[发明专利]具有负泊松比效应的防爆多孔混凝土及其制备方法

说明书

本发明公开了具有负泊松比效应的防爆多孔混凝土，所述防爆多孔混凝土具备连通孔结构或者内凹孔结构。所述防爆多孔混凝土，由以下几种组分制备得到：胶凝材料、减水剂、激发剂、稳泡剂和发泡剂；按重量份数计，所述发泡剂的用量为所述胶凝材料的3‑14％，所述发泡剂和稳泡剂的重量比为0.6‑4.2。本发明还公开了具有负泊松比效应的防爆多孔混凝土的制备方法。本发明制备具有连通孔结构与内凹孔结构的多孔混凝土，二者的泊松比值分别为‑0.21与‑0.90，与具有闭孔结构的普通多孔钢筋混凝土相比，其储能模量分别提高261％与372％；从而大幅提升抵抗并吸收爆炸载荷能量的能力，并且很大程度上保持原有结构不被破坏。

技术领域

本发明属于建筑领域，涉及一种多孔混凝土及其制备方法，具体地说，涉及一种具有负泊松比效应的防爆功能多孔混凝土及其制备方法。

背景技术

近年来，国内、国际社会的爆炸事件层出不穷。针对爆炸载荷造成的人身财产破坏，最为直接的措施是设计行之有效的基础设施防爆材料。然而，传统混凝土的设计理念主要是提高自身强度，对于爆炸过程的疏导与能量传递的消除并不能发挥积极作用。而从力学角度分析，爆炸的基本问题是能量而非力。因此，当载荷强度超过强度临界值时，传统混凝土通过直接释放具有巨大动能的混凝土碎块或金属破片等爆炸产物，实现能量释放，因此，极易造成对人身财产的二次伤害。目前，建筑行业对多孔混凝土更多的要求是轻质；虽然其防爆性能的研发也有所报道，但仍然局限在通过提高自身强度来实现抗爆。此外，用于填充墙等建筑结构的多孔混凝土的孔隙设计主要集中在孔隙尺寸大小与分布控制，对孔隙的形态并无关注。

泊松比是指拉伸试验中材料横向应变与纵向应变比值的相反数，泊松比是反映材料性质的一个重要参数。泊松比越小，材料在拉伸过程中横向应变越大；相反，则越小。一般材料的泊松比在0至0.7之间。普通材料在受到纵向应力作用时出现细颈现象，其泊松比为正值。负泊松比材料，即拉胀材料(Auxetic，源自希腊语)，该类材料受拉伸时在弹性范围内横向发生膨胀，受压缩时材料的横向反而发生收缩，有效抵抗剪切力，大大吸收外部释放的能量。负泊松比材料凭借其负泊松比效应，具备优异的弹性模量、抗断裂性能及回弹韧性。负泊松比材料的发展已经有30余年，其应用主要集中在泡沫材料、腰椎间盘置换材料、人工血管替代材料等领域。在防爆领域，曾有人将窗帘设计出负泊松比效应以实现防爆目的。然而，在建筑领域，目前还没有负泊松比混凝土的相关报道，将其应用于防爆工程更是闻所未闻。

为解决传统混凝土在防爆方面的缺陷，实现安全有效的减少爆炸造成的损失的目的，本发明拟将“负泊松比效应”的概念引入混凝土结构材料领域。将具备防爆功能的负泊松比混凝土应用于民用、军用建筑物墙体或天然气、石油等工业管道，使得其经受爆炸载荷作用时，墙体或管道在爆炸脉冲的法向方向发生收缩而非膨胀。

发明内容

针对现有混凝土在防爆方面的所存在的问题，本发明所述的防爆多孔混凝土通过负泊松比效应设计，可以有效抵抗并吸收爆炸载荷能量，从而实现对建筑结构及其内部人身财产安全最大限度的保护。

本发明的技术方案：

具有负泊松比效应的防爆多孔混凝土，所述防爆多孔混凝土具备连通孔结构或者内凹孔结构。