抗爆型聚脲涂层性能及其防护钢筋混凝土板接触爆炸与断裂机制研究

本文借助动态热机械实验,研究Qtech T26抗爆型聚脲（简称为T26聚脲）的动态热机械性能;采用10 kg 三硝基甲苯（trinitrotoluene,TNT）接触爆炸试验,研究T26聚脲防护钢筋混凝土板在接触爆炸作用下的防护性能;基于Williams-Landel-Ferry方程拟合T26聚脲的损耗模量、储能模量和损耗因子主曲线,并采用扫描电子显微镜对涂层防护钢筋混凝土板迎爆面和背爆面涂层的典型区域进行微观断口形貌分析,探讨其断裂机制。结果表明：T26聚脲受频率影响明显,在热机械性能层面印证了T26聚脲的应变率敏感性;在外界荷载作用频率大于等于1000 Hz时,T26聚脲的损耗因子保持在0.24以上,吸能效率高;喷涂10 mm T26聚脲涂层的钢筋混凝土板在10 kg TNT接触爆炸破坏下,背爆面涂层完整,无任何破片飞出;迎爆面T26聚脲与混凝土未脱离,T26聚脲与混凝土界面之间在表面处理之后附着力较好,在爆炸产生的拉伸波作用下,涂层与混凝土间仍有良好的附着性。T26聚脲在爆炸荷载作用下的断裂机制表现为高温力学性能失效机制、高温与冲击荷载耦合断裂机制、高速荷载脆性断裂机制和拉伸断裂机制;背爆面最大变形区域为纵向变形区域外侧的圆环区,背爆面中心区域在防护过程中承受高应变率荷载,出现少量脆性破坏。T26聚脲实现了接触爆炸零破片的防护效果,这一效果对实际工程中结构爆炸防破片具有极高的应用价值。     

喷涂聚脲弹性体H型钢柱抗爆性能研究

为研究聚脲涂层对H型钢柱的抗爆效果,基于ANSYS/LS-DYNA有限元软件,对喷涂聚脲弹性体H型钢柱进行抗爆数值分析。研究了H型钢柱在爆炸荷载作用下的动态响应,并分析了不同聚脲厚度对H型钢柱的防护作用及其机理。研究结果表明：当冲击波沿钢柱弱轴方向传播时,冲击波对钢柱的最大破坏作用出现在柱脚附近腹板中心,聚脲涂层能够有效提高H型钢柱的整体刚度和抗爆能力,大幅降低钢柱的整体和局部变形,并减小钢柱吸收的内能。     

聚脲涂覆大型钢制储罐抗冲击性能数值仿真

为提高大型钢制储罐抗冲击性能,开展聚脲涂覆大型钢制储罐冲击响应的数值模拟和理论分析研究。基于前期工作已验证的数值模型,建立聚脲涂覆钢罐的有限元模型。数值模拟结果表明:将聚脲涂覆于罐体外表面能有效降低冲击载荷作用下局部塑性变形,在冲击体撞击角度为45°时能避免罐体穿孔破坏;聚脲涂层的主要防护机制为降速和垫层作用;提高喷聚脲涂厚度能增加罐体最大吸能值和面密度吸能值;当涂层厚度为15 mm时罐体不产生穿透破坏,满足英国储罐设计规范要求。根据罐体冲击响应特征和聚脲涂层作用机制,建立预测罐体断裂临界冲击速度的理论公式,能较精确预测涂覆罐的最大吸能值,可为聚脲涂覆钢制储罐抗冲击防护设计提供科学参考依据。     

抗爆型聚脲涂层性能及其防护钢筋混凝土板接触爆炸与断裂机制研究

本文借助动态热机械实验，研究Qtech T26抗爆型聚脲（T26聚脲）的动态热机械性能；采用10kg TNT接触爆炸试验，研究T26聚脲防护钢筋混凝土板在接触爆炸作用下的防护性能；基于Williams-Landel-Ferry方程拟合T26聚脲的损耗模量、储能模量和损耗因子主曲线，并采用扫描电子显微镜对涂层防护钢筋混凝土板迎爆面和背爆面涂层的典型区域进行微观断口形貌分析，探讨其断裂机制。结果表明：T26聚脲受荷载频率影响明显，在外界荷载作用频率大于等于1000Hz时，T26聚脲的损耗因子保持在0.24以上，吸能效率高；喷涂10mm T26聚脲涂层的钢筋混凝土板在10kg TNT接触爆炸破坏下，背爆面涂层完整，无任何破片飞出；T26聚脲在爆炸荷载作用下的断裂机制表现为高温力学性能失效机制、高温与冲击荷载耦合断裂机制、高速荷载脆性断裂机制和拉伸断裂机制；背爆面最大变形区域为纵向变形区域外侧的圆环区，背爆面中心区域在防护过程中承受爆炸荷载作用，出现少量脆性破坏。Qtech T26聚脲实现了大当量接触爆炸零破片的防护效果，这一效果对实际工程中结构爆炸防破片具有极高的应用价值。     

机场道面抗冻性与冻融介质的相关性

为研究机场道面混凝土在不同种类机场除冰液作用下其抗冻性之间的相关性,本文将19种不同配合比的混凝土试件分别置入浓度为3.5%NaCl、3.5%~25%乙二醇(丙二醇)飞机除冰液、3.5%醋酸盐类机场道面除冰液和水中进行快速冻融试验。通过分析抗冻性参数,建立了混凝土在不同冻融介质中的抗冻融循环次数与水冻之间的线性相关函数。研究结果表明:此线性函数与混凝土配合比和强度等级无关,仅与冻融介质的种类和浓度有关;冻融介质浓度越高,其对混凝土的冻融破坏越小;3.5%乙二醇飞机除冰液中对混凝土的冻融破坏作用小于3.5%丙二醇飞机除冰液,醋酸钙镁机场道面除冰液对混凝土的冻融破坏比其余醋酸类除冰液小。     

冻融循环作用下透水再生混凝土损伤分析及寿命预测

为了研究冻融循环作用下透水再生混凝土的损伤情况及寿命预测方法,基于透水再生混凝土发生疲劳破坏和冻融破坏的冻融机理相类似,采用了分析疲劳破坏的方法,对透水再生混凝土冻融循环损伤进行研究。结果表明:试验数据中冻融循环次数较好地服从两参数Weibull概率分布,并基于Weibull分布模型,推导出不同损伤度下考虑再生混凝土粗骨料取代率影响的分布模型参数及冻融循环次数,提出了相应的损伤度演化方程,为透水再生混凝土冻融损伤寿命预测提供依据及参考。     

干湿循环对混凝土单面盐冻破坏的影响

采用冻融循环、冻融-干湿循环的试验方法,研究了混凝土单面浸泡在1%、3%、5%、7%、9%浓度氯化钠溶液中的离子扩散及抗冻融性能,系统讨论了干湿循环对混凝土单面盐冻破坏的影响。结果表明:与单一的冻融循环过程相比,干湿循环加剧了冻融循环过程中混凝土内部氯离子的扩散作用,并产生更大单面盐冻剥落。在干湿循环作用下,混凝土内部氯离子富集区由2.5~12.5mm扩大到2.5~17.5mm;在破坏最严重的3%浓度组中,混凝土单面盐冻剥落量从冻融循环的1 501.3g/m~2提高至冻融-干湿循环的2 402.08g/m~2,相对动弹性模量下降量从冻融循环的22%提高至冻融-干湿循环的28%。在冻融-干湿循环实验中,冻融破坏起着主要作用,干湿循环剥落量不足冻融剥落量的2.5%。     

钢筋混凝土结构冻融破坏的随时模糊可靠度分析

通过对普通混凝土冻融破坏机理和失效准则的模糊性的分析,认为钢筋混凝土结构的冻融耐久性失效具有随机性和模糊性,并应该考虑抗力随时间的变化,在此基础上提出了混凝土结构冻融耐久性失效的随时模糊可靠度分析模型.算例分析表明,提出的钢筋混凝土结构冻融破坏的随时模糊可靠度分析模型,能够更好地反映结构在冻融循环作用下的实际可靠度.     

引气剂对混凝土抗冻性能影响的研究

文章主要介绍了混凝土冻融破坏的机理及引气剂对混凝土抗冻性能的影响,分析了引气剂增强混凝土抗冻性能的条件。     

弯曲荷载对混凝土抗卤水冻蚀性的影响

在未加载和加载条件下，测定了普通混凝土、高强混凝土与高性能混凝土在冻融和盐湖卤水腐蚀双重破坏因素作用下的耐久性。结果表明：弯曲荷载加快了混凝土在冻融和盐湖卤水腐蚀过程中相对动弹性模量的降低速度，荷载比越大影响越明显，而且弯曲荷载对混凝土冻融后抗压强度的降低作用存在一个比例阈值。     

混凝土水工建筑物的碳化与冻融破坏及防治

文章对混凝土水工建筑物的碳化与冻融破坏机理及影响因素进行分析,提出了碳化与冻融破环的防止措施.     

硫酸盐与冻融环境下混凝土本构关系研究

为了研究硫酸盐与冻融环境下混凝土单轴受压应力—应变关系,对水中和质量分数为5%硫酸钠、5%硫酸镁溶液中冻融作用下的混凝土进行单轴受压试验,分析了硫酸盐溶液与冻融循环对混凝土峰值应力、峰值应变、弹性模量及单轴受压应力—应变全曲线的影响,并对损伤层混凝土的力学性能进行分析。结果表明：混凝土应力—应变曲线随冻融时间增加逐渐趋扁平,整体右移,硫酸盐溶液中冻融300次后的混凝土应力—应变曲线上升段轻微上扬,并出现下凹现象。随着冻融次数增加,混凝土峰值应力、弹性模量不断下降,峰值应变逐渐增加,硫酸镁溶液中混凝土表现更明显,混凝土抗冻性最差。通过回归分析,建立了硫酸盐与冻融循环作用下混凝土单轴受压应力—应变全曲线方程,并得到了不同冻融次数下损伤层混凝土峰值应力的确定方法。     

硅粉对混凝土抗冻性影响的研究

阐述了混凝土冻融破坏的原因、机理,并通过实验验证了硅粉对混凝土抗冻性能的影响.     

混凝土聚合物水泥防护层冲蚀损伤及评估模型

为探究输调水工程混凝土表面聚合物水泥防护层在经受高速水流作用下冲蚀损伤机制，利用改进的高压水枪冲蚀试验设备研究防护层的冲蚀特性。通过三维扫描提取冲蚀区域的最大长度、最大宽度、最大深度以及体积4种特征参数，分析不同喷射压力、喷射长度、喷射角度和喷射时间下防护层的冲蚀损伤形态、损伤参数演变规律及损伤机制。以防护层冲蚀最大深度为目标值，建立基于Logistic回归函数的防护层蚀变深度预测模型。结果表明：相同工况下，防护层的4种冲蚀损伤特征参数都随喷射压力和冲蚀时间的增加而增加。喷射长度的增加(从喷射长度为0.5 cm增加到6.6 cm)使防护层的冲蚀形态由“沙漏”向“条形”转变，该过程中水力劈裂对防护层与混凝土界面处的破坏效果降低。构建的防护层蚀变深度预测模型具有很好的准确性，可以通过增大喷射长度和喷射角度显著降低防护层的冲蚀损伤程度，这为实际混凝土工程表面防护设计提供了参考依据。     

复合防护结构的动力响应及破坏规律研究

采用中间含吸能层的复合防护结构，其抗爆防护能力可大幅度提高，但目前对该种复合结构在爆炸作用下动力响应及破坏规律的研究较少。利用ANSYS／LS—DYNA对复合防护结构在爆炸载荷作用下的动力响应和破坏规律进行了数值计算．结果表明：外拱结构的破坏基本上属于冲切破坏，而内拱结构基本上属于拱的压弯破坏；复合结构的破坏是以牺牲外拱和泡沫混凝土为代价来保护整体防护结构；与常规防护结构相比，复合防护结构的抗爆能力明显加强．     

水工混凝土建筑物的冻融破坏与防治

分析了水工混凝土冻融破坏机理，提出了防治措施。     

冻融循环下CFRP高性能混凝土的粘结性能

通过双面剪切试验,研究了冻融环境下CFRP-高性能混凝土界面粘结性能的发展规律。对比分析了未经冻融和经历25、50、100、150、200及300次冻融循环作用试件的破坏特征、剪应变分布、荷载滑移曲线、粘结承载力以及粘结破坏机理。结果表明,所有试件的界面破坏均发生在混凝土表层内,但随着冻融循环次数的增加,破坏界面有向胶层发展的趋势;经受冻融循环次数较少时(25、50次),界面的粘结强度、刚度及开裂荷载的变化不明显,甚至略微提高;但随着冻融循环次数的进一步增加,界面粘结性能有明显的变化,界面粘结强度、端部滑移量减小,刚度退化,初始开裂荷载水平降低,非线性特征增强。粘结极限承载力与混凝土立方体抗压强度均随冻融循环次数的增长存在先提高后下降的趋势,混凝土强度变化是界面粘结性能变化的最重要因素。     

普通混凝土的抗冻性及其改善措施

探讨了普通混凝土的冻融破坏机理及影响混凝土抗冻性的因素；介绍了混凝土中水的存在形式，并讨论了改善混凝土抗冻性的技术措施．     

RDX及TNT基熔铸炸药/聚脲热塑性弹性体复合体系的分子动力学模拟

采用分子动力学方法,构建了RDX/TNT基熔铸炸药、聚脲热塑性弹性体以及其混合体系,在不同质量比下计算了弹性体浓度对RDX及TNT基熔铸炸药的影响,并分别在不同温度下计算模拟研究了RDX及TNT基熔铸炸药和聚脲热塑性弹性体的结合能E(bind)、力学性能等。计算结果表示：在混合炸药中加入高聚物弹性体,弹性模量减小,说明材料刚性也随之减少,弹性增大,也大大地改善了材料的力学性能。随着弹性体浓度的增加,体系结合能发生由正到负的变化,而不同温度的结合能均保持在较高水平,表明其有很好的共混能力。     

冻融循环和碳化交替作用下的混凝土耐久性

采用单边冻融和一维碳化的方法,在冻融循环和碳化交替作用下,研究混凝土耐久性能的演变规律及其与气孔结构变化的关系.结果表明,在交替作用早期,碳化能够阻止部分冻融产生的气孔结构衰变,但随着交替作用周期的延长,碳化不断消耗孔壁周围的钙电子层,破坏气孔体系的稳定.在交替作用早期,碳化有利于提高混凝土的抗冻耐久性,但到后期,碳化反而加速混凝土的冻融破坏.在实际工程中进行混凝土结构抗冻耐久性设计和使用寿命预测时,必须考虑和引进碳化与冻融的交替作用.