本文借助动态热机械实验,研究Qtech T26抗爆型聚脲(简称为T26聚脲)的动态热机械性能;采用10 kg三硝基甲苯(trinitrotoluene,TNT)接触爆炸试验,研究T26聚脲防护钢筋混凝土板在接触爆炸作用下的防护性能;基于Williams-Landel-Ferry方程拟合T26聚脲的损耗模量、储能模量和损耗因子主曲线,并采用扫描电子显微镜对涂层防护钢筋混凝土板迎爆面和背爆面涂层的典型区域进行微观断口形貌分析,探讨其断裂机制。结果表明:T26聚脲受频率影响明显,在热机械性能层面印证了T26聚脲的应变率敏感性;在外界荷载作用频率大于等于1 000 Hz时,T26聚脲的损耗因子保持在0.24以上,吸能效率高;喷涂10 mm T26聚脲涂层的钢筋混凝土板在10 kg TNT接触爆炸破坏下,背爆面涂层完整,无任何破片飞出;迎爆面T26聚脲与混凝土未脱离,T26聚脲与混凝土界面之间在表面处理之后附着力较好,在爆炸产生的拉伸波作用下,涂层与混凝土间仍有良好的附着性。T26聚脲在爆炸荷载作用下的断裂机制表现为高温力学性能失效机制、高温与冲击荷载耦合断裂机制、高速荷载脆性断裂机制和拉伸断裂机制;背爆面最大变形区域为纵向变形区域外侧的圆环区,背爆面中心区域在防护过程中承受高应变率荷载,出现少量脆性破坏。T26聚脲实现了接触爆炸零破片的防护效果,这一效果对实际工程中结构爆炸防破片具有极高的应用价值。
为研究爆炸载荷下喷涂抗爆型聚脲QtechT26(T26)对钢筋混凝土板的防护效果,对T26进行热重分析(TGA),研究了其在高温环境下的热稳定性能;对T26涂层钢筋混凝土板开展了非接触爆炸试验,结合扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR),获得了在10 kg TNT作用下结构的宏观破坏模式和涂层的微观损伤行为;利用LS-NYNA对试验过程进行了数值模拟并与试验结果对比,分析了T26涂层对钢筋混凝土板抗爆性能的影响以及涂层的耗能机理。研究结果表明:T26的初始降解温度为265℃,最终降解温度为510℃,开始降解和降解结束时的温度均较高,具有良好的热稳定性;T26涂层钢筋混凝土板的主要破坏模式是迎爆面涂层产生了局部撕裂破坏并呈现高温烧蚀状,背面和侧面的涂层无破坏,内部钢筋混凝土板未发生明显变形;在爆炸冲击波和高温的耦合作用下,T26涂层的断面和表面出现了大量的熔融絮状物和撕裂状裂纹,且表面的总氢键化程度和完善氢键化程度与爆炸前相比分别下降了21.5%、18.2%;数值模拟与试验结果吻合度较高,表明数值模型具有可靠性,数值模拟下的T26涂层钢筋混凝土板可以吸收和转化更多的能量,抗爆效果更好。爆炸试验和数值模拟结果均证明了T26涂层可有效增强钢筋混凝土板的抗爆性能,可为聚脲在抗爆领域的研究提供重要参考。
