一种基于空心玻璃微珠的水下抗爆复合防护结构及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种基于空心玻璃微珠的水下抗爆复合防护结构及其施工方法。该复合防护结构由布置在涉水建筑物表面现浇施工的玄武岩纤维高强混凝土层和掺空心玻璃微珠混凝土层组成。利用掺玄武岩纤维活性粉末混凝土的超高强度承受近距离水下爆炸打击，并解决主体结构中钢筋受水体中离子腐蚀后耐久性下降的问题；同时利用空心玻璃微珠中密封气体与周围介质的波阻抗失配特性，实现水下爆炸冲击波的反射，减缓应力波在结构中的传播。该复合防护结构通过逐级削能，有效防止爆炸冲击波对涉水建筑物的破坏。此外，该复合防护结构抗腐蚀性、抗渗性、耐久性等性能良好，可广泛用于各类涉水建筑物的水下抗爆防护。

An underwater explosion-resistant composite protective structure based on hollow glass beads and its construction method

The invention discloses an underwater explosion-resistant composite protective structure based on hollow glass beads and a construction method thereof. The composite protective structure consists of basalt fiber reinforced high strength concrete layer laid on the surface of wading building and concrete layer mixed with hollow glass beads. The ultra-high strength of reactive powder concrete with basalt fibers is used to withstand the impact of underwater explosion in short distance, and the durability of steel bars in the main structure decreases after ion corrosion in water. Meanwhile, the reflection of underwater explosion shock wave is realized by utilizing the impedance mismatch between sealed gas in hollow glass beads and surrounding media, and the propagation of stress wave in the structure is slowed down. The composite protective structure can effectively prevent the damage of explosive shock wave to wading structures by reducing energy step by step. In addition, the composite protective structure has good corrosion resistance, impermeability and durability, and can be widely used for underwater explosion protection of various types of wading buildings.

【技术实现步骤摘要】
一种基于空心玻璃微珠的水下抗爆复合防护结构及其施工方法
本专利技术属于抗爆
，涉及涉水建筑物的水下抗爆防护领域，具体涉及一种基于空心玻璃微珠的水下抗爆复合防护结构及其施工方法。适用于一般结构的抗爆防护，尤其适用于涉水建筑物的抗爆防护。
技术介绍
涉水建筑物不仅包括高坝大库、跨江大桥、取调水工程，还包括军港码头、潜艇洞库、诸海岛礁等，与国家的民生经济、国防安全息息相关。近些年来，水域环境复杂化、涉水建筑物材料本身的老化与破坏、水下爆破工程的数量日益增加、国际关系紧张化，恐怖袭击和意外爆炸事件不断发生，国内外出现了各种大型工程重大受损事故，造成了巨大的安全问题与经济损失。为了提高大型工程的抗冲击、抗爆、抗磨等安全性能，国内外学者提出了多种针对空中和侵彻爆炸条件下的防护措施，如泡沫材料(泡沫混凝土、泡沫铝、泡沫塑料、泡沫陶瓷等)、防爆墙、基于纤维的超高强混凝土、蜂窝夹层结构等。然而对于涉水建筑物，存在防护措施的安装、侵蚀、渗透进水等问题，难于直接用到水下抗爆防护。如泡沫混凝土放置在水下时，由于海水的渗透，孔隙将被水填满，失去削波防护性能，且泡沫混凝土强度低难于抵抗近距离水下爆炸打击。玄武岩纤维是玄武岩石料在1450～1500℃熔融后，通过高速拉制而成的连续纤维，可在-269～700℃范围内连续工作，具有抗拉强度较高、耐腐蚀、耐高温、抗裂性能等特点，被广泛用于工民建、桥梁、道路工程的裂缝控制中。空心玻璃微珠是一种微米级新型轻质材料，密度在0.2～0.6g/cm3，粒径在2～130μm间，具有导热系数低、抗压强度高、流动性好、分散性好等特点。然而目前对基于空心玻璃微珠的水泥基复合材料的研究大多注重其热力学性质，如侯风等人对高性能空心玻璃微珠水泥基复合材料抗压强度的研究；吴永杰等人提出利用高性能空心玻璃微珠和陶粒配制轻质高强混凝土；王晴等人对空心玻璃微珠对泡沫混凝土性能的影响进行了研究。少有关于空心玻璃微珠抵抗水下冲击波的研究。然而，空心玻璃微珠抵抗水下冲击波的效果极其显著。当冲击波传播到两种介质交界面时，会发生反射和透射现象，而两种介质的波阻抗之比对冲击波传播具有重要的影响。由于空心玻璃微珠中空气的波阻抗比水小很多，当水下冲击波传播到空气与水的交界面时，水下冲击波将主要在介质交界面处发生反射，其透射系数较小，只有少部分能量透射到空气介质当中，可有效缓冲水下冲击波。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提供了一种基于空心玻璃微珠的水下抗爆复合防护结构及其施工方法，以解决现有技术中水下抗爆效果不好的问题。为解决上述技术不足，达到技术目的和效果，本专利技术的具体技术方案如下：一种基于空心玻璃微珠的水下抗爆复合防护结构，其特征在于：该复合防护结构由布置于涉水建筑物表面的冲击波抵抗层和冲击波反射层组成，所述冲击波抵抗层为至少一层位于外部的混凝土层，所述冲击波反射层为至少一层位于内部的且掺杂空心玻璃微珠的混凝土层。所述水下抗爆复合防护结构在涉水建筑物表面布置。通过逐级削能，有效防止爆炸冲击波对涉水建筑物的破坏。作为改进，所述冲击波反射层为掺杂空心玻璃微珠的活性粉末混凝土。利用空心玻璃微珠中密封气体与周围介质的波阻抗失配特性，实现水下爆炸冲击波的反射，减缓应力波在结构中的传播。大幅度提高结构对水下冲击波的抗爆作用。进行涉水建筑物的二级抗爆防护。作为改进，所述冲击波抵抗层为掺杂玄武岩纤维的活性粉末混凝土。利用掺入玄武岩纤维后的混凝土超高强性能使结构承受水下近距离或接触爆炸打击，同时能有效解决涉水建筑物中钢筋混凝土受水体中离子腐蚀导致耐久性下降的问题。进行涉水建筑物的一级抗爆防护。作为改进，所述活性粉末混凝土由硅酸盐水泥、石英砂、硅粉和高效减水剂加水混合后凝固组成。作为改进，所述冲击波抵抗层中掺入玄武岩纤维的体积率为2％-12％，玄武岩纤维长度为12～20mm。作为改进，所述高效减水剂采用聚羧酸高效减水剂。作为改进，所述冲击波反射层中，空心玻璃微珠用于等体积替换该层活性粉末混凝土中的石英砂，所述空心玻璃微珠对石英砂的替换率为15％-50％。作为改进，所述空心玻璃微珠主要成分是SiO2和Al2O3，内部有填充气体CO2，其真密度为0.32～0.6g/cm3，抗压强度≥25MPa，粒径为2～120μm。作为改进，所述硅酸盐水泥、石英砂、硅粉和高效减水剂的质量份数范围依次为40-60份，50-80份，10-20份，1-3份。作为改进，该复合防护结构中的玄武岩纤维掺入的体积率、空心玻璃微珠选用的具体型号和等体积代替活性粉末混凝土中石英砂的比例、冲击波抵抗层和冲击波反射层分别的厚度应根据不同涉水建筑物的安全等级、体型大小、水质地质条件等因素确定。一种上述的水下抗爆复合防护结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在重力坝主体工程设计的同时，在迎水面设计该复合防护结构，分别预留出冲击波抵抗层的厚度D1与冲击波反射层的厚度D2；步骤2、搭建浇注冲击波抵抗层和冲击波反射层的模板；步骤3、将该复合防护结构与重力坝主体结构同期采用现场浇筑方式施工，首先浇注并养护混凝土重力坝；步骤4、浇注并养护冲击波反射层，浇注时，在冲击波反射层内掺入空心玻璃微珠等体积代替石英砂；步骤5、浇注并养护冲击波抵抗层，浇注时，在冲击波抵抗层内掺入玄武岩纤维，养护后，即完成水下抗爆复合防护结构的施工。与现有技术相比，本专利技术有如下有益效果：(1)将玄武岩纤维与活性粉末混凝土结合，其抗冲击强度可以达到1+1>2的超高强效果，可作为冲击波抵抗层，极其有效地抵抗近距离水下爆炸或接触爆炸打击，作为涉水建筑物的一级抗爆防护。此外，该层作涉水建筑物外表层，利用玄武岩纤维的抗腐蚀性能，能有效减小水体中氯离子对涉水建筑物中钢筋的腐蚀，大幅度提高涉水建筑物的耐久性。(2)空心玻璃微珠不仅可以运用到工程的保温隔热领域，其抵抗水下冲击波的效果也极其显著。空心玻璃微珠中密封气体与周围介质存在波阻抗失配特性，当爆炸冲击波传播到两种介质交界面时，会发生反射和透射现象。当冲击波未能使空心玻璃微珠损坏时，反射波能与传来的冲击波抵消消能；当冲击波使空心玻璃微珠损坏时，破坏过程也可进行消能，从而大幅度减缓应力波在结构中的传播。(3)本专利技术一方面利用掺玄武岩纤维的活性粉末混凝土的超高强度进行一级高强度抵抗抗爆，另一方面利用混凝土中掺入的空心玻璃微珠内的密封气体进行二级反射波抗爆。由此实现逐级消能，有效防止爆炸冲击波对涉水建筑物的破坏。(4)由于本专利技术是在涉水建筑物施工时预留一定厚度同期施工而成，不存在防护措施的安装复杂、连接脆弱、水体侵蚀、渗透进水等问题，混凝土中用于反射应力波的空心玻璃微珠不会被水填满，削波防护性能有所保障，可直接用于水下抗爆防护，有效保护大型涉水建筑物的长期安全。(5)本专利技术利用掺玄武岩纤维活性粉末混凝土的超高强度承受近距离水下爆炸打击，并解决主体结构中钢筋受水体中离子腐蚀后耐久性下降的问题；同时利用空心玻璃微珠中密封气体与周围介质的波阻抗失配特性，实现水下爆炸冲击波的反射，减缓应力波在结构中的传播。该复合防护结构通过逐级削能，有效防止爆炸冲击波对涉水建筑物的破坏。此外，该复合防护结构抗腐蚀性、抗渗性、耐久性等性能良好，可广泛用于各类涉水建筑物的水下抗爆防护。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于空心玻璃微珠的水下抗爆复合防护结构，其特征在于：该复合防护结构由布置于涉水建筑物表面的冲击波抵抗层和冲击波反射层组成，所述冲击波抵抗层为至少一层位于外部的混凝土层，所述冲击波反射层为至少一层位于内部的且掺杂空心玻璃微珠的混凝土层。

【技术特征摘要】
1.一种基于空心玻璃微珠的水下抗爆复合防护结构，其特征在于：该复合防护结构由布置于涉水建筑物表面的冲击波抵抗层和冲击波反射层组成，所述冲击波抵抗层为至少一层位于外部的混凝土层，所述冲击波反射层为至少一层位于内部的且掺杂空心玻璃微珠的混凝土层。2.如权利要求1所述的水下抗爆复合防护结构，其特征在于：所述冲击波反射层为掺杂空心玻璃微珠的活性粉末混凝土。3.如权利要求1或2所述的水下抗爆复合防护结构，其特征在于：所述冲击波抵抗层为掺杂玄武岩纤维的活性粉末混凝土。4.如权利要求3所述的水下抗爆复合防护结构，其特征在于：所述活性粉末混凝土由硅酸盐水泥、石英砂、硅粉和高效减水剂加水混合后凝固组成。5.如权利要求4所述的水下抗爆复合防护结构，其特征在于：所述冲击波抵抗层中掺入玄武岩纤维的体积率为2％-12％，玄武岩纤维长度为12～20mm。6.如权利要求4所述的水下抗爆复合防护结构，其特征在于：所述高效减水剂采用聚羧酸高效减水剂。7.如权利要求4所述的水下抗爆复合防护结构，其特征在于：所述冲击波反射层中，空心玻璃微珠用于等体积替换该层活性粉末混凝土中的石英砂，所述空心玻...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢蓝依，王高辉，袁晶晶，卢聆江，刘合睿，王浩，赵烨，高乔裕，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42