[发明专利]一种防撞阻尼单元结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种防撞阻尼单元结构及其制备方法，采用混凝土材料制备成弹簧形状，所述混凝土材料采用抗压强度＞150MPa，单轴压缩荷载下的延性＞0.3％的超高强度高延性混凝土材料。本发明以超高强度高延性混凝土材料为基体，结合弹簧设计原则，将混凝土材料制备成弹簧形状作为公路防撞墙体或护栏中的阻尼单元结构，能够耗散由外界猛烈撞击带来的高能量，具有良好的缓冲力、反弹力和抗冲击力，同时在保证强度和延性的前提下，最大程度的降低原材料的消耗，减少生产成本。

技术领域

本发明涉及防撞设施技术领域，特别是涉及一种阻尼结构单元及其制备方法。

背景技术

目前，公路防护墙大多采用刚性材料作为安全设施。然而，刚性材料的主要目的是保障车辆在发生撞击防防护墙时避免其突破、下穿、翻越至公路外侧，而对于人员以及车辆的撞击危害，防护作用甚微。这主要是由于刚性材料在吸收和耗散由猛烈撞击引起的高能量方面性能较弱。因此，需要一种既能有效拦截发生猛烈撞击的车辆，又能吸收和耗散高能量，从而降低撞击对人员和车辆带来的危害。

发明内容

发明目的：本发明的目的之一是提供一种防撞阻尼单元结构，结合弹簧的设计构造，将超高强高延性水泥基复合材料制作成弹簧状作为阻尼单元结构，在车辆猛烈冲击的情况下，既能通过材料的多缝开裂和弹簧的形状效应吸收和耗散能量，又能保证一定的刚性；本发明的目的之二是提供一种防撞阻尼单元结构的制备方法。

技术方案：本发明所述的一种防撞阻尼单元结构，该结构采用混凝土材料制备成弹簧形状，所述混凝土材料采用抗压强度＞150MPa，单轴压缩荷载下的延性＞0.3％的超高强度高延性混凝土材料。

本发明的阻尼单元弹簧是以混凝土材料组成，结合弹簧设计原则，将混凝土材料制备成弹簧形状，混凝土材料以水泥、硅灰、纤维和骨料为原料。

其中，阻尼单元结构的弹簧自由高度H为400-800mm，弹簧的中径D为200-350mm，弹簧丝的直径d为20-40mm，有效圈数n为5-10，节距t为10-30mm。限定阻尼单元弹簧形状参数，一方面有助于实现材料的应变硬化特性，能够吸收和耗散更多的能量，另一方面，可以通过对形状参数配合有效控制材料的生产成本。

其中，以重量份数计，上述混凝土材料包括以下组分：水泥55～92份、硅灰8～42份、砂子15～45、水15～22份、纤维1.5～2.4份、减水剂1.2～3.5份、消泡剂1.5～3份。

本发明的水泥为早强型硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥中的至少一种或两种以上复合，且水泥28天抗压强度≥52.5MPa，抗折强度≥7MPa。限定水泥的品种和28天抗压强度≥52.5MPa，抗折强度≥7MPa，主要是保证超高强度高延性混凝土材料具有超高强度，如果超出限定范围，会对超高强度高延性混凝土材料的强度造成影响。

本发明的硅灰为质量百分比大于90％的二氧化硅；其中，所述的二氧化硅中粒径小于1μm的二氧化硅的质量百分比＞40％。限定硅灰的含量，主要是考虑到超高强度超高压缩性混凝土材料的超高强度，经颗粒最紧密堆积理论推算，硅灰中二氧化硅的高含量和颗粒粒径的纳米级别保证了后期的火山灰效应，有效填充基体微观孔隙结构，增加纤维/界面的致密性，从而使超高强度高延性混凝土材料具备的超高强度、抗冻性、抗渗性、耐腐蚀性。

本发明的砂子为石英砂、河沙和机制砂中的至少一种，如一种或两种复合，粒径0.075～0.6mm，且平均粒径在0.26～0.32mm范围内。限定沙子的粒径范围，主要是经大量理论和实验研究发现，集料的平均粒径一旦小于0.26mm或大于0.32mm，且最小粒径一旦小于0.075mm或大于0.6mm，会严重影响纤维的均匀度和混合料的颗粒紧密堆积，从而影响超高强度高延性混凝土材料的应变能力和强度。