一种用于涉水建筑物的抗冲击复合防护结构的制作方法

本发明涉及涉水建筑物水下冲击防护技术领域，具体为一种用于涉水建筑物的抗冲击复合防护结构。

背景技术：

随着现代武器技术的快速发展，水下炸弹、鱼雷以及精准制导武器等军事武器的爆炸威力越来越大；且近年来，水下隧洞修建、水下构筑物拆除等水下爆破工程的数量日益增加，临近的涉水建筑物被爆炸冲击波及，存在安全隐患；与此同时，水下爆炸荷载相较于空中爆炸而言，对涉水建筑物威胁更大，其冲击波峰值压力平均为空中爆炸冲击波峰值压力的40^～60倍，且在爆炸之后存在气泡二次压力脉冲，释放大量能量，对不设防或防护较弱的涉水建筑物可造成严重破坏。目前，爆炸荷载的冲击已对重要涉水建筑物的安全构成巨大威胁，重大工程的抗爆抗冲击防护给工程界和学术界提出了迫切的要求和挑战。

目前，关于涉水建筑物对水下冲击波的防护技术的研究还较为缺乏，传统水下爆炸防护中采用的多层复合结构多存在密度大、抗渗性差、抗冲击效果较弱以及施工困难等问题；此外，对水下冲击波的防护也有采用气泡帷幕技术，气泡帷幕是由位于水底的喷气管喷出压缩空气，在水域中形成的气液两相流，利用不同介质间的阻抗突变，减缓冲击波的传播。但在该技术中，为保证气泡帷幕有足够的密度，通常需要布置多台大功率的空气压缩机同时工作，耗能较高，且对冲击波部分频率的能量的削减效果较弱。

因此，亟需一种抗冲击消能效果显著且方便施工的涉水建筑物抗冲击防护结构。

技术实现要素：

针对上述存在问题，本发明的目的在于提供一种抗冲击消能效果显著且方便施工用于涉水建筑物的抗冲击复合防护结构，以解决传统水下爆炸防护中耗能高，且对冲击波部分频率的能量的削减效果较差的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于涉水建筑物的抗冲击复合防护结构，包括复合材料层以及固定在所述复合材料层底部的若干个吸盘，所述复合材料层由以改性空心玻璃微珠为填料的泡沫橡胶超弹性材料构成，所述改性空心玻璃微珠占复合材料层的体积比为15％以上，保证复合材料层中具有足够的密封气体用于反射爆炸冲击波。

进一步，所述吸盘的侧壁上设有若干通气孔以及与所述通气孔吻合的气孔塞，所述气孔塞可从所述通气孔中拆卸出来。

进一步，所述单个吸盘可承受的荷载不低于3kg。

进一步，所述吸盘顶部设置连接端，所述连接端将吸盘固定在所述复合材料层底部。

进一步,所述复合材料层的底部表面设置均匀分布的螺孔，所述吸盘的连接端上设置对应的吸盘螺孔，所述吸盘与复合材料层通过高强螺丝连接。

进一步，所述复合材料层中的泡沫橡胶超弹性材料的扯断强度大于3.5mpa，拉断伸长率大于300％。

进一步，所述复合材料层中的空心玻璃微珠为经过硅烷偶联剂g-570进行改性处理的改性空心玻璃微珠，粒径在50-120μm之间，抗压强度大于25mpa。

进一步，所述改性空心玻璃微珠通过以下方法步骤制备：

s1.将空心玻璃微珠放入真空干燥箱中经过80℃12h处理，除去其中的水分；

s2.将硅烷偶联剂g-570加入1000ml无水乙醇中搅拌1h配制成质量分数为2％的溶液；

s3.称取100g干燥的空心玻璃微珠放入硅烷偶联剂g-570的乙醇溶液中，在80℃下强力地机械搅拌1h；

s4.将上述悬浮液过滤，将滤出的改性空心玻璃微珠放置于90℃的真空烘箱中，加热2h使其充分反应。

进一步，所述复合材料层通过以下方法步骤制备:

s1.在常温条件下在开炼机上加入橡胶塑炼至包辊；

s2.按照重量份数丁苯橡胶100份，改性空心玻璃微珠20份，氧化锌3份，硬脂酸1份，硫磺1.8份，促进剂cz1.2份，防老剂ippd1份，防老剂rd1份的比例加入所述开炼机中混炼均匀；

s4.将辊距调到最小打包4～5次，调整至适宜辊距后下片；

s5.将混炼胶于平板硫化机上145℃硫化25分钟，制备得复合材料试样。

进一步，所述复合材料层可事先预制为不同大小的常规形状的板块，使用时便于快捷拼装。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.本发明首先利用复合材料层中橡胶超弹性材料的大变形特性进行爆炸冲击波能量耗散，当爆炸冲击波传到橡胶材料内部时，利用橡胶材料中改性空心玻璃微珠密封气体与周围介质波阻抗失配原理，反射冲击波传播，进一步减缓爆炸冲击波在涉水建筑物中的传播，综合消能效果显著，从而有效保护涉水建筑物的安全。

2.本发明中的复合材料层可在施工使用前，事先预制成工程需要的形状与规模的板块，在施工时直接对各板块进行拼接粘附，可减少施工操作难度，提高施工效率。

3.本发明设置自带通气孔的吸盘，也可减少本结构应用过程中的施工难度，只需将本结构吸附在需要防护的建筑物表面即可；当结构构件需要拆卸时，只需通过通气孔向吸盘内注入空气便可轻松实现，同时大大减少了对涉水建筑物的损伤。

4.本发明除了能够用于涉水建筑物抵抗水下爆炸荷载冲击之外，还能用于减小船舶撞击等意外事故造成的涉水建筑物损坏，适用范围及用途广泛。

附图说明

图1为本发明一种用于涉水建筑物的抗冲击复合防护结构实施例1的结构剖面示意图；

图2为本发明的复合材料层一侧表面的吸盘分布示意图；

图3为本发明的吸盘结构剖面示意图；

图4为本发明中复合材料层单元体抵抗冲击波的原理示意图；

其中:

1—复合材料层，2—吸盘，3—涉水建筑物，4—爆源，5—吸盘连接端，6—吸盘螺孔，7—通气孔，8—空心玻璃微珠，9—入射波，10—反射波，11-气孔塞。

具体实施方式

本发明提供一种用于涉水建筑物的抗冲击复合防护结构。为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例1：

如图1-3所示，若干个吸盘2固定在复合材料层1的底部，复合材料层由以改性空心玻璃微珠为填料的泡沫橡胶超弹性材料构成，所述改性空心玻璃微珠占复合材料层的体积比为15％以上，保证复合材料层中具有足够的密封气体用于反射爆炸冲击波。

如图3所示，吸盘2顶部设置连接端5，所述连接端5将吸盘固定在所述复合材料层1底部；吸盘2的侧壁上设有若干通气孔7以及与所述通气孔吻合的气孔塞11，所述气孔塞11可从所述通气孔中拆卸出来。

如图2和图3所示，复合材料层1的底部表面设置均匀分布的螺孔，所述吸盘2的连接端5上设置对应的吸盘螺孔6，所述吸盘与复合材料层通过高强螺丝连接。

在本发明实施例中，所述单个吸盘2可承受的荷载不低于3kg；复合材料层1中的泡沫橡胶超弹性材料的扯断强度大于3.5mpa，拉断伸长率大于300％。

在上述实施例中，复合材料层1由以改性空心玻璃微珠8为填料而形成的泡沫橡胶超弹性材料构成，各组成成分按如下重量份制备：丁苯橡胶100份，空心玻璃微珠20份，氧化锌3份，硬脂酸1份，硫磺1.8份，促进剂cz1.2份，防老剂ippd1份，防老剂rd1份。其中，作为填料的空心玻璃微珠8为事先经过硅烷偶联剂g-570进行改性处理的改性空心玻璃微珠,粒径在50-120μm之间，抗压强度大于25mpa。

改性空心玻璃微珠具体制备工艺如下：首先将空心玻璃微珠放入真空干燥箱中经过80℃12h处理，除去其中的水分，将硅烷偶联剂g-570加入1000ml的无水乙醇中搅拌1h配制成质量分数为2％的溶液,称取100g干燥的空心玻璃微珠放入硅烷偶联剂g-570的乙醇溶液中，在80℃下强力地机械搅拌1h；将该悬浮液过滤，将滤出的改性空心玻璃微珠放置于90℃的真空烘箱中，加热2h使其充分反应，取出后备用。

得到改性空心玻璃微珠后，在常温条件下在开炼机上加入橡胶塑炼至包辊，分别加入改性空心玻璃微珠与其它配合剂混炼均匀，将辊距调到最小打包4～5次，调整至适宜辊距后下片。将混炼胶于平板硫化机上145℃硫化25分钟，制备得复合材料试样。

当复合材料层1按上述原料制备后，可根据具体工程的需求事先预制相应规模和形状的板块，同时在板块一侧表面布设均匀分布的螺孔，以便之后固定吸盘2。

当本发明用于工作时，将固定在复合材料层1一侧表面的吸盘2侧朝内吸附在涉水建筑物3表面，利用真空发生器使吸盘内到达满足吸附条件的负压状态，利用气孔塞11密封吸盘2，使结构稳固吸附在建筑物表面，投入防护工作。

如图4所示，以一个在建的100米高的混凝土重力坝为例，事先预制厚度5cm，尺寸50cm×50cm的复合材料层板块，在施工时以类似铺设瓷砖的方式，通过吸盘2将每个预制板块直接吸附铺设在坝体需要防护的面层上，同时保证吸盘的数量和吸力能使复合材料层板块稳固粘附在涉水建筑物表面。

当冲击波来临时，复合材料层1中橡胶超弹性材料首先受到冲击产生大变形，耗散大量爆炸冲击波能量，当爆炸冲击波传到橡胶材料内部时，橡胶材料中改性空心玻璃微8内的密封气体与周围介质存在波阻抗失配，进而反射冲击波传播，将入射波9进行反射变成反射波10，进一步减缓爆炸冲击波在涉水建筑物中的传播，使得削弱后的冲击波对涉水建筑物已不足以构成威胁。

当本结构构件损坏需要拆卸时，可通过吸盘的通气孔向吸盘内注入空气使其脱落，实现无损伤便捷拆卸。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为其中的一种实施例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。