一种聚脲涂层抗爆检测系统及其检测方法

本发明属于建筑防爆抗爆，具体地，涉及一种聚脲涂层抗爆检测系统及其检测方法。

背景技术：

1、氢能作为绿色低碳的二次能源逐渐受到世界各国的重视。但氢气的物理化学性质及其高压储存方式决定了氢气的危险性一旦氢气持续泄漏，在立即点火的情况下就会形成喷射火焰；如果喷射流遇到障碍物或在密闭空间内聚集，就会形成可燃气体云(氢气体积分数在4％至75％之间)。如果易燃气体中存在火源，在某些情况下会发生爆炸，过高的压力会对加氢站内的设备和人员造成伤害。在密闭空间中，由于爆炸极限较宽，氢气可能被引爆。在开放空间，由于密度比空气低，氢气会迅速扩散并向上升腾，因此氢气爆炸的概率大大降低。许多研究都侧重于对不同类型的氢气站进行风险评估和安全研究，但未考虑对建筑物进行爆炸事故预防。氢能工程中常采用钢筋混凝土结构，混凝土因其高抗压强度和易浇筑成型的特点被广泛应用于各类军民建筑工程。而普通混凝土的准脆性特质尤其是在拉伸状态下的脆性破坏行为，使得氢气爆炸冲击荷载作用在钢筋混凝土结构时，其对爆炸冲击波的防护作用有限、抗爆效果差。目前也有通过钢板加固或纤维复合板加固来提高其抗爆能力，但传统的加固方式施工工艺复杂，养护成本较高，抗爆效果不够理想。一旦防护结构发生断裂破坏，在冲击波作用下，将产生大量的高速破片，造成更为严重的损失。因此，寻找一种可提高建筑的抗冲击性能，同时减少断裂破坏后高速碎片对周围人员及物体造成的伤害的复合材料应用于水泥基建筑材料防护，是应急安全领域亟须研究的重要课题，具有极大的安全意义以及社会效益。

2、聚脲具有高强度、高韧性以及优异的抗冲击性能，且成本低、施工便捷，可以对结构进行有效防护，聚脲涂层加固的墙体具有良好的抗爆能力。我国目前抗爆涂层研发团队约十多家，多为应用型，有国军标专业抗爆防护产品研发单位不足5家。国内近几年也在军用装备和国防工程上喷涂抗爆涂层进行过很多防弹抗爆试验，结果表明抗爆涂层具有明显的抗爆防护效果。但是，防弹抗爆试验使用的试验场地和墙体尺寸都较大，爆破药品tnt的使用量也相应增多，使得防弹抗爆试验的成本高昂。因此，亟需提供一种占地面积小、爆破药品使用量少的聚脲涂层抗爆检测方法和检测系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种聚脲涂层抗爆检测系统及其检测方法，。

2、本发明要解决的技术问题：目前防弹抗爆试验使用的试验场地和墙体尺寸都较大，爆破药品tnt的使用量也相应增多，使得防弹抗爆试验的成本高昂。

3、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

4、一种聚脲涂层抗爆检测系统，包括：浓度试验单元，用于记录氢气在注入和放置过程中的浓度分布变化规律；爆炸试验单元，用于进行氢气云爆炸试验；所述浓度试验单元，包括：爆炸试验箱、氢气储存装置、质量流量计、氢气注入口、点火系统、数据采集装置、压力传感器、泄压口、高速摄像机、尾气处理装置和设置在爆炸试验箱内部的中央垂直杆，所述中央垂直杆上设置有五个浓度传感器，用于记录不同时刻氢气云的浓度分布情况；将浓度试验单元设置的设置有五个浓度传感器的中央垂直杆取出，即为爆炸试验单元。

5、本发明在完成浓度试验后去除设置有五个浓度传感器的中央垂直杆，再进行爆炸试验，其目的在于防止爆炸试验损害浓度传感器。

6、进一步地，五个浓度传感器分别设置在距离中央垂直杆底部5厘米、12.5厘米、20厘米、27.5厘米和35厘米的位置。

7、进一步地，爆炸试验箱的顶部和四个侧面均为水泥板，所述水泥板的外表面涂覆有聚脲涂层，所述爆炸试验箱的底部固定连接在支撑台上，以所述支撑台的台面作为爆炸试验箱的底部，所述支撑台为铁制支撑台；所述爆炸试验箱用于测试涂覆有聚脲涂层的建筑材料的抗爆性能。

8、进一步地，爆炸试验箱的体积为40cm×40cm×40cm。

9、进一步地，质量流量计的一端与氢气储存装置相连通，所述质量流量计的另一端与氢气注入口相连通，用于控制氢气注入速率。

10、进一步地，氢气注入口的直径为10mm，其设置在爆炸试验箱内部，距离爆炸试验箱顶端5cm处。

11、进一步地，点火系统包括点火器，所述点火器安装在爆炸试验箱的中心，用于对爆炸试验箱内的氢气云进行点火。

12、进一步地，点火器采用ktd-a可调式点火器，所述ktd-a可调式点火器采用的电极为耐高温点火电极。

13、进一步地，压力传感器设置有三个，分别设置在距离爆炸试验箱中心60厘米、100厘米和140厘米处，用于记录爆炸超压；所述压力传感器与数据采集装置相连。

14、进一步地，泄压口设置在爆炸试验箱的底部，直径为16毫米，用于排出多余的空气。

15、进一步地，高速摄像机用于拍摄爆炸试验箱内氢气云爆炸时的火焰，所述高速摄像机的输出端与数据采集装置相连。

16、一种聚脲涂层抗爆检测方法，包括以下步骤：

17、a1、制备爆炸试验箱：采用m5混合水泥砂浆制备水泥板，待水泥板成型养护1天后，在水泥板的外表面先喷涂或滚涂抗爆涂层厂家配套专用底涂，待底涂表干不沾手后采用抗爆涂层专用喷涂机喷涂聚脲涂层，然后将涂覆有聚脲涂层的水泥板安装成爆炸试验箱；

18、进一步地，步骤a1中，水泥板的长宽为40cm×40cm，厚度为3-8mm。

19、进一步地，步骤a1中，聚脲涂层的厚度为2-6mm。

20、a2、浓度试验：将爆炸试验箱安装固定在支撑台上，打开氢气储存装置的开关和单向阀，氢气通过氢气注入口进入爆炸试验箱中，通过质量流量计控制爆炸试验箱中氢气的注入速率，在氢气注入过程中，将电磁阀打开，以排出多余的空气，当爆炸试验箱中氢气的体积浓度达到设定值时，关闭单向阀和电磁阀，在爆炸试验箱中形成氢气云，通过浓度传感器的数据确定氢气云浓度保持稳定的时间，并将该时间确定为点火时间；

21、上述操作过程中，以氢气云浓度保持稳定的时间为点火时间是因为，该时间下氢气云爆炸产生的压强最大，还因为该时间下试验具有高可重复性。

22、a3、爆炸试验：浓度试验结束后，将爆炸试验箱中注入的氢气从泄压口导出并导入尾气处理装置进行尾气处理；将安装有五个浓度传感器的中央垂直杆取出，打开单向阀，氢气通过氢气注入口进入爆炸试验箱中，通过质量流量计控制爆炸试验箱中氢气的注入速率，在氢气注入过程中，将电磁阀打开，以排出多余的空气；当爆炸试验箱中氢气的体积浓度达到设定值时，关闭单向阀和电磁阀，待点火时间到达时，通过点火器进行点火，利用压力传感器和高速摄像机记录爆炸过程产生的超压和火焰行为，观察爆炸发生后涂覆或未涂覆聚脲涂层的水泥板的破损情况。

23、进一步地，步骤a2或a3中，氢气的体积浓度为4-75.6％。

24、进一步地，步骤a2或a3中，氢气的体积浓度优选为30-42％。

25、本发明的有益效果：

26、(1)本发明技术方案中，试验场地小，爆炸试验箱的体积仅为40cm×40cm×40cm，无需砌墙即能进行涂覆聚脲涂层建筑物的抗爆性能测试，大大降低了试验成本。

27、(2)本发明技术方案中，提供的检测方法操作简单，试验设备运输方便，具有广阔的应用前景。