[發(fā)明專利]一種防撞阻尼單元結(jié)構(gòu)及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110258274.0
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號(hào): CN113105174B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭麗萍;吳建東;秦姚毅
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B28/02
• 分類號(hào): C04B28/02;E01F15/08;B28B1/00;B28B11/24;B28C5/40
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 蘇虹

本發(fā)明公開了一種防撞阻尼單元結(jié)構(gòu)及其制備方法，采用混凝土材料制備成彈簧形狀，所述混凝土材料采用抗壓強(qiáng)度＞150MPa，單軸壓縮荷載下的延性＞0.3％的超高強(qiáng)度高延性混凝土材料。本發(fā)明以超高強(qiáng)度高延性混凝土材料為基體，結(jié)合彈簧設(shè)計(jì)原則，將混凝土材料制備成彈簧形狀作為公路防撞墻體或護(hù)欄中的阻尼單元結(jié)構(gòu)，能夠耗散由外界猛烈撞擊帶來的高能量，具有良好的緩沖力、反彈力和抗沖擊力，同時(shí)在保證強(qiáng)度和延性的前提下，最大程度的降低原材料的消耗，減少生產(chǎn)成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及防撞設(shè)施技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種阻尼結(jié)構(gòu)單元及其制備方法。

背景技術(shù)

目前，公路防護(hù)墻大多采用剛性材料作為安全設(shè)施。然而，剛性材料的主要目的是保障車輛在發(fā)生撞擊防防護(hù)墻時(shí)避免其突破、下穿、翻越至公路外側(cè)，而對于人員以及車輛的撞擊危害，防護(hù)作用甚微。這主要是由于剛性材料在吸收和耗散由猛烈撞擊引起的高能量方面性能較弱。因此，需要一種既能有效攔截發(fā)生猛烈撞擊的車輛，又能吸收和耗散高能量，從而降低撞擊對人員和車輛帶來的危害。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的之一是提供一種防撞阻尼單元結(jié)構(gòu)，結(jié)合彈簧的設(shè)計(jì)構(gòu)造，將超高強(qiáng)高延性水泥基復(fù)合材料制作成彈簧狀作為阻尼單元結(jié)構(gòu)，在車輛猛烈沖擊的情況下，既能通過材料的多縫開裂和彈簧的形狀效應(yīng)吸收和耗散能量，又能保證一定的剛性；本發(fā)明的目的之二是提供一種防撞阻尼單元結(jié)構(gòu)的制備方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種防撞阻尼單元結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)采用混凝土材料制備成彈簧形狀，所述混凝土材料采用抗壓強(qiáng)度＞150MPa，單軸壓縮荷載下的延性＞0.3％的超高強(qiáng)度高延性混凝土材料。

本發(fā)明的阻尼單元彈簧是以混凝土材料組成，結(jié)合彈簧設(shè)計(jì)原則，將混凝土材料制備成彈簧形狀，混凝土材料以水泥、硅灰、纖維和骨料為原料。

其中，阻尼單元結(jié)構(gòu)的彈簧自由高度H為400-800mm，彈簧的中徑D為200-350mm，彈簧絲的直徑d為20-40mm，有效圈數(shù)n為5-10，節(jié)距t為10-30mm。限定阻尼單元彈簧形狀參數(shù)，一方面有助于實(shí)現(xiàn)材料的應(yīng)變硬化特性，能夠吸收和耗散更多的能量，另一方面，可以通過對形狀參數(shù)配合有效控制材料的生產(chǎn)成本。

其中，以重量份數(shù)計(jì)，上述混凝土材料包括以下組分：水泥55～92份、硅灰8～42份、砂子15～45、水15～22份、纖維1.5～2.4份、減水劑1.2～3.5份、消泡劑1.5～3份。

本發(fā)明的水泥為早強(qiáng)型硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥中的至少一種或兩種以上復(fù)合，且水泥28天抗壓強(qiáng)度≥52.5MPa，抗折強(qiáng)度≥7MPa。限定水泥的品種和28天抗壓強(qiáng)度≥52.5MPa，抗折強(qiáng)度≥7MPa，主要是保證超高強(qiáng)度高延性混凝土材料具有超高強(qiáng)度，如果超出限定范圍，會(huì)對超高強(qiáng)度高延性混凝土材料的強(qiáng)度造成影響。

本發(fā)明的硅灰為質(zhì)量百分比大于90％的二氧化硅；其中，所述的二氧化硅中粒徑小于1μm的二氧化硅的質(zhì)量百分比＞40％。限定硅灰的含量，主要是考慮到超高強(qiáng)度超高壓縮性混凝土材料的超高強(qiáng)度，經(jīng)顆粒最緊密堆積理論推算，硅灰中二氧化硅的高含量和顆粒粒徑的納米級(jí)別保證了后期的火山灰效應(yīng)，有效填充基體微觀孔隙結(jié)構(gòu)，增加纖維/界面的致密性，從而使超高強(qiáng)度高延性混凝土材料具備的超高強(qiáng)度、抗凍性、抗?jié)B性、耐腐蝕性。

本發(fā)明的砂子為石英砂、河沙和機(jī)制砂中的至少一種，如一種或兩種復(fù)合，粒徑0.075～0.6mm，且平均粒徑在0.26～0.32mm范圍內(nèi)。限定沙子的粒徑范圍，主要是經(jīng)大量理論和實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，集料的平均粒徑一旦小于0.26mm或大于0.32mm，且最小粒徑一旦小于0.075mm或大于0.6mm，會(huì)嚴(yán)重影響纖維的均勻度和混合料的顆粒緊密堆積，從而影響超高強(qiáng)度高延性混凝土材料的應(yīng)變能力和強(qiáng)度。