本發(fā)明涉及建筑材料領(lǐng)域，尤其是涉及高含量鋼纖維混凝土防彈磚及其制備方法。
背景技術(shù)：
在我國，墻體材料約占整個房屋建筑材料的70%，而構(gòu)筑墻體的材料主要是燒結(jié)普通磚、燒結(jié)多孔磚、蒸壓灰砂普通磚、蒸壓粉煤灰普通磚、混凝土普通磚、混凝土多孔磚。磚的強度等級按試驗室實測值來進行劃分，燒結(jié)普通磚和燒結(jié)多孔磚的強度等級為MU30、MU25、MU20、MU15和MU10，蒸壓灰砂普通磚、蒸壓粉煤灰普通磚的強度等級為MU25、MU20、MU15，混凝土普通磚、混凝土多孔磚的強度等級為 MU30、MU25、MU20和MU15。燒結(jié)普通磚和混凝土普通磚中最高等級是MU30，其抗壓強度平均值≥30.0MPa，抗壓強度標準值≥22.0MPa。該等級磚雖然具有一定的抗壓強度但是抗拉強度和抗彎強度均很低，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。
目前，恐怖分子使用的槍械主要有手槍、步槍和機槍等輕武器，像蘇式AK-47，美式M82A1等等。主要口徑有7.62mm和12.7mm。其中12.7mm的大口徑高射機槍和狙擊步槍威力較大。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1500m/s以上。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；防坦克槍彈和機槍掃射需要40cm厚的磚墻。該規(guī)定有兩點沒有提及；一是沒有說明武器的射擊距離，二是沒有說明防坦克槍彈和機槍掃射需要多厚的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，用燒結(jié)普通磚或混凝土普通磚建成的金融企業(yè)營業(yè)柜臺、金庫墻體，重要的政治目標、辦公樓、學校、體育場、博物館、影劇院、車站、會議中心、機場、地鐵等公共場所建筑物的外部承重墻體，使用24cm普通磚墻體便不具有防大口徑槍彈侵徹襲擊的能力，在遭恐怖分子大口徑槍彈襲擊時會造成人員的傷亡和設(shè)備的損壞，需用高性能的小型防彈砌塊構(gòu)筑具有防大口徑槍彈侵徹貫穿能力的墻體，才能確保人員、建筑物、貴重物品和設(shè)備的安全。
鋼纖維混凝土是近些年發(fā)展起來的一種新型復合建筑材料，它具有優(yōu)良的增強、增韌、阻裂，抗沖擊、抗疲勞等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于道路、橋梁、隧道、水運、水利水電、機場跑道、鐵路礦山、高層建筑、地下建筑以及軍事工程中。目前，世界各地對鋼纖維體積摻量在3%以下的鋼纖維混凝土材料的靜態(tài)力學性能已經(jīng)進行了較充分的研究，建立了較為完善的鋼纖維混凝土理論體系并得到了廣泛的應(yīng)用，但是對其動態(tài)力學性能的研究尚處于起步階段，特別是對體積摻量3%以上的高含量鋼纖維混凝土材料的動態(tài)力學性能研究很少，而將其作為防彈材料進行抗侵徹破壞效應(yīng)的專題研究則少之又少，迄今還沒有見諸利用高含量鋼纖維混凝土材料研制而成的小型防彈砌塊構(gòu)筑高性能防暴建筑物的研究文獻。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的在于提供一種高含量鋼纖維混凝土防彈磚，本發(fā)明另一目的是提供該防彈磚的制備方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取下述技術(shù)方案：
本發(fā)明所述的高含量鋼纖維混凝土防彈磚，由鋼纖維、水泥、水、細骨料、粗骨料、硅灰、高效減水劑，按照下述質(zhì)量百分比制成：
鋼纖維13.98%、水泥19.20%～19.60%、水5.40%～5.60%、細骨料19.00%～20.00%、粗骨料38.00%～39.00%、硅灰2.60%～3.00%、高效減水劑0.32%。
所述鋼纖維為波紋型鋼纖維，長徑比為25，材質(zhì)為國標級，抗拉強度為600MPa～700MPa。
所述波紋型鋼纖維長度為15mm，直徑為0.6mm。
所述水泥為P.O52.5級普通硅酸鹽水泥。
所述水為飲用自來水。
所述細骨料選用質(zhì)地堅硬、級配良好的河砂，細度模數(shù)為2.7；所述粗骨料采用5mm～8mm粒徑、級配良好的碎石。
所述高效減水劑為聚羧酸系減水劑。
所述聚羧酸系減水劑為粉體，早強型，其性能指標為：減水率≥ 25%，密度為1.41±0.02g/ml，固含量為97±2%，水泥凈漿流動度（基準水泥）≥ 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)明所述高含量鋼纖維混凝土防彈磚的制備方法為：
首先按照上述質(zhì)量百分比將所述鋼纖維與細骨料和粗骨料置于強制式攪拌機內(nèi)拌合，拌合過程中鋼纖維分三～五次加入；然后將水泥和硅灰加入所述強制式攪拌機內(nèi)拌合100s～120s后，再將水和高效減水劑的混合物加入強制式攪拌機內(nèi)攪拌180s制成集料；將磚模具組合到成型機上，加入混合好的所述集料，振動密實，成型后放入標準養(yǎng)護室，覆蓋表面，在溫度20℃±5℃的條件下靜置2晝夜，然后編號脫模，在溫度20℃±2℃、相對濕度大于95%條件下經(jīng)過標準養(yǎng)護28天，制成的磚體強度大于CF80。
本發(fā)明優(yōu)點在于針對墻體防彈不僅要求磚體在結(jié)構(gòu)和材料方面具有高的表面強度，而且還要具備良好的抗沖擊韌性這一特點。在以本發(fā)明混凝土基材的磚體中加入高含量短鋼纖維，充分發(fā)揮高含量短鋼纖維抗拉強度高而混凝土基材抗壓強度高的各自優(yōu)勢，使高含量鋼纖維混凝土防彈磚比粘土磚、普通水泥磚具有更加優(yōu)良的抗壓、抗拉、抗彎、抗疲勞、抗沖擊韌性等動、靜力學性能，尤其是抗壓強度和抗沖擊韌性都得到很大的提高，實現(xiàn)抵抗大口徑槍彈彈丸對磚體的侵徹劈裂作用和小型炸彈的爆炸沖擊破壞作用，達到墻體防彈之目的。
具體實施方式
實施例1：
本發(fā)明所述的高含量鋼纖維混凝土防彈磚，由波紋型鋼纖維（選用宜興市軍威金屬纖維有限公司生產(chǎn)的波紋型鋼纖維）、水泥（選用洛陽“黃河牌”P.O52.5級普通硅酸鹽水泥）、水（選用飲用自來水）、細骨料（選用質(zhì)地堅硬、級配良好的洛陽伊河灘產(chǎn)天然中砂，用水洗凈，不含泥土）、粗骨料（選用洛陽伊河灘產(chǎn)天然河卵石，用水洗凈，不含泥土）、硅灰（選用遵義產(chǎn)硅灰，牌號為SF96，符合GB/T18736----2002要求）、高效減水劑，按照下述質(zhì)量百分比和方法制成：
一、質(zhì)量百分比
長度為15mm、直徑為0.6mm、抗拉強度為600MPa～700MPa的波紋型鋼纖維13.98%，水泥19.20%，水5.60%，細度模數(shù)為2.7的細骨料19.90%，粒徑為5mm的碎石粗骨料38.00%、硅灰3.0%、聚羧酸系減水劑0.32%。
聚羧酸系減水劑為粉體，早強型，其性能指標為：減水率≥ 25%，密度為1.41±0.02g/ml，固含量為97±2%，水泥凈漿流動度（基準水泥）≥ 250㎜（W/C=0.29），pH為6～8，氯離子含量≤ 0.02%，堿含量（Na2O+0.658K2O）≤ 0.2%。
二、制備方法，首先將波紋型鋼纖維與細骨料和粗骨料置于強制式攪拌機內(nèi)拌合，拌合過程中波紋型鋼纖維分三次加入；然后將水泥和硅灰加入攪拌機內(nèi)拌合100s～120s后，再將水和聚羧酸系減水劑的混合物加入攪拌機內(nèi)攪拌180s制成集料；將磚模具組合到成型機上，加入混合好的集料，振動密實，成型后放入標準養(yǎng)護室，覆蓋表面，在溫度20℃±5℃的條件下靜置2晝夜，然后編號脫模，在溫度20℃±2℃、相對濕度大于95%條件下經(jīng)過標準養(yǎng)護28天，制成的磚體強度大于CF80。
實施例2：
本發(fā)明所述的高含量鋼纖維混凝土防彈磚，由波紋型鋼纖維、水泥、水、細骨料、粗骨料、硅灰、高效減水劑，按照下述質(zhì)量百分比和方法制成：
一、質(zhì)量百分比
長度為15mm、直徑為0.6mm、抗拉強度為600MPa～700MPa的波紋型鋼纖維13.98%，水泥19.40%、水5.50%、細度模數(shù)為2.7的細骨料19.50%、粒徑為8mm的碎石粗骨料38.50%、硅灰2.80%、聚羧酸系減水劑0.32%。
聚羧酸系減水劑為粉體，早強型，其性能指標為：減水率≥ 25%，密度為1.41±0.02g/ml，固含量為97±2%，水泥凈漿流動度（基準水泥）≥ 250㎜（W/C=0.29），pH為6～8，氯離子含量≤ 0.02%，堿含量（Na2O+0.658K2O）≤ 0.2%。
二、制備方法，首先將波紋型鋼纖維、細骨料和粗骨料置于強制式攪拌機內(nèi)拌合，拌合過程中波紋型鋼纖維分四次加入；然后將水泥和硅灰加入攪拌機內(nèi)拌合100s～120s后，再將水和聚羧酸系減水劑的混合物加入攪拌機內(nèi)攪拌180s制成集料；將磚模具組合到成型機上，加入混合好的集料，振動密實，成型后放入標準養(yǎng)護室，覆蓋表面，在溫度20℃±5℃的條件下靜置2晝夜，然后編號脫模，在溫度20℃±2℃、相對濕度大于95%條件下經(jīng)過標準養(yǎng)護28天，制成的磚體強度大于CF80。
實施例3：
本發(fā)明所述的高含量鋼纖維混凝土防彈磚，由波紋型鋼纖維、水泥、水、細骨料、粗骨料、硅灰、高效減水劑，按照下述質(zhì)量百分比和方法制成：
一、質(zhì)量百分比
長度為15mm、直徑為0.6mm、抗拉強度為600MPa～700MPa的波紋型鋼纖維13.98%，水泥19.60%、水5.4%、細度模數(shù)為2.7的細骨料19.00%、粒徑為6mm的碎石粗骨料39.00%、硅灰2.7%、聚羧酸系減水劑0.32%。
聚羧酸系減水劑為粉體，早強型，其性能指標為：減水率≥ 25%，密度為1.41±0.02g/ml，固含量為97±2%，水泥凈漿流動度（基準水泥）≥ 250㎜（W/C=0.29），pH為6～8，氯離子含量≤ 0.02%，堿含量（Na2O+0.658K2O）≤ 0.2%。
二、制備方法，首先將波紋型鋼纖維、細骨料和粗骨料置于強制式攪拌機內(nèi)拌合，拌合過程中波紋型鋼纖維分五次加入；然后將水泥和硅灰加入強制式攪拌機內(nèi)拌合100s～120s后，再將水和聚羧酸系減水劑的混合物加入強制式攪拌機內(nèi)攪拌180s制成集料；將磚模具組合到成型機上，加入混合好的集料，振動密實，成型后放入標準養(yǎng)護室，覆蓋表面，在溫度20℃±5℃的條件下靜置2晝夜，然后編號脫模，在溫度20℃±2℃、相對濕度大于95%條件下經(jīng)過標準養(yǎng)護28天；制成的磚體強度大于CF80。
按照本發(fā)明實施例1-3制備的混凝土材料，根據(jù)《纖維混凝土試驗方法標準》（CECS13:2009）, 利用Φ100 SHPB Hopkinson壓桿裝置進行了沖擊壓縮試驗。試驗結(jié)果見表1。
表1：試驗結(jié)果平均值
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按照本發(fā)明實施例1-3制備的標準磚體，為實心長方體,長240mm,寬115mm,厚53mm，進行實彈射擊試驗，試驗結(jié)果如下：
實彈射擊試驗在解放軍某部試驗室進行。試驗發(fā)射裝置：12.7mm高射機槍。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)明的標準防彈磚砌成500mm×500mm×240mm的墻體靶板。射擊距離：6m、11m、16m、21m、26m和31m。試驗方式：水平射擊試驗。測速裝置：用錫箔靶和電子測時儀測量彈丸著靶速度。每組做三次有效試驗，取平均值，觀察彈丸侵徹情況、彈丸破壞情況、靶板破壞情況。試驗結(jié)果見表2。
表2
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試驗結(jié)論：用本發(fā)明的標準防彈磚建造的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)明實施例1-3制備的標準磚體，進行實彈爆炸試驗，結(jié)果如下：
實彈爆炸試驗在解放軍某部野外試驗場進行。試驗彈藥為：77－1式木柄手榴彈，彈徑48mm，彈重355g～385g，彈長173mm，采用A3鋼板預制刻槽彈體，彈體內(nèi)壓裝70gTNT炸藥，殺傷半徑大于7m，爆炸時可產(chǎn)生有效破片300余片，單個破片質(zhì)量約0.4g，破片初速達1000m/s以上，手榴彈的安全半徑為37m。試驗裝藥方法：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)明的標準防彈磚砌成1000mm×1000mm×240mm的墻體靶板。靶板距爆點距離：3m、4m、5m、6m、7m、10m、15m和30m。靶板布置方式：以引爆點為中心呈環(huán)行布置，每組布置5塊，取三塊有效試驗，取破片侵徹深度平均值，觀察破片侵徹情況、靶板破壞情況。試驗結(jié)果見表3。
表3
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試驗結(jié)論：用本發(fā)明的標準防彈磚建造的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)。