本發(fā)明涉及建筑材料領(lǐng)域，尤其是涉及高含量級(jí)配纖維回收集料混凝土防彈防爆磚及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前，我國(guó)是世界上少數(shù)幾個(gè)以實(shí)心粘土磚作為主要墻體材料的國(guó)家之一。在我國(guó)，墻體材料約占整個(gè)房屋建筑材料的70%，其中粘土磚在墻材中仍居主導(dǎo)地位，生產(chǎn)實(shí)心粘土磚所需的粘土資源更屬可耕地中較優(yōu)質(zhì)的粘土，每年500萬(wàn)畝耕地遭破壞，其中70萬(wàn)畝被損毀。為了節(jié)約資源，有效保護(hù)耕地和環(huán)境，出現(xiàn)了許多替代粘土磚的產(chǎn)品，如免燒磚、水泥磚、小型混凝土砌塊等。當(dāng)前，燒結(jié)普通磚和混凝土普通磚中最高等級(jí)是MU30，其抗壓強(qiáng)度平均值≥30.0MPa，抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值≥22.0MPa。該等級(jí)磚雖然具有一定的抗壓強(qiáng)度但是抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度均很低，韌性很小，屬于脆性材料，在彈丸沖擊侵徹荷載或爆炸荷載作用下很容易發(fā)生粉碎破壞。
恐怖分子制造爆炸事件使用的小型炸彈主要是手榴彈、手雷和各種自制小型彈藥。手榴彈爆炸后的破片致命殺傷半徑為5m～7m，致傷殺傷半徑為15m，在15m～20m內(nèi)具有殺傷性，25m以外殺傷性驟降，安全距離在35m～40m左右，殺傷元件是幾百上千顆2.5mm～3.0mm直徑的鋼珠或者是幾十到幾百顆質(zhì)量約為0.15g～0.40g的破片，破片初速達(dá)1500m/s以上。恐怖分子使用的槍械主要有手槍、步槍和機(jī)槍等輕武器，像蘇式AK-47，美式M82A1等等。主要口徑有7.62mm和12.7mm。其中12.7mm的大口徑高射機(jī)槍和狙擊步槍威力較大。解放軍出版社1998年出版的《野戰(zhàn)筑城教范》中規(guī)定：防步槍子彈和破片需要25cm厚的漿砌磚墻或12cm厚的C40混凝土墻；防坦克槍彈和機(jī)槍掃射需要40cm厚的磚墻。該規(guī)定有兩點(diǎn)沒(méi)有提及；一是沒(méi)有說(shuō)明武器的射擊距離，二是沒(méi)有說(shuō)明防坦克槍彈和機(jī)槍掃射需要多厚的C40鋼筋混凝土墻。從該《野戰(zhàn)筑城教范》的規(guī)定中可以看出，金融企業(yè)營(yíng)業(yè)柜臺(tái)、金庫(kù)的墻體，重要的政治目標(biāo)、辦公樓、學(xué)校、體育場(chǎng)、博物館、影劇院、車站、會(huì)議中心、機(jī)場(chǎng)、地鐵等公共場(chǎng)所建筑物的外部承重墻體，若使用240mm燒結(jié)普通磚或混凝土普通磚，不具備防范大口徑槍彈侵徹襲擊的能力。迄今還沒(méi)有檢索到利用回收集料研制而成的小型高強(qiáng)、高性能環(huán)保型防彈防爆砌塊來(lái)構(gòu)筑防暴反恐建筑物或結(jié)構(gòu)物的文獻(xiàn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的在于提供一種高含量級(jí)配纖維回收集料混凝土防彈防爆磚，本發(fā)明另一目的是提供該防彈防爆磚的制備方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取下述技術(shù)方案：
本發(fā)明所述的高含量級(jí)配纖維回收集料混凝土防彈防爆磚，由鋼纖維、聚丙烯纖維、水泥、水、粉煤灰、礦渣粉、硅灰、砂、碎石、高效減水劑按照下述質(zhì)量百分比制成：鋼纖維16.30%、聚丙烯纖維0.04%、水泥18.00%～19.00%、水5.40%～5.60%、粉煤灰2%、礦渣粉2%、硅灰2.60%～3.00%、砂15.50%～16.50%、碎石36.00%～37.00%、高效減水劑0.36%。
制備方法：
第一步、將所述鋼纖維分三至五次與聚丙烯纖維混合，然后與粉煤灰、礦渣粉、硅灰、砂、碎石拌合均勻；
第二步、將第一步所得混合物與所述水泥加入強(qiáng)制式攪拌機(jī)內(nèi)攪拌100s～120s，然后將所述水和高效減水劑的混合物加入所述強(qiáng)制式攪拌機(jī)內(nèi)攪拌180s，攪拌均勻制成集料；
第三步、將磚模具組合到成型機(jī)上，加入第二步制得的集料，振動(dòng)密實(shí)，成型后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室，覆蓋表面，在溫度20℃±5℃的條件下靜置2晝夜，然后編號(hào)脫模，在溫度20℃±2℃、相對(duì)濕度大于95%條件下經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天，制得的磚強(qiáng)度大于CF70。
所述鋼纖維為端鉤型鋼纖維，長(zhǎng)度采用20mm、15mm和12mm三種規(guī)格，三種規(guī)格的所述端鉤型鋼纖維質(zhì)量比為5:3:2；長(zhǎng)度為20mm的端鉤型鋼纖維直徑為0.25mm，長(zhǎng)徑比為80；長(zhǎng)度為15mm的端鉤型鋼纖維直徑為0.3mm，長(zhǎng)徑比為50；長(zhǎng)度為12mm的端鉤型鋼纖維直徑為0.2mm，長(zhǎng)徑比為60；三種規(guī)格的端鉤型鋼纖維材質(zhì)均為國(guó)標(biāo)級(jí)冷拔鋼絲，抗拉強(qiáng)度不小于600MPa。
所述聚丙烯纖維，長(zhǎng)度采用19mm、12mm和6mm三種規(guī)格，三種規(guī)格的聚丙烯纖維質(zhì)量比為5:3:2。其性能指標(biāo)為：密度0.91g/cm3, 單絲直徑30μm～40μm，抗拉強(qiáng)度400MPa～500MPa，楊氏模量3.5GPa，極限延伸率7%～9%。
所述水泥為P.O52.5級(jí)普通硅酸鹽水泥；所述粉煤灰為Ⅰ級(jí)粉煤灰，符合GB/T18736-2002要求；所述礦渣粉的牌號(hào)為S95，符合GB/T18046-2008要求；所述硅灰的牌號(hào)為SF96，符合GB/T18736-2002要求。
所述砂為建筑垃圾粉碎制得的中粗砂，細(xì)度模數(shù)為3.0，用水洗凈，不含泥土；所述碎石采用建筑垃圾粉碎制得的5mm～20mm級(jí)配的破碎石，用水洗凈，不含泥土。
所述高效減水劑為聚羧酸系高性能減水劑，為粉體，早強(qiáng)型，其性能指標(biāo)為：減水率≥ 25%，密度為1.41±0.02g/ml，固含量為97±2%，水泥凈漿流動(dòng)度（基準(zhǔn)水泥）≥ 250㎜（W/C=0.29），pH為6～8，氯離子含量≤ 0.02%，堿含量（Na2O+0.658K2O）≤ 0.2%。
本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于根據(jù)材料力學(xué)、爆炸力學(xué)以及防彈技術(shù)的有關(guān)原理，通過(guò)對(duì)大口徑槍彈對(duì)建筑物墻體的侵徹破壞效應(yīng)是彈丸以超音速或亞音速對(duì)墻體強(qiáng)烈的動(dòng)態(tài)侵徹撞擊作用分析，以及對(duì)小型炸彈的爆炸破壞效應(yīng)是距建筑物一定距離外的爆炸沖擊破壞效應(yīng)和破片的沖擊侵徹破壞作用的分析，考慮墻體材料既要有很高的表面抗壓強(qiáng)度阻止彈丸頭部的侵徹開坑作用，又要考慮在彈丸侵徹墻體的過(guò)程中，墻體材料要有很高的劈裂抗拉強(qiáng)度以增加彈丸表面與墻體材料之間的摩擦力，阻止彈丸的侵徹、延長(zhǎng)彈丸侵徹時(shí)間以消耗彈丸的動(dòng)能；同時(shí)還考慮到墻體材料要有良好的韌性，在彈丸、破片撞擊和侵徹墻體與爆炸荷載沖擊墻體的過(guò)程中，能發(fā)生較大的變形以吸收大量的能量。因此本發(fā)明采用普通纖維混凝土施工工藝和纖維混雜技術(shù)，將兩種級(jí)配的鋼纖維和聚丙烯纖維進(jìn)行合理的比例設(shè)計(jì)，將不同尺度和不同摻量的纖維混雜以提高纖維含量，一方面，通過(guò)級(jí)配短鋼纖維有效提高了混凝土的抗拉強(qiáng)度，通過(guò)級(jí)配聚丙烯纖維有效克服了混凝土的脆性，達(dá)到增強(qiáng)、增韌的目的；分別選擇三種規(guī)格的鋼纖維和聚丙烯纖維級(jí)配混雜可以相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，充分發(fā)揮各種纖維性能，使之在不同受荷階段和不同性能層次上達(dá)到逐級(jí)阻裂與強(qiáng)化的功能。另一方面，兩種纖維的級(jí)配混雜使纖維能與集料更加均勻、充分結(jié)合，增加結(jié)合面，提高結(jié)合力，克服回收集料本身的缺陷對(duì)混凝土強(qiáng)度的不利影響，從而制得性能優(yōu)越的高性能纖維混凝土磚。本發(fā)明比粘土磚、普通水泥磚具有更加優(yōu)越的抗壓、抗拉、抗彎、抗沖擊韌性，是一種集高強(qiáng)、防彈、防撞擊、承重、耐磨、環(huán)保于一體的新型、高性能復(fù)合材料磚。同時(shí)也起到節(jié)約資源、有效保護(hù)耕地和環(huán)境的目的。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1：
本發(fā)明所述的高含量級(jí)配纖維回收集料混凝土防彈防爆磚，由端鉤型鋼纖維、聚丙烯纖維、水泥、水、粉煤灰、礦渣粉、硅灰、砂、碎石、高效減水劑按照下述質(zhì)量百分比制成：
端鉤型鋼纖維16.30%，長(zhǎng)度采用20mm、15mm和12mm三種規(guī)格，三種規(guī)格的質(zhì)量比為5:3:2；長(zhǎng)度為20mm的端鉤型鋼纖維直徑為0.25mm；長(zhǎng)度為15mm的端鉤型鋼纖維直徑為0.3mm；長(zhǎng)度為12mm的端鉤型鋼纖維直徑為0.2mm；三種規(guī)格的端鉤型鋼纖維材質(zhì)均為國(guó)標(biāo)級(jí)冷拔鋼絲，抗拉強(qiáng)度不小于600MPa；
聚丙烯纖維0.04%，長(zhǎng)度采用19mm、12mm和6mm三種規(guī)格，三種規(guī)格的聚丙烯纖維質(zhì)量比為5:3:2；其性能指標(biāo)為:密度0.91g/cm3, 單絲直徑30μm～40μm，抗拉強(qiáng)度400MPa～500MPa，楊氏模量3.5GPa，極限延伸率7%～9%；
P.O52.5級(jí)普通硅酸鹽水泥18.00%；飲用自來(lái)水5.60%；Ⅰ級(jí)粉煤灰2%；牌號(hào)為S95的礦渣粉2%；牌號(hào)為SF96的硅灰3.0%；
砂16.50%，采用建筑垃圾粉碎制得的中粗砂，細(xì)度模數(shù)為3.0，用水洗凈，不含泥土；
碎石36.20%,采用建筑垃圾粉碎制得的5mm～20mm級(jí)配的破碎石，用水洗凈，不含泥土；
高效減水劑0.36%,采用聚羧酸系高性能減水劑，為粉體，早強(qiáng)型，其性能指標(biāo)為：減水率≥ 25%，密度為1.41±0.02g/ml，固含量為97±2%，水泥凈漿流動(dòng)度（基準(zhǔn)水泥）≥ 250㎜（W/C=0.29），pH為6～8，氯離子含量≤ 0.02%，堿含量（Na2O+0.658K2O）≤ 0.2%。
制備方法：
第一步、將所述鋼纖維分三次與聚丙烯纖維混合，然后與粉煤灰、礦渣粉、硅灰、砂、碎石拌合均勻；
第二步、將第一步所得混合物與水泥加入強(qiáng)制式攪拌機(jī)內(nèi)攪拌100s～120s，然后將飲用自來(lái)水和高效減水劑的混合物加入所述強(qiáng)制式攪拌機(jī)內(nèi)攪拌180s，攪拌均勻制成集料；
第三步、將磚模具組合到成型機(jī)上，加入第二步制得的集料，振動(dòng)密實(shí)，成型后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室，覆蓋表面，在溫度20℃±5℃的條件下靜置2晝夜，然后編號(hào)脫模，在溫度20℃±2℃、相對(duì)濕度大于95%條件下經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天，制得的磚強(qiáng)度大于CF70。
實(shí)施例2：
本發(fā)明所述的高含量級(jí)配纖維回收集料混凝土防彈防爆磚，由端鉤型鋼纖維、聚丙烯纖維、水泥、水、粉煤灰、礦渣粉、硅灰、砂、碎石、高效減水劑按照下述質(zhì)量百分比制成：
端鉤型鋼纖維16.30%，長(zhǎng)度采用20mm、15mm和12mm三種規(guī)格，三種規(guī)格的質(zhì)量比為5:3:2；長(zhǎng)度為20mm的端鉤型鋼纖維直徑為0.25mm；長(zhǎng)度為15mm的端鉤型鋼纖維直徑為0.3mm；長(zhǎng)度為12mm的端鉤型鋼纖維直徑為0.2mm；三種規(guī)格的端鉤型鋼纖維材質(zhì)均為國(guó)標(biāo)級(jí)冷拔鋼絲，抗拉強(qiáng)度不小于600MPa；
聚丙烯纖維0.04%，長(zhǎng)度采用19mm、12mm和6mm三種規(guī)格，三種規(guī)格的聚丙烯纖維質(zhì)量比為5:3:2；其性能指標(biāo)為:密度0.91g/cm3, 單絲直徑30μm～40μm，抗拉強(qiáng)度400MPa～500MPa，楊氏模量3.5GPa，極限延伸率7%～9%；
P.O52.5級(jí)普通硅酸鹽水泥18.50%；飲用自來(lái)水5.50%；Ⅰ級(jí)粉煤灰2%；牌號(hào)為S95的礦渣粉2%；牌號(hào)為SF96的硅灰2.80%；
砂16.00%，采用建筑垃圾粉碎制得的中粗砂，細(xì)度模數(shù)為3.0，用水洗凈，不含泥土；
碎石36.50%,采用建筑垃圾粉碎制得的5mm～20mm級(jí)配的破碎石，用水洗凈，不含泥土；
高效減水劑0.36%,采用聚羧酸系高性能減水劑，為粉體，早強(qiáng)型，其性能指標(biāo)為：減水率≥ 25%，密度為1.41±0.02g/ml，固含量為97±2%，水泥凈漿流動(dòng)度（基準(zhǔn)水泥）≥ 250㎜（W/C=0.29），pH為6～8，氯離子含量≤ 0.02%，堿含量（Na2O+0.658K2O）≤ 0.2%。
制備方法：
第一步、將所述鋼纖維分三次與聚丙烯纖維混合，然后與粉煤灰、礦渣粉、硅灰、砂、碎石拌合均勻；
第二步、將第一步所得混合物與水泥加入強(qiáng)制式攪拌機(jī)內(nèi)攪拌100s～120s，然后將飲用自來(lái)水和高效減水劑的混合物加入所述強(qiáng)制式攪拌機(jī)內(nèi)攪拌180s，攪拌均勻制成集料；
第三步、將磚模具組合到成型機(jī)上，加入第二步制得的集料，振動(dòng)密實(shí)，成型后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室，覆蓋表面，在溫度20℃±5℃的條件下靜置2晝夜，然后編號(hào)脫模，在溫度20℃±2℃、相對(duì)濕度大于95%條件下經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天，制得的磚強(qiáng)度大于CF70。
實(shí)施例3：
本發(fā)明所述的高含量級(jí)配纖維回收集料混凝土防彈防爆磚，由端鉤型鋼纖維、聚丙烯纖維、水泥、水、粉煤灰、礦渣粉、硅灰、砂、碎石、高效減水劑按照下述質(zhì)量百分比制成：
端鉤型鋼纖維16.30%，長(zhǎng)度采用20mm、15mm和12mm三種規(guī)格，三種規(guī)格的質(zhì)量比為5:3:2；長(zhǎng)度為20mm的端鉤型鋼纖維直徑為0.25mm；長(zhǎng)度為15mm的端鉤型鋼纖維直徑為0.3mm；長(zhǎng)度為12mm的端鉤型鋼纖維直徑為0.2mm；三種規(guī)格的端鉤型鋼纖維材質(zhì)均為國(guó)標(biāo)級(jí)冷拔鋼絲，抗拉強(qiáng)度不小于600MPa；
聚丙烯纖維0.04%，長(zhǎng)度采用19mm、12mm和6mm三種規(guī)格，三種規(guī)格的聚丙烯纖維質(zhì)量比為5:3:2；其性能指標(biāo)為:密度0.91g/cm3, 單絲直徑30μm～40μm，抗拉強(qiáng)度400MPa～500MPa，楊氏模量3.5GPa，極限延伸率7%～9%；
P.O52.5級(jí)普通硅酸鹽水泥18.80%；飲用自來(lái)水5.40%；Ⅰ級(jí)粉煤灰2%；牌號(hào)為S95的礦渣粉2%；牌號(hào)為SF96的硅灰2.60%；
砂15.50%，采用建筑垃圾粉碎制得的中粗砂，細(xì)度模數(shù)為3.0，用水洗凈，不含泥土；
碎石37.00%,采用建筑垃圾粉碎制得的5mm～20mm級(jí)配的破碎石，用水洗凈，不含泥土；
高效減水劑0.36%,采用聚羧酸系高性能減水劑，為粉體，早強(qiáng)型，其性能指標(biāo)為：減水率≥ 25%，密度為1.41±0.02g/ml，固含量為97±2%，水泥凈漿流動(dòng)度（基準(zhǔn)水泥）≥ 250㎜（W/C=0.29），pH為6～8，氯離子含量≤ 0.02%，堿含量（Na2O+0.658K2O）≤ 0.2%。
制備方法：
第一步、將所述鋼纖維分三次與聚丙烯纖維混合，然后與粉煤灰、礦渣粉、硅灰、砂、碎石拌合均勻；
第二步、將第一步所得混合物與水泥加入強(qiáng)制式攪拌機(jī)內(nèi)攪拌100s～120s，然后將飲用自來(lái)水和高效減水劑的混合物加入所述強(qiáng)制式攪拌機(jī)內(nèi)攪拌180s，攪拌均勻制成集料；
第三步、將磚模具組合到成型機(jī)上，加入第二步制得的集料，振動(dòng)密實(shí)，成型后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室，覆蓋表面，在溫度20℃±5℃的條件下靜置2晝夜，然后編號(hào)脫模，在溫度20℃±2℃、相對(duì)濕度大于95%條件下經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天，制得的磚強(qiáng)度大于CF70。
按照本發(fā)明實(shí)施例1-3制備的混凝土材料，根據(jù)《纖維混凝土試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（CECS13:2009），在YAW型3000kN電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行了壓縮韌性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。
表1：試驗(yàn)結(jié)果平均值
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按照本發(fā)明實(shí)施例1-3制備的標(biāo)準(zhǔn)磚體，為實(shí)心長(zhǎng)方體,長(zhǎng)240mm,寬115mm,厚53mm，進(jìn)行實(shí)彈射擊試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下：
實(shí)彈射擊試驗(yàn)在解放軍某部試驗(yàn)室進(jìn)行。試驗(yàn)發(fā)射裝置：12.7mm高射機(jī)槍。彈丸：12.7mm穿甲彈，全彈重124g，彈頭重48.2g，裝藥量17g，出膛速度800m/s～870m/s。試件：用M30水泥砂漿和本發(fā)明的標(biāo)準(zhǔn)磚砌成500mm×500mm×240mm的墻體靶板。射擊距離：6m、11m、16m、21m、26m和31m。試驗(yàn)方式：水平射擊試驗(yàn)。測(cè)速裝置：用錫箔靶和電子測(cè)時(shí)儀測(cè)量彈丸著靶速度。每組做三次有效試驗(yàn)，取平均值，觀察彈丸侵徹情況、彈丸破壞情況、靶板破壞情況。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。
表2
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試驗(yàn)結(jié)論：用本發(fā)明的標(biāo)準(zhǔn)防彈防爆磚建造的240mm墻體可防12.7mm口徑穿甲彈的侵徹破壞效應(yīng)。
按照本發(fā)明實(shí)施例1-3制備的標(biāo)準(zhǔn)磚體，進(jìn)行實(shí)彈爆炸試驗(yàn)，結(jié)果如下：
實(shí)彈爆炸試驗(yàn)在解放軍某部野外試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行。試驗(yàn)彈藥為：77－1式木柄手榴彈，彈徑48mm，彈重355g～385g，彈長(zhǎng)173mm，采用A3鋼板預(yù)制刻槽彈體，彈體內(nèi)壓裝70gTNT炸藥，殺傷半徑大于7m，爆炸時(shí)可產(chǎn)生有效破片300余片，單個(gè)破片質(zhì)量約0.4g，破片初速達(dá)1000m/s以上，手榴彈的安全半徑為37m。試驗(yàn)裝藥方法：用電雷管靜態(tài)引爆77－1式木柄手榴彈，第1炮至第8炮引爆1枚手榴彈；第9炮至第11炮2枚手榴彈捆在一起同時(shí)引爆，模擬裝藥量為140g左右的大裝藥手榴彈；第12炮至第14炮３枚手榴彈捆在一起同時(shí)引爆，模擬裝藥量為210g小型自制炸彈。試件：用M30水泥砂漿和本發(fā)明的標(biāo)準(zhǔn)磚砌成1000mm×1000mm×240mm的墻體靶板。靶板距爆點(diǎn)距離：3m、4m、5m、6m、7m、10m、15m和30m。靶板布置方式：以引爆點(diǎn)為中心呈環(huán)行布置，每組布置5塊，取三塊有效試驗(yàn)，取破片侵徹深度平均值，觀察破片侵徹情況、靶板破壞情況。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。
表3
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試驗(yàn)結(jié)論：用本發(fā)明的標(biāo)準(zhǔn)防彈防爆磚建造的240mm墻體可防77-1式木柄手榴彈或裝藥量為210g左右的小型自制炸彈距其3m以外爆炸的沖擊破壞效應(yīng)和破片侵徹破壞效應(yīng)。