CN103508715A - 一种抗冲击波缓冲材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于泡沫材料制备工艺领域，涉及一种抗冲击波缓冲材料的制备方法；主要原料为膨胀珍珠岩，胶结材料为32.5R普通硅酸盐水泥；发泡剂为表面活性类发泡剂；水泥与膨胀珍珠岩的体积比为1∶1～1∶5；水与水泥的质量比为0.55∶1～0.75∶1；发泡剂的质量为水质量的0.5%～1.5%；利用总水量的1/4～1/6掺入发泡剂溶解后制成泡沫浆；在搅拌筒中加入剩余的用水量和水泥，搅拌后将膨胀珍珠岩加入搅拌筒中搅拌；将预制好的泡沫浆倒入搅拌桶内搅拌后，制成抗冲击波缓冲材料。本发明制作的抗冲击波缓冲材料具有优良的弹塑性性能，提高材料的稳定性和变形能力，实现降低冲击波对结构破坏作用。
Description
技术领域
本发明属于泡沫材料制备工艺领域，主要涉及到一种抗冲击波缓冲材料的制备方法。
背景技术
***是当代***经常使用的手段，***恐怖活动不仅会造成大量人员伤亡和财产损失，并且会对建筑结构安全可靠性造成威胁。建筑结构大都以混凝土材料构筑，当前提高结构抗爆等级的首选措施为增加结构物的厚度，这种措施具有成本高、施工难度大等缺点，并且仅适用于新建结构。
国内外研究表明，采用缓冲材料可以大幅度提高结构的抗爆能力。在缓冲材料中，泡沫材料是一种良好缓冲吸能材料。泡沫材料的在压缩过程中分为上升段、平台段和硬化段等三个阶段，由于泡沫材料平台段的应力远小于材料本身的屈服强度，在应力不高的情况下通过自身的大变形消耗大量的功，将***冲击波能量转变为结构中泡孔的变形、坍塌、破裂、胞壁摩擦等所耗散的能量，有效地吸收外界的冲击能量。泡沫材料的平台段吸收能量越多，则传给结构的荷载越少，实现保护建筑结构的作用，泡沫材料在较低应力水平下吸收大量冲击能量的特性正是其作为缓冲材料的原因，已有的研究成果表明泡沫材料的能量吸收能力与其密度密切相关，理想的密度应当是材料的平台应力正好低于混凝土结构的应力许可值。因此，利用泡沫材料的这种力学特性研制一种合理密度适合缓冲***冲击波荷载的材料，对保护已有建筑结构安全很有必要。
发明内容
针对恐怖***日益严重得趋势，本发明的目的就是提供一种抗冲击波缓冲材料的制备方法，使制备的抗冲击波缓冲材料，实现消减***空气冲击波峰荷载峰值，延长荷载作用时间，将***荷载转变为近似准静态荷载，达到保护主体结构的目的。
本发明完成其发明任务采取如下技术方案：
一种抗冲击波缓冲材料的制备方法，包括原材料的选择，配合比选择和制备工艺；
所述的原材料主要为膨胀珍珠岩，密度为50~85Kg/m3，粒径为1~5mm；胶结材料为32.5R普通硅酸盐水泥；发泡剂为表面活性类发泡剂，该种发泡剂降低混合物的表面张力，促使空气进入混合物内，产生大量均匀稳定的泡沫，能够进一步降低抗冲击缓冲材料的容重，提高变形性能，降低材料的屈服应力；
所述发泡剂可以是十二烷基苯磺酸钠、尼纳尔、十二醇硫酸钠和松香胶等表面活性类发泡剂，或它们之间两种或三种或四种的复合；经过研究并通过试验表明了利用十二烷基苯磺酸钠、尼纳尔、十二醇硫酸钠和松香胶等表面活性类发泡剂，能够制成孔径均匀，各级孔体积含量比较平缓，压缩屈服应力合适的抗冲击缓冲材料；
所述的配合比为水泥与膨胀珍珠岩的体积比为1:1~1:5；水与水泥的质量比为0.55:1~0.75:1；发泡剂的质量为水质量的0.5%~1.5%；
所述的制备工艺：a）利用总水量的1/4~1/6掺入发泡剂溶解后制成泡沫浆；b）在搅拌筒中加入剩余的用水量和水泥，搅拌；c） 将膨胀珍珠岩加入搅拌筒中搅拌；d）将步骤a预制好的泡沫浆倒入搅拌桶内搅拌，即可制成抗冲击波缓冲材料。
膨胀珍珠岩是珍珠岩矿砂经预热，瞬时高温焙烧膨胀后制成的一种内部为蜂窝结构的松散材料。在制备过程中由于经过急速加热，致使矿砂中水分蒸发，在软化的含有玻璃质的矿砂内部膨胀，体积膨胀10~30陪，利用该种材料上述特点制作的材料具有孔隙率高、孔壁薄等特点，但单纯地利用膨胀珍珠岩制作出的材料具有力学性能不稳定，屈服应力过大，不能有效地缓冲***冲击波荷载。但在制作时掺入泡沫剂可以有效提高材料力学性能稳定性和降低制作难度。在相同的原料、配比、相同的制备方法和工艺条件下，采用不同的泡沫剂制作出的材料总孔隙率很相近，但气孔孔径大小和分布以及压缩屈服应力是不一样的，因此必须选用合适的发泡剂来制作抗冲击波缓冲材料以适应***冲击波荷载的特点。为了实现对冲击波荷载的有效缓冲和衰减，本发明利用膨胀珍珠岩作为主要原料，选用合适的发泡剂及合理的工艺研制一种制作方便、成本低廉、力学性能稳定的缓冲材料，达到对***冲击波荷载的衰减作用，实现保护混凝土主体结构安全的目的。
利用本发明制作的抗冲击波缓冲材料具有优良的弹塑性性能，提高材料的稳定性和变形能力，很好起到了抗冲击波缓冲作用，实现降低冲击波对结构破坏作用；同时该种材料具有保温效果好、成本低、制备简单、质量轻、性价比高等优点。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的制备方法做进一步详细说明。
实施例1
以密度为50Kg/m3，粒径为1~2mm膨胀珍珠岩作为骨料，以32.5R普通硅酸盐水泥作为胶结料，按照水泥与膨胀珍珠岩的体积比1:1配合比制备，水与水泥的质量比取0.55:1；以十二烷基苯磺酸纳为发泡剂，十二烷基苯磺酸纳的质量为水质量的0.5%。在制作过程中，首先用总水量的1/3掺十二烷基苯磺酸纳溶解后制成泡沫浆；在水泥搅拌筒中加入剩余的用水量和水泥，搅拌2分钟，然后加入膨胀珍珠岩搅拌2分钟，将预制好的泡沫浆倒入搅拌桶内搅拌4分钟后制成抗冲击波缓冲材料。本实施例制备出密度为985.6Kg/m3，孔隙率为55.6%，屈服应力为6.83MPa的抗冲击波缓冲材料。
实施例2
以密度为60Kg/m3，粒径为4~5mm膨胀珍珠岩作为骨料，以32.5R普通硅酸盐水泥作为胶结料，按照水泥与膨胀珍珠岩的体积比1:2配合比制备，水与水泥的质量比取0.6:1；以十二烷基苯磺酸纳和尼纳尔复合作为发泡剂，十二烷基苯磺酸纳的质量为水质量的0.5%，尼纳尔的质量为水质量的0.25%。在制作过程中，首先用总水量的1/5掺十二烷基苯磺酸纳和尼纳尔复合泡沫剂溶解后制成泡沫浆；在水泥搅拌筒中加入剩余的用水量和水泥，搅拌1分钟，然后加入膨胀珍珠岩搅拌1分钟，将预制好的泡沫浆倒入搅拌桶内搅拌1分钟后制成抗冲击波缓冲材料。本实施例制备出密度为828.20Kg/m3，孔隙率为62.7%，屈服应力为3.23MPa的抗冲击波缓冲材料。
实施例3
以密度为70Kg/m3，粒径为3~4mm膨胀珍珠岩作为骨料，以32.5R普通硅酸盐水泥作为胶结料，按照水泥与膨胀珍珠岩的体积1:3配合比制备，水与水泥的质量比取0.7:1；以十二醇硫酸钠和尼纳尔复合作为发泡剂，十二醇硫酸钠的质量为水质量的0.6%，尼纳尔的质量为水质量的0.3%。在制作过程中，首先用总水量的1/4掺十二醇硫酸钠和的尼纳尔复合泡沫剂溶解后制成泡沫浆；在水泥搅拌筒中加入剩余的用水量和水泥，搅拌3分钟，然后加入膨胀珍珠岩搅拌1分钟，将预制好的泡沫浆倒入搅拌桶内搅拌1分钟后制成抗冲击波缓冲材料。本实例制备出密度为635.35Kg/m3，孔隙率为71.4%，屈服应力为1.03MPa的抗冲击波缓冲材料。
实施例4
以密度为55Kg/m3，粒径为2~3mm膨胀珍珠岩作为骨料，以32.5R普通硅酸盐水泥作为胶结料，按照水泥与膨胀珍珠岩的体积1:5配合比制备，水与水泥的质量比取0.75:1；以松香胶作为发泡剂，松香胶的质量为水质量的0.8%。在制作过程中，首先用总水量的1/6掺松香胶泡沫剂溶解后制成泡沫浆；在水泥搅拌筒中加入剩余的用水量和水泥，搅拌4分钟，然后加入膨胀珍珠岩搅拌2分钟，将预制好的泡沫浆倒入搅拌桶内搅拌1分钟后制成抗冲击波缓冲材料。本实例制备出密度为895.05Kg/m3，孔隙率为59.7%，屈服应力为4.53MPa的抗冲击波缓冲材料。
实施例5
以密度为50Kg/m3，粒径为1~2mm膨胀珍珠岩作为骨料，以32.5R普通硅酸盐水泥作为胶结料，按照水泥与膨胀珍珠岩的体积比1:5配合比制备，水与水泥的质量比取0.7:1；以十二醇硫酸钠为发泡剂，十二醇硫酸钠的质量为水质量的1.5%。在制作过程中，首先用总水量的1/5掺十二醇硫酸钠溶解后制成泡沫浆；在水泥搅拌筒中加入剩余的用水量和水泥，搅拌1分钟，然后加入膨胀珍珠岩搅拌2分钟，将预制好的泡沫浆倒入搅拌桶内搅拌3分钟后制成抗冲击波缓冲材料。本实施例制备出密度为768.34Kg/m3，孔隙率为65.4%，屈服应力为2.34MPa的抗冲击波缓冲材料。
Claims (2)
1.一种抗冲击波缓冲材料的制备方法，其特征在于：所述缓冲材料的的主要原料为膨胀珍珠岩，密度为50~85Kg/m3，粒径1~5mm；胶结材料为32.5R普通硅酸盐水泥；发泡剂为表面活性类发泡剂；水泥与膨胀珍珠岩的体积比为1:1~1:5；水与水泥的质量比为0.55：1~0.75：1；发泡剂的质量为水质量的0.5%~1.5%；所述缓冲材料的的制备工艺：a）利用总水量的1/4~1/6掺入发泡剂溶解后制成泡沫浆；b）在搅拌筒中加入剩余的用水量和水泥，搅拌；c） 将膨胀珍珠岩加入搅拌筒中搅拌；d）将步骤a）预制好的泡沫浆倒入搅拌桶内搅拌后，即可制成抗冲击波缓冲材料。
2.按照权利要求1所述的抗冲击波缓冲材料的制备方法，其特征在于：所述表面活性类发泡剂是十二烷基苯磺酸钠或尼纳尔或十二醇硫酸钠或松香胶，或它们之间两种或三种或四种的复合。
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