一种抗侵彻并具弹道偏转的复合防护结构及其制备方法

1.本发明属于建筑防护结构技术领域，涉及一种抗侵彻并具弹道偏转的复合防护结构及其制备方法。


背景技术：

2.对于爆炸、高速撞击事故具有较大的危害性和严重性，主要原因是由于爆炸事故或撞击事故发生时间短，遭受冲击载荷非常大，且变化时间非常快，难以做出有效的应对措施以降低伤害。基于此，目前相关领域对防护材料的性能要求也越来越高。具体来说，在飞机撞击、弹道侵彻、常规武器爆炸、燃气爆炸、交通工程等领域中，单一的均质材料和结构不但比较重、使用不便，而且无法解决高强度与高韧性之间的矛盾，早已不能满足人们的需求。
3.在军事工程上，研究穿甲弹对混凝土的侵彻问题上，为了有效削减穿甲弹的冲击动能，急需研制一种能够高效抗侵彻的防护结构。而目前在传统做法上，主要是通过高强材料来实现，占用了大量的物资资源，缺乏战备效益、社会效益、经济效益。


技术实现要素：

4.本发明克服了现有技术的不足，提出一种抗侵彻并具弹道偏转的复合防护结构及其制备方法，以有效削弱穿甲弹能量，实现弹道偏转。在一定程度上避免穿甲弹径直打穿混凝土防护结构。
5.为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。
6.一种抗侵彻并具弹道偏转的复合防护结构，包括负泊松比胞元结构；所述负泊松比胞元结构的一部分空腔内填充具有改变侵彻方向分散冲击性能的第一填充体，其余空腔内填充具有第二填充体；所述第一填充体由聚脲层和自密实混凝土组成；所述聚脲层沿空腔内壁设置且具有斜度，自密实混凝土填充在设置有聚脲层的空腔内；第二填充体为均质泡沫混凝土。
7.优选的，所述负泊松比胞元结构为内凹六边形结构。
8.优选的，所述负泊松比胞元结构的材质为钢板。
9.优选的，位于空腔上下壁的聚脲层具有斜度，其余侧壁的聚脲层沿侧壁设置。
10.更优的，设置在上壁和下壁的聚脲层为轴对称结构。
11.优选的，所述斜度为与水平面呈5-15
°
夹角。
12.优选的，填充有第二填充体的空腔位于填充有第一填充体的空腔上部。
13.优选的，负泊松比胞元结构的上下表面设置有钢板扣盖。
14.更优的，位于负泊松比胞元结构下表面的钢板扣盖底部设置有定位基座。
15.一种抗侵彻并具弹道偏转的复合防护结构的制备方法，包括以下步骤：1）通过钢板加工设备将钢板连续弯折一定的角度；2）在加工后的钢板上喷涂聚脲层。
16.3）将两块加工后的钢板用胶叠合，形成负泊松比结构；4）分别浇灌自密实混凝土换和均质泡沫混凝土；优选的，在步骤4）后在结构上下两侧粘贴钢板扣盖，形成整体结构；用螺栓将防护结构固定在基座上。
17.本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：1、本发明具有负泊松比结构的钢板受到弹体冲击时，混凝土向内部聚集，瞬时密度增大，表现出较高的强度，充分利用了混凝土材料的性能。
18.2、涂有聚脲的负泊松比结构胞元的左侧聚脲层较厚而均质混凝土层较薄能够起到引导穿甲弹在结构内部弹道的偏转，达到削减穿甲弹能量的目的。
19.3、负泊松比胞元结构能够实现较大的压缩变形，使其具有更高的吸能效率；结合聚脲材料的抗冲击、柔韧性好的特点，使该结构提高抗侵彻的性能。
20.4、新型抗侵彻实现弹道偏转的防护结构既可以应用于结构构件的整体；也可以用于构件的部分，其余部分仍为普通整体混凝土。与传统混凝土防护结构相比，本发明对削弱弹体能量有了明显的提高，并且避免了径直打穿混凝土，偏离打击目标。而且本结构造价低，工艺并不复杂，适合工厂预制，能用于工程实际的具有抵抗高速冲击作用的复合混凝土防护结构。
21.5、多层负泊松比结构层间错位叠合铺置，作为混凝土内部的骨架。在部分负泊松比结构胞元的内部喷涂聚脲，顶端和底端的聚脲形成一定的斜坡引导穿甲弹弹道，内部用自密实混凝土浇灌。在其余不涂有聚脲的负泊松比结构胞元的内部用泡沫混凝土进行填充，形成一个整体结构。本防护结构既具有抵御高速冲击的能力，同时又可以实现弹道的偏转。此发明是能够用于工程实际且兼具成本低、工艺简单的防护结构。
附图说明
22.图1是实施例中钢板加工折叠的宽度及角度示意图；图2是实施例中钢板未经过折叠加工前喷涂聚脲位置的示意图；图3是实施例中喷涂聚脲的钢板经过折弯机加工后的结构示意图；图4是将各个图3中所述的钢板经过组合后的结构示意图；图5是将图4结构浇灌泡沫混凝土后的结构示意图；图6是将图5结构浇灌自密实混凝土后的结构示意图；图7是将两块钢板贴合在图6后的结构示意图；图8是将基座安装在图7后的结构示意图；图中，1为负泊松比钢板抗拉层，2为聚脲偏转层，3为自密实混凝土抗压层，4为泡沫混凝土偏转层，5为钢板扣盖，6为定位基座，7为钢板，8为聚脲，9为不含有聚脲的负泊松比胞元，10为含有聚脲的负泊松比胞元。
具体实施方式
23.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但
保护范围不被此限制。
24.实施例1一种新型复合式混凝土防护结构，包括定位基座6、钢板扣盖5、泡沫混凝土偏转层4、自密实混凝土抗压层3、聚脲偏转层2、负泊松比钢板抗拉层1。
25.参见图1至图8，首先在5mm厚水平钢板7上喷涂聚脲8，喷涂初始厚度为5mm，间隔喷涂角度与水平面呈5
°
的聚脲斜坡，具体喷涂位置参见图2，喷涂尺寸根据负泊松比胞元而定。待聚脲凝结硬化后形成聚脲偏转层2，然后对5mm厚钢板通过折弯机进行加工，本实施例拟采用水平边长100mm，另两条边长50mm且与水平夹角呈60
°
的单元，加工后的单元见图3。通过环氧树脂系胶结剂将两块加工后的钢板粘连为一块整体，形成一排负泊松比胞元结构，即负泊松比钢板抗拉层1。然后，在不含有聚脲的负泊松比胞元9内填充泡沫混凝土，形成泡沫混凝土偏转层4。最后在含有聚脲的负泊松比胞元10内部填充强度等级约为150mpa的自密实混凝土（uhpc），形成自密实混凝土抗压层3；该自密实混凝土采用短钢纤维、细粒径粗骨料、石英砂、p.o.52.5水泥、硅灰、高效减水剂等制备而成，完成养护3-5天。在整体结构上下两端分别用环氧树脂系胶结剂粘连一块10mm厚钢板，形成钢板扣盖5。采用螺栓将定位基座6和结构下方的钢板连接。
26.泡沫混凝土偏转层4引导穿甲弹弹道发生偏转，避免将已发生偏转趋势的弹头再次纠正形成径直打穿。
27.钢板扣盖5通过阻挡携带冲击动能的穿甲弹，能够增加穿甲弹弹头接下来冲击聚脲层时二者的接触面积；钢板扣盖5能够有效削减穿甲弹所携带的能量；能够将整个负泊松比结构紧密覆盖并扣实，增强结构的整体性。
28.位于负泊松比结构上下壁的聚脲偏转层2具有一定的斜度，穿甲弹当从板的上方袭来时，负泊松比结构胞元一侧的聚脲层较厚而均质混凝土层较薄能够起到引导穿甲弹在结构内部弹道的偏转，达到削减穿甲弹能量的目的实施例2一种新型复合式混凝土防护结构，包括定位基座6、钢板扣盖5、泡沫混凝土偏转层4、自密实混凝土抗压层3、聚脲偏转层2、负泊松比钢板抗拉层1。
29.参见图1至图8，首先在2.5mm厚水平钢板上喷涂聚脲，喷涂初始厚度为2.5mm,间隔喷涂角度与水平面呈5
°
的聚脲斜坡，具体喷涂位置参见图2，喷涂尺寸根据负泊松比胞元而定。待聚脲凝结硬化后，对5mm厚钢板通过折弯机进行加工，本实施例拟采用水平边长100mm，另两条边长50mm且与水平夹角呈60
°
的单元，加工后的单元见图3。通过环氧树脂系胶结剂将两块加工后的钢板粘连为一块整体，形成一排负泊松比胞元结构。然后，在不含有聚脲的负泊松比胞元内填充泡沫混凝土。最后在含有聚脲的负泊松比胞元内部填充强度等级约为150mpa的自密实混凝土（uhpc），该自密实混凝土采用短钢纤维、细粒径粗骨料、石英砂、p.o.52.5水泥、硅灰、高效减水剂等制备而成，完成养护3-5天。在整体结构上下两端分别用环氧树脂系胶结剂粘连一块5mm厚钢板。采用螺栓将基座和结构下方的钢板连接。
30.实施例3一种新型复合式混凝土防护结构，包括定位基座6、钢板扣盖5、泡沫混凝土偏转层4、自密实混凝土抗压层3、聚脲偏转层2、负泊松比钢板抗拉层1。
31.参见图1至图8，首先在5mm厚水平钢板上喷涂聚脲，喷涂初始厚度为5mm，间隔喷涂
角度与水平面呈10
°
的聚脲斜坡，具体喷涂位置参见图2，喷涂尺寸根据负泊松比胞元而定。待聚脲凝结硬化后，对5mm厚钢板通过折弯机进行加工，本实施例拟采用水平边长100mm，另两条边长50mm且与水平夹角呈45
°
的单元，加工后的单元类比图3。通过环氧树脂系胶结剂将两块加工后的钢板粘连为一块整体，形成一排负泊松比胞元结构。然后，在不含有聚脲的负泊松比胞元内填充泡沫混凝土。最后在含有聚脲的负泊松比胞元内部填充强度等级约为150mpa的自密实混凝土（uhpc），该自密实混凝土采用短钢纤维、细粒径粗骨料、石英砂、p.o.52.5水泥、硅灰、高效减水剂等制备而成，完成养护3-5天。在整体结构上下两端分别用环氧树脂系胶结剂粘连一块10mm厚钢板。采用螺栓将基座和结构下方的钢板连接。
32.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。