一种多带隙组合调控的混凝土超材料结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于频带多带隙组合调控的混凝土超材料结构及其制备方法，涉及防灾减灾及防护工程领域，所得结构具有显著的应力波衰减能力。所述混凝土超材料结构是通过等长度的杆状件分布排列并灌注砂浆制备，其中杆状件是由聚脲包覆金属芯复合骨料粘结砂浆形成的多带隙局域共振单元纵向排列组合而成；所述聚脲包覆金属芯复合骨料是由不同硬段含量的半聚脲包覆铜、铁、汞、铅、镉等高密度金属球制备而成，所用半聚脲由异氰酸酯、聚醚多元醇、聚酯多元醇、有机锡催化剂、醇类扩链剂、胺类扩链剂和助剂制成。本发明专利技术制备的混凝土超材料结构能有效衰减0～40kHz频率范围内的应力波脉冲，可用于爆炸冲击防护、建筑隔震等军民两用领域。域。域。

【技术实现步骤摘要】
一种多带隙组合调控的混凝土超材料结构及其制备方法


本专利技术属于防灾减灾及防护工程
，特别涉及一种多带隙组合调控的混凝土超材料结构及其制备方法。

技术介绍

由于自然灾害或战争等原因，工程结构时常会受到爆炸、冲击和地震等极端荷载的威胁。这些荷载作用时间都非常短，通常在以毫秒、微秒，甚至纳秒计的短时间内引起结构响应的快速变化，从而给结构体造成巨大的破坏。现有结构的防护策略主要是提高关键结构件的强度和刚度。以结构件加固为基础的抗爆和抗震措施，不会直接改变应力波在结构中传播时的振幅。应力波在结构中传播时，由波的传播引起的应力变化通常发生在结构响应前几微秒内。混凝土类脆性材料在结构出现明显变形之前，便已因应力波的传播而受到严重破坏，例如出现裂纹和剥落。因此，为了更有效的结构防护，除了传统的加强整体结构强度和刚度外，降低混凝土结构中应力波传播幅值是至关重要的。借鉴局域共振型超材料带隙特性，将混凝土中的天然粗骨料替换为由聚脲包覆金属芯组成的复合骨料配置混凝土超材料结构，以解决混凝土结构内部应力波传播问题。由于聚脲弹性体涂层的存在，将金属芯连接在砂浆基体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多带隙组合调控的混凝土超材料结构，其特征在于，包括砂浆胶凝基体(1)，均匀分布在胶凝基体(1)内部的混凝土超材料杆状件(2)，以及纵向排列在混凝土超材料杆状件(2)中的不同带隙局域共振单元(3)；不同带隙局域共振单元(3)是由砂浆、不同硬段含量半聚脲弹性体包覆金属球芯复合骨料组成的具有负等效质量密度特性的微元体；所述混凝土超材料杆状件是截面半径为15～20mm、标准长度为240mm或370mm的圆截面杆件，其间距为100～400mm，其带隙覆盖频率范围为0～40kHz；所述半聚脲弹性体材料包裹层厚度为金属球芯半径的1/7～1/3。2.根据权利要求1所述的多带隙组合调控的聚脲包覆金属芯骨料配置混凝土超材料结构，其特征在于，以质量百分数计，砂浆胶凝基体由31.28～37.64％PO52.5普通硅酸盐水泥、52.47～59.24％石英砂细骨料、0.1～0.2％石灰王、0.05～0.1％分散剂和11.09～14.21％水均匀混合制备而成。3.根据权利要求1所述的多带隙组合调控的聚脲包覆金属芯骨料配置混凝土超材料结构，其特征在于，金属芯体为密度大于7.5g/cm3的重金属球状芯，主要涉及铜、铁、汞、铅、镉中的一种或一种以上。4.根据权利要求1所述的多带隙组合调控的聚脲包覆金属芯骨料配置混凝土超材料结构，其特征在于，半聚脲弹性体材料分子链中硬段含量为38～49％，合成半聚脲的原料包含A组分与B组分两部分，其合成比例为A:B＝1:(0.95～1.1)；所述A组分最优
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NCO含量为14.5～21％，以质量百分数计，其由28～33％二异氰酸酯、33～38％聚醚多元醇、30～35％聚酯多元醇以及0.1～0.3％有机锡催化剂混合反应制得；所述B组分由55～60％端氨基聚醚、20～25％胺类扩链剂、12～18％醇类扩链剂以及3～6％助剂均匀混合而得；所述助剂为偶联剂、流平剂、分散剂和脱泡剂。5.根据权利要求1
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4任一项所述的制备多带隙组合调控的混凝土超材料结构方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)所述混凝土超...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭辉，尹明升，邓妍池，孙亚斌，岳建鑫，陈玉，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：