超高性能水泥基复合材料抗多次侵彻性能研究

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1、第33卷第6期爆炸与冲击VoL33，No．62013年11月EXPL0S10NANDSH0CKWAVESNOV．，2013文章编号：1001-1455(2013)06—060l07超高性能水泥基复合材料抗多次侵彻性能研究赖建中，朱耀勇，徐升，过旭佳(南京理工大学材料科学与工程学院，江苏南京210094)摘要：采用普通混凝土成形工艺和热水养护制度，制备出了抗压强度120～250MPa的超高性能水泥基复合材料。‘在获得优异静态力学性能的基础上，进行了超高性能水泥基复合材料抗多次侵彻研究，分析了侵彻过程中的靶体破坏形态。根据获得的侵彻深度数据，在J．T．Gomez等提出的多

2、次侵彻模型基础上，修正了与靶体抗压强度有关的多次侵彻深度计算经验方程。关键词：爆炸力学；多次侵彻；经验方程；超高性能水泥基复合材料；侵彻深度中图分类号：O385国标学科代码：13035文献标志码：A随着现代武器的不断升级换代，对军事防护工程提出了更高的要求，如何提高未来军事指挥中心的生存率成了亟待解决的难题。混凝土作为重要的建筑材料，在重要军事建筑和安全设施的建设中发挥着不可替代的作用，如何提高它的抗侵彻性能已成为国防工程研究的一个重要课题。经过多年的研究，混凝土抗侵彻领域已经获得了很大的发展，专家们在不同实验条件下提出了许多相关的模型和经验公式。M．J．Forres

3、tal等_l基于空腔膨胀理论给出了弹丸侵彻混凝土的侵彻阻力模型，并由侵彻实验得到一个半经验半解析模型。J．T．Oomez等[3研究了半无限靶条件下的多次侵彻情况，并提出了与侵彻次数和实验因子相关的多次侵彻深度经验方程。陈小伟等在动能弹侵彻混凝土靶的基础上，开展了动能深侵彻弹弹体结构和混凝土靶体的力学设计和研究。王明洋等[对侵彻过程中的力学特性、能量变化和材料破坏机理进行了研究，提出了侵彻和贯穿问题的比例换算关系，并对国外的侵彻深度经验公式进行了修正和补充。何翔等7]利用高速侵彻设备进行了不同条件下弹体高速侵彻混凝土系列实验，探讨了高速撞击条件下弹体侵彻能力、弹体侵彻稳

4、定性、弹体变形和破坏等问题。对多次侵彻过程中混凝土侵彻深度问题的研究还比较少，本文中旨在研究超高性能水泥基复合材料在多次侵彻下的破坏过程和侵彻深度，并提出相关的计算公式，从而达到预测多次侵彻深度的目的。本文中选择6组昆凝土靶体进行侵彻对比实验分析，从不同尺度和不同体积率钢纤维、高强粗骨料等方面研究超高性能水泥基复合材料的抗侵彻性能，分析多次侵彻条件下不同靶体的破坏形态和侵彻深度。并在J．T．Oomez等研究的基础上，通过拟合实验数据，得到符合实际情况的强度因子，并利用回归分析等数学手段对强度因子进行修正，提出超高性能水泥基复合材料的多次侵彻深度计算经验方程。l实验方法

5、1．1原材料和配合比原材料为：P·II52．5硅酸盐水泥，最大粒径2．5mm的普通黄砂，比表面积为220001TI／kg的硅灰，比表面积大于1000m。／kg的矿渣微粉，减水率≥4o％的聚羧酸高效减水剂，最大粒径16mm的玄武岩粗骨料以及长度为6、13mitt的镀铜钢纤维(纤维直径为0．2mm)。根据静态力学实验，最终优选了表1所示的6组不同配合比的靶体，进行抗多次侵彻实验研究。表中叫⋯训⋯ZU。分别表示水泥、硅*收稿日期：2012-07—05；修回日期：2012—12—10基金项目：国家自然科学基金项目(51278249，50808101)；南京理工大学自主科研专项

6、计划(2011YBXM36)；江苏省土木工程材料重点实验室开放基金项目(2012CEMo3)作者简介：赖建中(1978一)，男，博士，副教授。604爆炸与冲击第33卷第3次侵彻后，靶体MG1．2被击穿，其他靶体的正面也发生了严重的破坏，背面均出现不同程度的裂纹。总体来看，含钢纤维的靶体在抗多次侵彻时有明显的优势。从破坏形态分析得出，各靶体材料均能充分抵抗第1次侵彻冲击。含有钢纤维的靶体，弹丸镶嵌在靶材中，含玄武岩粗骨料的靶体MG1．2中没有弹体嵌入。M。和MG1．2在侵彻后，靶体的正面都出现了大范围的剥落，但是MG1．2侵彻深度较M。小。第1次侵彻后，对于含有相同钢纤

7、维体积率的MSF3和MDSF3靶体，含有长13mm钢纤维的靶体表面剥落的面积小于含有长6rnm钢纤维的靶体。含有粗骨料的MG1．2SF3、MG1．2DSF3靶体的正面剥落面积小于不含粗骨料的MSF3和MDSF3靶体。第2次侵彻后，各靶体的破坏程度增大，正面开坑的面积增加，少量靶体背面出现了裂纹，靶体M。甚至被贯穿，背面出现了大量崩塌。第3次侵彻后，靶体正面开坑的区域进一步增大，背面的微裂纹也逐渐增多。MG1．2靶体在第3次侵彻过程中被击穿，背面剥落程度最大。含有钢纤维的靶体背面出现少量的微细裂纹；同时含有粗骨料和钢纤维的靶体，背面出现了较大的宏观裂纹