矩阵。类F粉煤灰2000目(低钙)被添加到混合物中。细骨料(RS)和粗骨料(G)的SSD条件了。粗骨料(G)是从当地粉碎石灰石采石场做毫米大小,和细骨料河砂细度模数为2.58。液体多羧酸的酸强塑剂(PS)溶解在混合水调整的和易性混合物。聚丙烯(PP)纤维mm-3 9毫米,直径31μm是应用于减轻SAP上升和裂纹。混合水(W)是一个浓度的氯化钠(氯化钠)解决方案1 mol / L和正常的自来水多孔混凝土和普通混凝土,分别。干SAP在相同的氯化钠溶液浸泡至少8 h。SAP获得最大14.2[水的吸收率2,3),成为球形,直径5 - 7毫米。

2.3。具体的制备

混合比例的多孔混凝土和普通混凝土提供了表2和3。考虑到低密度的饱和SAP,接近于1,它能漂浮在砂浆搅拌和养护。获得均匀分布的多孔混凝土sat-SAP珠子,测量混合设计。硫代铝酸盐水泥添加,占1/9的OPC,促进初始设置。是利用超塑化剂降低水灰比和改善和易性。Mixed-size聚丙烯纤维的质量比9毫米,6毫米:3毫米= 1:2:1选择建立一个三维网格减轻SAP珠子的浮动。

25%的孔隙度的多孔混凝土是在强制搅拌机使用下列程序:(1)溶解成超塑化剂混合水。(2)水泥、粉煤灰和硅灰混合了2分钟。(3)水被添加和混合一起搅拌,直到混合均匀。(4)Sat-SAP添加,然后混合的纤维分散到SAP珠子和纤维被砂浆均匀包裹。(5)混合物倒入模具和压实稍微阻止SAP珠子漂浮起来。普通混凝土是在同一台计算机上使用传统方法生产的。根据GB / T 50081 - 2002 (19),三维立方和样品的100 mm×100 mm×100 mm被混凝土在生产过程和治愈在相同的条件下为28天。普通混凝土和多孔混凝土的平均抗压强度达到58.5 MPa和62.1 MPa,分别。

2.4。样品制备

钢筋结构和木制模具制造现场。粘贴纤维条和钢筋与尼龙带和钢绑定线,分别。粘贴纤维条同样sand-coated进步键的强度。仔细的浇注和压实后,标本60天的养护罩有聚乙烯薄膜。由于SAP的内在的治愈效果,额外的水是没有必要,而且没有观察到明显的裂缝的标本。

根据GB / T 28900 - 2012 (20.),三个样品的长度500毫米从两种增援部队被拉伸测试。粘贴固定在一个肋钢管环氧树脂,避免滑倒。粘贴纤维条获得不同的力学性能比钢筋,表示的拉伸实验。没有检测到postyield变形。粘贴纤维条表现出脆性破坏,取得了平均极限强度870 MPa, 54 GPa的弹性模量。HRB400-grade焊接钢筋拥有较低的抗拉强度562 MPa,更高的模量185 GPa。粘贴纤维相比,酒吧、钢筋有明显的塑性变形,笑嘻嘻的独特行为从钢铁bar-reinforced标本上粘贴bar-reinforced试样在静态加载或爆炸。所有材料参数列在下表中4。

2.5。实验装置

爆炸激波管,即负载模拟器是一个机械装置发明生产动态空气爆炸荷载超压,负压,冲动与一个典型的爆炸事件。激波管由一个驱动高压容器和dual-membrane机制作为电源,其次是扩大锥、过渡环和耗散戒指。标本被安装在一个完整的钢板的主要管。耗散环是一个封闭的孤立爆炸模拟(图3)。

达到高压负载动态空气,压缩空气在司机应该在一瞬间破灭。司机(1图3(一个)(2)和dual-membrane阶段在图3(一个))被控压缩空气同时,直到压力dual-membrane阶段将一半的司机。随后,通胀或通缩的dual-membrane阶段诱导膜的破裂刺激冲击波。然后,从司机超车激波反射稀疏波,造成超压,产生的负压也下降。模拟爆炸冲击波由通胀压力控制。展示图4,三个工作条件与通胀压力为4.5 MPa, 5.5 MPa和6.5 MPa的开发试验。

如图5标本被安装在一个钢框支持通过削钢块和覆盖着一块钢板。为了防止标本分裂为负压,选择一个固定的支持。十四M12螺栓应用,导致单向条件的有效面积400毫米×300毫米。

2.6。测量方法

如图5(一个),一些传感器和观测方法应用于确定理解板的动态响应。失败的属性详细观察。

2.6.1。压力历史

两个压力传感器(M102A02;PCB Piezotronics . n:行情)、美国)安装在激波管的内表面和钢框,后面和前面的板,超压的历史记录在测试和比较的衰减影响标本。

2.6.2。加速度

压电加速度计,最大射程1000 g (K1001A;Kedong电气控制系统有限公司,中国)也安装在底部板表面加速度记录历史。

2.6.3。偏转

(线性变量线性可变差动变压器)与全方位的100毫米容积式流量计安装在钢管为中心的底部表面的标本记录位移历史(图5(一个))。

2.6.4。裂缝

裂缝是冲击波暴露后用记号笔。主要弯曲裂缝的宽度是使用手持显微镜检测。

2.6.5。应变

调查板的局部变形,应变仪测量范围为25000με被困在钢筋和混凝土。尺寸是5.5毫米×3毫米和55毫米×5毫米,分别。板的底面和钢筋结构,分别有四个应变仪,处理在一个一半,四分之一的长边和短边(图6)。钢筋的位置的指标可能不准确和一致的为不同的钢筋配置。钢铁和粘贴的粘贴位置酒吧是抛光,直到平和与应变片粘贴,然后由布胶带和环氧树脂封装,以避免损害在治愈。

所有的传感器都插入到数据采集仪器(WaveBook / 512;IOtech, Inc .)、美国)和记录连续采样频率达到100 K。

3所示。结果与讨论

3.1。物理观察和裂缝

11板,除了BS1-3,受到冲击波因为BS1-2已经大大受损。冲击波暴露后,所有钢bar-reinforced板和大多数标本钢筋与粘贴酒吧可能仍基本上完好无损,展示弯曲破坏,而BS1-2遭受冲剪破坏。由于低配筋率和高的超压负荷,出现酒吧不能同时约束混凝土和变形。粘贴纤维之间的不兼容的变形钢筋混凝土结构和混凝土导致美元脱胶和穿孔,而出现酒吧BS1-2仍未损坏的和支持的钢框大变位像箭由于其弹性变形(图7(一))。BS2-3表现出典型的失败的脆性弯曲与粘贴栏破裂中跨混凝土,拿出夹,而BS2-3展示了明显的残余变形。由于改进的配筋率、重合的效果和粘贴栏和混凝土的约束也增强。其他标本加固与粘贴酒吧虽然不同程度受损,还揭示了塑性损伤特征。开裂、破坏和剥落在一些标本观察。BS3-2显示没有破损和严重碎裂的大变形,表明高配筋率可以促进混凝土的塑性变形(图8 (c))。一些标本嵌入式粘贴酒吧(BS2-3、BS3-2 BS3-3)也显示剥落在面临不同的区段。在中跨BS1-1有漏洞。相反,SPs共享相同的形成和破裂现象损害,除了不同的残余变形。一般来说,相同配筋率和加载制度,标本加固与粘贴栏显示比SPs更严重的伤害。,更高的配筋率可以减轻损伤和产生SPs的行为类似。

大多数裂缝中跨和夹紧位置观察到两边的板。由于负压和自由振动,前面的石板偶尔也会紧张。某些标本(BS2-2 BS3-2和BS3-3)也表现出了裂缝沿长边和裂纹网形成,表明四面的约束条件的支持。增加配筋率显然不能控制裂缝的发展。然而,SPs显示更少的裂缝和较小的分布,这也可能导致SPs的相对较小的位移。

测量弯曲裂缝的宽度是列在下表中5。两个标本钢筋与钢筋或粘贴酒吧共享相同的现象在相同的工作条件下,当拥有相同的配筋率。标本的来回振荡导致裂缝较窄的正面背面的裂缝。更大的爆炸荷载引起的磨碎的裂缝,而更多的强化可以减少开裂。然而,粘贴bar-reinforced板具有越来越明显的细裂纹的开裂能力添加到聚丙烯纤维砂浆提供的矩阵。标本的破解也说明,SPs吸收冲击波能量主要通过中跨钢钢筋的塑性变形,导致当地广泛的裂缝,而板粘贴酒吧耗散振动能量通过全球和混凝土裂缝,煮到一个独特的现象。

3.2。压力波的特点

典型的压力和脉冲历史记录的两个传感器在前面和后面的标本呈现在图9。很明显,泡沫混凝土加固与粘贴酒吧可能会大幅减弱和冲击波与SPs振荡。BS2-2减少24.5%的入射脉冲通过剪裁峰值,减少其上升边的斜率。其他标本加固与粘贴酒吧也表现出冲动从3.4%下降到40.6%。这可能归因于材料特性和结构的行为。应用SAP赋予其多孔结构,导致低模数混凝土。嵌入式粘贴酒吧与低刚度生成更灵活的结构组件相比,SPs。在爆炸载荷下,粘贴bar-reinforced板实现更大的变形和更强烈的振动,从而减弱比SPs的更多的能量。空间分布形成的多孔混凝土孔隙大自由表面空气和砂浆之间的矩阵。压力波不断反映之间的接口,导致明显的界面扩散。 As a whole, the porous structure itself acquired a low impedance and could diffract stress waves and absorb energy as constitutive dispersion [2]。泡沫混凝土的开裂能力也可能阻碍冲击波的传播。

3.3。加速度测量

之前测试的钢筋混凝土石板暗示强化是直接与加速度。重增援诱导高加速度相比,轻加强板(21]。所有有效数据图进行了总结10和表6。说明,所有加速度记录符合相同的法律,而轻强化导致更高的加速度在相同的载荷。

3.4。变形量

位移的历史可以直观地反映的变形能力和损伤特征的标本。两种板符合相似的结构行为。冲击波载荷下,标本被迫振动,引起大量的位移,然后返回到原始网站。没有爆炸加载,标本自由振动振幅较小。相比之下,反向运动,导致负位移,几乎不可见的强迫和自由振动。由于初始伤害从正面冲击波和更低的负面压力,相反的运动更大的阻尼。

如数据所示(11日)和11 (b)SPs的位移增加,爆炸荷载的提高,主要展示没有残余变形。SPs相比,粘贴bar-reinforced板具有相同配筋率明显表现出更大的位移超过线性可变的全面价值。不同的行为出现bar-reinforced标本可能躺在最后阶段的变形历史。冲击波加载受损弹性性质在第一阶段,也就是说,经济复苏能力的标本,在最后阶段阐明各种行为。细胞与粘贴纤维水泥板酒吧变形在第一阶段的峰值。然而,混凝土缺乏弹性变形比粘贴酒吧和破解失败,导致样品不能恢复。BS2-1轻易回到初始位置,而BS2-2 BS2-3开发更复杂的变形,BS2-3失败在第一阶段与显著的残余变形量运动。然而,粘贴酒吧仍在弹性阶段在大多数情况下,混凝土的性质决定了整体性能。与此同时,数据11 (b)和11 (c)显示更多的强化可以一定程度上减少变形。提高配筋率的影响可能进展曲线特征,从而削弱振动。重的增援部队加强混凝土的约束,促进了整体刚度和可变形性。他们也增强混凝土的延性,导致行为类似的SPs在相同爆炸载荷,如图(11日)。然而,细胞钢筋与混凝土板粘贴比SPs酒吧仍然取得了更大的变形量。减少刚性板也被证明是提高爆破阻力。相反,大变形可以减弱波结构的相互作用,降低动载荷(22]。

3.5。菌株

应变仪嵌入式在增援,困在混凝土检测区域变形。名为CL的四个指标,连续波,QL,并根据中心和季度QW沿着长/宽边位置,这可能也存在行为下的不同部分标本的冲击波。因为动态测量的困难,没有记录的一些指标和可靠的数据。尤其是对混凝土压力,中央指标迅速与严重受损和快速开裂的混凝土。在拐角处的一些指标仍安然无恙由于钢固定的约束。

由于单向支持,钢筋应变仪中心沿着长边(BCL)被认为是畸形的最多,和这个表的记录在图所示12。所有板的应变历史变化根据类似的法律,与变形行为是相一致的。出现的振荡曲线阐明弹性属性bar-reinforced板和与冲击波的交互的过程。下行压力和不显眼的负面压力也像偏转特性,表明无形的反向运动或拱门的标本。排除严重受损石板BS1-2 BS2-3,大多数其他的标本可能反弹低应力状态。尽管出现酒吧总是弹性断裂之前,具体进行了塑性变形和约束粘贴酒吧一个弹性,但变形条件。BS2-3,然而,除了BS1-2 BS1-2,其他板的应变水平相似,表明弱相关性配筋率或冲击波加载。这也代表粘贴纤维的抗拉强度不充分利用,这是玻璃钢bar-reinforced混凝土应用程序中的一个常见问题。

关于SP标本,尽管宏观运动同步与标本加固与粘贴酒吧、应变历史尤其是背道而驰的。SPs的应变曲线波动更无关紧要的,因为塑料的性质,但峰值和残余应变增加而增强的加载。

的冲击波模拟激波管装置实际上是平面波。因此,没有时差的应变分布钢筋结构。如上所述,板加固与粘贴酒吧展示了大量的位移与SPs相比,导致两个方向不同的变形。这是说明图13仪表CL和QL记录不同的信息,尽管同侧的数据同意类似的进化规律。此外,尽管BCL基本上得到了最大峰值压力,其他三个指标可能不会得到一定的结论。

4所示。结论

本研究的主要目的是探讨稻瘟病抗性的粘贴bar-reinforced多孔混凝土板(BSs)组成的两个新材料。利用激波管装置,BSs和三个八钢bar-reinforced普通混凝土板(SPs)模拟爆炸载荷下进行了测试。提出了基于结果和讨论,可以得出以下结论:(1)多孔混凝土和粘贴栏有一个低刚度,使BSs更灵活,导致与SPs爆炸加载下不同的行为。BSs获得一种独特的方法来消除激波能量通过更密集的振动,较大的变形量,和更严重的开裂,也观察到在粘贴的应变历史酒吧。(2)BSs的严重振动,指示一个强大的波结构相互作用,减弱了动态加载。除了泡沫混凝土的多孔结构,界面本构色散导致BSs获得一个合理的能量吸收能力和较小的裂缝宽度。(3)粘贴酒吧有更高的强度和用于弹性状态。尽管BSs在实验中获得了一些不受欢迎的特性,例如更大的变形和裂缝,它可以减轻通过提高配筋率。BFRP-reinforced的韧性可以实现故障模式标本用理性的设计方法。BSs和材料特性可以提供一个很好的antiblast能力甚至比SPs在当前的研究中。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作得到了中国国家重点研发项目(2016 yfb0303501-04)。