极端不利环境下氧化铝薄壁空心球粒抗冲击吸波性能试验研究

消波层消波效能的充分发挥是防护工程实现防护目的的重要一环。但在饱水与冰冻两种极端不利条件下,传统成层式防护结构使用的消波材料干散砂无法有效发挥消波效能,因此改善消波层在极端不利环境下的消波可靠性对于提升防护结构的战时生存能力具有重要意义。采用氧化铝薄壁空心球颗粒作为新型消波材料,利用分离式霍普金森杆测试了氧化铝薄壁空心球粒在冲击荷载作用下的消波效能并与标准砂进行了比较。试验结果表明,在饱水与冰冻两种极端不利工况下,氧化铝薄壁空心球粒较传统消波材料均具有明显的消波优势。氧化铝薄壁空心球粒能够反射更多的入射能量,进而减少耦合入材料内部的能量;同时,对于耦合入材料内部的能量,其耗散能力也强于标准砂。氧化铝薄壁空心球粒在饱水和冰冻条件下的高效消波能力主要得益于其在荷载作用下能够大量破碎,释放壳体内部气相,增加了介质的可压缩性。在动态应力-应变曲线上直观表现为曲线更加平缓,压缩模量、峰值应力更小但峰值应变更大。而大粒径的氧化铝薄壁空心球粒能够进一步提高材料在极端不利工况下的消波效能,提高工程应用中的效费比。本工作可为防护工程水害与冻害问题提供低成本、高可靠性的解决方案。

薄壁空心球充填节理消波能力试验研究

地下水在防护工程消波层中几乎是不可避免的,采取技术措施降低地下水对消波层效能的不利影响对防护工程十分重要。为量化新型防护材料的实际效能,通过分离式霍普金森杆试验研究了在干燥与饱水两种工况下薄壁空心球粒集料对高频高幅应力波的衰减能力,并与标准砂进行对比。试验结果表明:在饱水工况下,被测材料的消波能力均有降低;但是在高幅值冲击荷载作用下,薄壁空心球粒集料在两种工况下均较标准砂表现更强的变形能力,尤其是在饱水工况下,新型薄壁空心球粒集料填充节理的应力波透射率仅为相同条件下标准砂填充节理的18.99%~37.6%。使用薄壁空心球粒集料替代传统干散砂作为消波材料可以大大提高地下防护结构消波层在饱水不利工况下的消波效能。