本發(fā)明屬于建筑領(lǐng)域，涉及一種纖維增強多孔混凝土及其制備方法，具體地說，涉及一種具有負(fù)泊松比效應(yīng)的纖維增強多孔防爆混凝土及其制備方法。

背景技術(shù)：

近年來，國內(nèi)、國際社會的爆炸事件層出不窮。針對爆炸載荷造成的人身財產(chǎn)破壞，最為直接的措施是設(shè)計行之有效的基礎(chǔ)設(shè)施防爆材料。然而，傳統(tǒng)混凝土的設(shè)計理念主要是提高自身強度，對于爆炸過程的疏導(dǎo)與能量傳遞的消除并不能發(fā)揮積極作用。而從力學(xué)角度分析，爆炸的基本問題是能量而非力。因此，當(dāng)載荷強度超過強度臨界值時，傳統(tǒng)混凝土通過直接釋放具有巨大動能的混凝土碎塊或金屬破片等爆炸產(chǎn)物，實現(xiàn)能量釋放，因此，極易造成對人身財產(chǎn)的二次傷害。目前，建筑行業(yè)對多孔混凝土更多的要求是輕質(zhì)；雖然其防爆性能的研發(fā)也有所報道，但仍然局限在通過提高自身強度來實現(xiàn)抗爆。此外，用于填充墻等建筑結(jié)構(gòu)的多孔混凝土的孔隙設(shè)計主要集中在孔隙尺寸大小與分布控制，對孔隙的形態(tài)并無關(guān)注。

泊松比是指材料受力形變時橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變比值的負(fù)數(shù)，是反映材料抵抗外部載荷能力的一個重要參數(shù)。泊松比越小，材料在受力形變過程中橫向應(yīng)變越大；相反，則越小。一般材料的泊松比在0至0.7之間。普通材料在受到縱向拉應(yīng)力作用時出現(xiàn)細(xì)頸現(xiàn)象，其泊松比為正值。而負(fù)泊松比材料，即拉脹材料(Auxetic，源自希臘語)，形變則相反。負(fù)泊松比混凝土受拉伸時在彈性范圍內(nèi)橫向發(fā)生膨脹，受壓縮時材料的橫向反而發(fā)生收縮，有效抵抗剪切力，大大吸收外部釋放的能量。負(fù)泊松比材料憑借其負(fù)泊松比效應(yīng)，具備優(yōu)異的彈性模量、抗斷裂性能及回彈韌性。負(fù)泊松比材料的發(fā)展已經(jīng)有30余年，其應(yīng)用主要集中在泡沫材料、腰椎間盤置換材料、人工血管替代材料等領(lǐng)域。在防爆領(lǐng)域，曾有人將窗簾設(shè)計出負(fù)泊松比效應(yīng)以實現(xiàn)防爆目的。然而，在建筑領(lǐng)域，目前還沒有負(fù)泊松比混凝土的相關(guān)報道，將其應(yīng)用于防爆工程更是聞所未聞。

為解決傳統(tǒng)混凝土在防爆方面的缺陷，實現(xiàn)安全有效的減少爆炸造成的損失的目的，本發(fā)明擬將“負(fù)泊松比效應(yīng)”的概念引入混凝土結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域。將具備防爆功能的負(fù)泊松比混凝土應(yīng)用于民用、軍用建筑物墻體或天然氣、石油等工業(yè)管道，使得在經(jīng)受爆炸載荷作用時，墻體或管道在爆炸脈沖的法向方向發(fā)生收縮而非膨脹。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有混凝土在防爆方面所存在的問題，本發(fā)明提供了纖維增強多孔防爆混凝土及其制備方法。所述纖維增強多孔防爆混凝土通過負(fù)泊松比效應(yīng)設(shè)計，可以有效抵抗并吸收爆炸載荷能量，從而實現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部人身財產(chǎn)安全最大限度的保護(hù)。

本發(fā)明的技術(shù)方案：具有負(fù)泊松比效應(yīng)的纖維增強多孔防爆混凝土，由含有連通孔結(jié)構(gòu)或內(nèi)凹孔結(jié)構(gòu)的多孔混凝土基體、以及若干個特殊形態(tài)的纖維結(jié)構(gòu)單元構(gòu)建的增強體陣列組成；所述特殊形態(tài)的纖維結(jié)構(gòu)單元由平行排布的2-4層纖維鉸鏈組成，層間距為10mm-50mm，所述纖維鉸鏈為具有內(nèi)凹角的軸對稱多邊形結(jié)構(gòu)。所述纖維為直徑為0.05mm-5mm的聚丙烯纖維、鋼纖維、不銹鋼纖維、溫石棉纖維、青石棉纖維、鐵石棉纖維、抗堿玻璃纖維、抗堿礦棉纖維、聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維、尼龍纖維、芳族聚酰亞胺纖維、西沙爾麻纖維或龍舌蘭纖維中的一種或幾種。

其中，所述軸對稱多邊形結(jié)構(gòu)為六棱內(nèi)凹結(jié)構(gòu)、八棱內(nèi)凹結(jié)構(gòu)、十棱內(nèi)凹結(jié)構(gòu)或十二棱內(nèi)凹結(jié)構(gòu)；所述六棱內(nèi)凹結(jié)構(gòu)如圖1a所示，所述八棱內(nèi)凹結(jié)構(gòu)如圖1b所示，所述十棱內(nèi)凹結(jié)構(gòu)如圖1c所示，所述十二棱內(nèi)凹結(jié)構(gòu)如圖1d所示；所述內(nèi)凹角分別為β₁＝90°-150°，β₂＝100°-160°，β₃＝110°-160°，β₄＝110°-170°，所述纖維結(jié)構(gòu)單元的軸對稱多邊形的外接圓直徑為9mm-54mm。

所述若干個特殊形態(tài)的纖維結(jié)構(gòu)單元之間為有序排列；所述有序排列為定向有序密集陣列(特殊內(nèi)凹結(jié)構(gòu)完全有序排列型纖維混凝土)、定向有序隔層陣列(特殊內(nèi)凹/普通結(jié)構(gòu)層次交替有序排列型纖維混凝土)或定向有序?qū)娱g交叉鑲嵌陣列(特殊內(nèi)凹/普通結(jié)構(gòu)ABA條鑲嵌排布型纖維混凝土)，如圖6所示。

所述每個纖維結(jié)構(gòu)單元還包括垂直方向的固定纖維束，每層所述纖維鉸鏈的平面與固定纖維束垂直；所述內(nèi)凹角的方向與爆炸載荷的傳播方向一致。

其中，所述多孔混凝土基體由以下幾種組分制備得到：膠凝材料、減水劑、激發(fā)劑、穩(wěn)泡劑和發(fā)泡劑；按重量份數(shù)計，所述發(fā)泡劑的用量為所述膠凝材料的3-14％，所述穩(wěn)泡劑和發(fā)泡劑的重量比為0.6-4.2。所述膠凝材料為石膏、硅酸鹽水泥、摻混合材料的硅酸鹽水泥、快硬水泥、膨脹水泥、自應(yīng)力水泥、磷酸鎂水泥、特種硅酸鹽水泥和抗硫酸鹽水泥中的一種或幾種；所述發(fā)泡劑為雙氧水；所述穩(wěn)泡劑為羧甲基纖維素、纖維素鈉和硬脂酸鈣中的一種或幾種；所述激發(fā)劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3-0.6％的KMnO₄溶液；所述減水劑為聚羧酸系減水劑；按重量份數(shù)計，所述膠凝材料為280-320份；所述KMnO₄溶液為0.5-1份，所述聚羧酸系減水劑為0.5-0.7份。

具有負(fù)泊松比效應(yīng)的防爆纖維混凝土的制備方法，所述制備方法為預(yù)制骨架法，包括以下步驟：(1)準(zhǔn)備：根據(jù)纖維鉸鏈的需要，采用常規(guī)技術(shù)，將直徑為0.05mm-5mm的纖維紡成直徑為1mm-20mm的纖維束，并對纖維束進(jìn)行彎曲、切割處理；(2)固定：將切割好的纖維束固定為具有內(nèi)凹角的軸對稱多邊形結(jié)構(gòu)，然后將n層具有內(nèi)凹角的軸對稱多邊形結(jié)構(gòu)固定得到纖維結(jié)構(gòu)單元，最后將纖維結(jié)構(gòu)單元有序排列，得到預(yù)制纖維結(jié)構(gòu)模板；(3)澆筑：根據(jù)多孔混凝土基體的配比設(shè)計拌合混凝土，并將其澆筑到步驟(2)制備的預(yù)制纖維結(jié)構(gòu)模板中，靜置養(yǎng)護(hù)，得到具有負(fù)泊松比效應(yīng)的纖維增強多孔防爆混凝土。圖5所示的箭頭方向為混凝土結(jié)構(gòu)承重的載荷方向。

其中，當(dāng)穩(wěn)泡劑為羧甲基纖維素或纖維素鈉時，步驟(3)所述的拌合混凝土包括以下步驟：(a)將膠凝材料倒入攪拌裝置中，低速攪拌至混合均勻；然后緩慢加入適量水，繼續(xù)低速攪拌至膠凝材料均勻分散在水中；(b)向攪拌裝置中加入減水劑，低速攪拌25-40s；(c)繼續(xù)高速攪拌20-40s，并在攪拌時加入激發(fā)劑和穩(wěn)泡劑；(d)轉(zhuǎn)為低速攪拌，并在攪拌時加入發(fā)泡劑；繼續(xù)攪拌5-20s開始發(fā)泡。當(dāng)穩(wěn)泡劑為硬脂酸鈣時，步驟(3)所述的拌合混凝土中，穩(wěn)泡劑在步驟(b)中加入攪拌裝置中。

其中，所述低速攪拌的轉(zhuǎn)速為30-100r/min，所述高速攪拌的轉(zhuǎn)速為200-350r/min；所述水與膠凝材料的重量比為0.5-0.6:1。所述防爆多孔混凝土具備連通孔結(jié)構(gòu)時：按重量分?jǐn)?shù)計，所述發(fā)泡劑為膠凝材料的8-14％；步驟(d)所述的低速攪拌的轉(zhuǎn)速為30-70r/min；步驟(3)所述的澆筑在發(fā)泡完成以后進(jìn)行。所述防爆纖維多孔混凝土具備內(nèi)凹孔結(jié)構(gòu)時：按重量分?jǐn)?shù)計，所述發(fā)泡劑為膠凝材料的3-8％；步驟(d)所述的低速攪拌的轉(zhuǎn)速為50-100r/min；步驟(3)所述的澆筑在發(fā)泡開始時進(jìn)行；澆筑完成后，在發(fā)泡階段的2/5-2/3時間施加外部壓，所述外部壓強為該試樣抗壓強度的10-20％。(制備前需先對相應(yīng)配方體系的發(fā)泡時間與抗壓強度進(jìn)行測定)

通過對孔隙形態(tài)及相應(yīng)界面結(jié)構(gòu)而進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，從而使混凝土具有負(fù)泊松比效應(yīng)，提高了混凝土對爆炸載荷的吸收能力，并在吸收爆炸載荷后在很大程度上保持混凝土原有宏觀結(jié)構(gòu)不被破壞。與具有閉孔結(jié)構(gòu)的普通纖維增強多孔混凝土相比，具有連通孔和內(nèi)凹孔結(jié)構(gòu)的纖維增強多孔防爆混凝土的儲能模量大大提高，大幅提升抵抗并吸收爆炸載荷能量的能力，避免爆炸過程中直接釋放爆炸產(chǎn)物對建筑結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部人身財產(chǎn)造成二次傷害，從而實現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部人身財產(chǎn)安全最大限度的保護(hù)。

為了得到根據(jù)上述方法制備的防爆纖維多孔混凝土的泊松比，本申請采用下述方法對試塊進(jìn)行了檢測。附圖7是檢測采用的實驗裝置示意圖。

(一)測試方法

參照《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2002)對普通試塊進(jìn)行抗壓強度的測試。采用了全自動壓力試驗機來對這類試塊進(jìn)行測試。

參照《普通混凝土小型空心砌塊力學(xué)性能實驗標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T8239-1997)中的相關(guān)內(nèi)容對多孔試塊的抗壓強度進(jìn)行測定。

為了準(zhǔn)確測出試塊在受到壓力載荷后形狀的連續(xù)變化情況，試驗采用最小的加載速度進(jìn)行加載，普通試塊加載速率為0.1MPa/s，多孔試塊加載速率為0.2mm/min，并在加載的同時，使用工業(yè)相機拍攝試塊加載的全過程，直至試塊出現(xiàn)宏觀破壞。

(二)測試步驟

1.將養(yǎng)護(hù)到規(guī)定時間的試塊從養(yǎng)護(hù)室中拿出，將其放入電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)干燥直至恒重，然后取出，冷卻到室溫。

2.首先將試塊表面的測試區(qū)域(側(cè)面)均勻的噴上黑漆，然后用白色噴漆隨機噴灑在黑漆表面，如圖8所示。這樣處理的目的是為了便于觀測，以滿足數(shù)字散斑法測試的需要。

3.待噴漆干透后，把試塊放置在壓力試驗機的承壓板上，并保證承壓板與試塊的受壓面的中心重合。壓縮裝置如圖9所示。

4.啟動試驗機，將下壓板慢慢上升，當(dāng)試塊與上壓板快要接觸時，調(diào)整旋鈕為慢速上升，以便使承板與試塊受壓面均勻接觸。

5.設(shè)置測試參數(shù)，將工作空間切換成上空間，最大量程50KN，位移速度0.2mm/min。清零后開始測試，直到試件產(chǎn)生宏觀破壞。并在加載過程的同時，用工業(yè)相機連續(xù)拍照，對不同時刻的試塊被破壞的各個時間段進(jìn)行實時的記錄。

6.數(shù)據(jù)處理：采用DSCM軟件(清華大學(xué)工程力學(xué)系開發(fā))進(jìn)行相關(guān)分析。這種方法在很大程度上彌補了使用相關(guān)系數(shù)插值擬和的DSCM方法在測量大應(yīng)變位移場方面的不足，可研究混凝土試件在單軸受壓的情況下的形變，并可同時給出位移場和應(yīng)變場的變化。

如圖10所示，普通試塊為無孔試塊，閉孔試塊內(nèi)的孔隙為近似規(guī)則球體，連通孔試塊內(nèi)的孔隙是由內(nèi)部孔隙連通而成，內(nèi)凹孔試塊的孔隙是在閉孔試塊發(fā)泡時受單向壓力擠壓而成或預(yù)埋預(yù)制的石蠟內(nèi)凹空胞體單元結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明創(chuàng)新性的通過設(shè)計纖維結(jié)構(gòu)單元的形式與角度，以及混凝土中的纖維結(jié)構(gòu)單元及其堆疊陣列分布，得到具有特殊形態(tài)的預(yù)制纖維結(jié)構(gòu)模板；然后采用預(yù)制骨架法，制備具備負(fù)泊松比效應(yīng)的纖維增強多孔防爆混凝土。

(2)本發(fā)明的混凝土基體為具有連通孔結(jié)構(gòu)或內(nèi)凹孔結(jié)構(gòu)的多孔混凝土，二者的泊松比值最小分別可達(dá)到-0.21與-0.90，與具有閉孔結(jié)構(gòu)的普通多孔纖維混凝土相比，其儲能模量分別提高261％與372％；大幅提升抵抗并吸收爆炸載荷能量的能力，避免爆炸過程中直接釋放爆炸產(chǎn)物對建筑結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部人身財產(chǎn)造成二次傷害，從而實現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部人身財產(chǎn)安全最大限度的保護(hù)。

(3)本發(fā)明將具有負(fù)泊松比效應(yīng)的多孔混凝土基體與具有負(fù)泊松比效應(yīng)的特殊形態(tài)纖維結(jié)構(gòu)單元相結(jié)合，使得原有多孔混凝土基體的泊松比值最小分別可達(dá)到-0.53與-0.98，儲能模量分別提高320％與418％；更大幅度提高了對爆炸載荷的吸收能力，并且很大程度上保持原有結(jié)構(gòu)不被破壞。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中具備負(fù)泊松比效應(yīng)的纖維鉸鏈結(jié)構(gòu)圖，圖1a為六棱內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，圖1b為八棱內(nèi)凹結(jié)構(gòu)、圖1c為十棱內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，圖1d為十二棱內(nèi)凹結(jié)構(gòu)。

圖2為六棱內(nèi)凹結(jié)構(gòu)、八棱內(nèi)凹結(jié)構(gòu)的纖維鉸鏈?zhǔn)芰Ψ较虻氖疽鈭D。

圖3為纖維鉸鏈在圖2所示的受力之后的收縮方向的示意圖。

圖4為采用不同纖維鉸鏈結(jié)構(gòu)的纖維結(jié)構(gòu)單元示意圖；圖4a為普通纖維結(jié)構(gòu)，圖4b為六棱內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，圖4c為八棱內(nèi)凹結(jié)構(gòu)。

圖5為采用不同纖維鉸鏈結(jié)構(gòu)的纖維混凝土試塊的立體透視圖；圖5a為普通砂漿混凝土，圖5b為普通纖維混凝土，圖5c為六棱內(nèi)凹纖維混凝土；圖5d為八棱內(nèi)凹纖維混凝土。

圖6為纖維結(jié)構(gòu)單元三種有序排列方式的示意圖；圖6a為定向有序密集陣列，圖6b為定向有序隔層陣列，圖6c為定向有序?qū)娱g交叉鑲嵌陣列。

圖7為泊松比檢測采用的實驗裝置示意圖。

圖8為泊松比檢測中的試樣示意圖。

圖9為泊松比檢測中的壓縮裝置示意圖。

圖10為纖維多孔混凝土試塊剖面形態(tài)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。

實施例1：具備連通孔結(jié)構(gòu)與六棱內(nèi)凹纖維結(jié)構(gòu)單元定向有序密集陣列增強體的纖維增強多孔防爆混凝土

具有負(fù)泊松比效應(yīng)的纖維增強多孔防爆混凝土，所述纖維增強多孔防爆混凝土由具備連通孔結(jié)構(gòu)的多孔混凝土基體、以及若干個特殊形態(tài)纖維結(jié)構(gòu)單元組成；所述纖維結(jié)構(gòu)單元由由平行排布的2層纖維鉸鏈組成，所述纖維鉸鏈為六棱內(nèi)凹結(jié)構(gòu)；所述內(nèi)凹角為β₁＝90°，層間距為15mm，六棱軸對稱多邊形的外接圓直徑為24mm，所述纖維為直徑為0.2mm的鋼纖維紡成的直徑為5mm的纖維束。所述每個纖維結(jié)構(gòu)單元還包括垂直方向的固定纖維束，每層所述纖維鉸鏈的平面與固定纖維束垂直；所述內(nèi)凹角的方向與爆炸載荷的傳播方向一致。組成防爆纖維混凝土的所述多個纖維結(jié)構(gòu)單元之間為定向有序密集陣列(特殊內(nèi)凹結(jié)構(gòu)完全有序排列型纖維混凝土)，如圖6a所示。

其中，所述多孔混凝土基體由以下幾種組分制備得到：膠凝材料、減水劑、激發(fā)劑、穩(wěn)泡劑和發(fā)泡劑。其中，所述膠凝材料為硅酸鹽水泥，所述發(fā)泡劑為雙氧水，所述穩(wěn)泡劑為羧甲基纖維素，所述激發(fā)劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3％的KMnO₄溶液，所述減水劑為聚羧酸系減水劑。按重量份數(shù)計，所述膠凝材料為300g，雙氧水為30g，羧甲基纖維素為35g，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3％的KMnO₄溶液為0.8g，所述聚羧酸系減水劑為0.6g。

具有負(fù)泊松比效應(yīng)的纖維增強多孔防爆混凝土的制備方法，所述制備方法為預(yù)制骨架法，包括以下步驟：(1)準(zhǔn)備：根據(jù)纖維鉸鏈的需要，采用常規(guī)紡絲技術(shù)，將直徑為0.2mm的鋼纖維紡成的直徑為5mm的纖維束，并進(jìn)行彎曲和切割；(2)固定：將切割好的纖維固定為具有內(nèi)凹角的六棱軸對稱多邊形結(jié)構(gòu)，然后將2層具有內(nèi)凹角的六棱軸對稱多邊形結(jié)構(gòu)固定得到纖維結(jié)構(gòu)單元，最后將纖維結(jié)構(gòu)單元有序排列，得到預(yù)制纖維結(jié)構(gòu)模板；(3)澆筑：根據(jù)多孔混凝土基體的配比設(shè)計拌合混凝土，并將其澆筑到步驟(2)制備的預(yù)制纖維結(jié)構(gòu)模板中，靜置養(yǎng)護(hù)，得到具有負(fù)泊松比效應(yīng)的防爆纖維混凝土。圖5所示的箭頭方向為混凝土結(jié)構(gòu)承重的載荷方向。

其中，步驟(3)所述的拌合混凝土包括以下步驟：(a)將膠凝材料倒入攪拌裝置中，低速攪拌約1min，使混合均勻；然后緩慢加入適量水，繼續(xù)低速攪拌30s，使膠凝材料均勻分散在水中；(b)向攪拌裝置中加入減水劑，低速攪拌25s；(c)繼續(xù)高速攪拌20s，并在攪拌時加入激發(fā)劑和穩(wěn)泡劑；(d)轉(zhuǎn)為低速攪拌，并在攪拌時加入發(fā)泡劑；繼續(xù)攪拌10s開始發(fā)泡，發(fā)泡完成后澆筑。其中，低速攪拌的轉(zhuǎn)速為50r/min，高速攪拌的轉(zhuǎn)速為300r/min；步驟(a)中水與膠凝材料的重量比為0.5:1。

為了得到根據(jù)上述方法制備的防爆多孔混凝土的泊松比，本申請采用下述方法對試塊進(jìn)行了檢測。附圖2是檢測采用的實驗裝置示意圖。

(一)測試方法

參照《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2002)對普通試塊進(jìn)行抗壓強度的測試。采用了全自動壓力試驗機來對這類試塊進(jìn)行測試。

參照《普通混凝土小型空心砌塊力學(xué)性能實驗標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T8239-1997)中的相關(guān)內(nèi)容對多孔試塊的抗壓強度進(jìn)行測定。

為了準(zhǔn)確測出試塊在受到壓力載荷后形狀的連續(xù)變化情況，試驗采用最小的加載速度進(jìn)行加載，普通試塊加載速率為0.1MPa/s，多孔試塊加載速率為0.2mm/min，并在加載的同時，使用工業(yè)相機拍攝試塊加載的全過程，直至試塊出現(xiàn)宏觀破壞。

(二)測試步驟

1.將養(yǎng)護(hù)到規(guī)定時間的試塊從養(yǎng)護(hù)室中拿出，將其放入電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)干燥直至恒重，然后取出，冷卻到室溫。

2.首先將試塊表面的測試區(qū)域(側(cè)面)均勻的噴上黑漆，然后用白色噴漆隨機噴灑在黑漆表面，如圖3所示。這樣處理的目的是為了便于觀測，以滿足數(shù)字散斑法測試的需要。

3.待噴漆干透后，把試塊放置在壓力試驗機的承壓板上，并保證承壓板與試塊的受壓面的中心重合。壓縮裝置如圖4所示。

4.啟動試驗機，將下壓板慢慢上升，當(dāng)試塊與上壓板快要接觸時，調(diào)整旋鈕為慢速上升，以便使承板與試塊受壓面均勻的接觸。

5.設(shè)置測試參數(shù)，將工作空間切換成上空間，最大量程50KN，位移速度0.2mm/min。清零后開始測試，直到試件產(chǎn)生宏觀破壞。并在加載過程的同時，用工業(yè)相機連續(xù)拍照，對不同時刻的試塊被破壞的各個時間段進(jìn)行實時的記錄。

6.數(shù)據(jù)處理：采用DSCM軟件(清華大學(xué)工程力學(xué)系開發(fā))進(jìn)行相關(guān)分析。這種方法在很大程度上彌補了使用相關(guān)系數(shù)插值擬和的DSCM方法在測量大應(yīng)變位移場方面的不足，可研究混凝土試件在單軸受壓的情況下的形變，并可同時給出位移場和應(yīng)變場的變化。

根據(jù)上述檢測結(jié)果進(jìn)行計算，本實施例制備的具備連通孔結(jié)構(gòu)的纖維增強多孔防爆混凝土的泊松比為-0.44。

實施例2：具備連通孔結(jié)構(gòu)與六棱內(nèi)凹纖維結(jié)構(gòu)單元定向有序隔層陣列增強體的纖維增強多孔防爆混凝土

與實施例1不同的是，具有負(fù)泊松比效應(yīng)的纖維增強多孔防爆混凝土，所述纖維結(jié)構(gòu)單元由平行排布的3層纖維鉸鏈組成，所述內(nèi)凹角為β₁＝120°，層間距為20mm，六棱軸對稱多邊形的外接圓直徑為20mm，所述纖維為直徑為0.1mm的鋼纖維紡成的直徑為4mm的纖維束。組成防爆纖維混凝土的所述多個纖維結(jié)構(gòu)單元之間為定向有序隔層陣列(特殊內(nèi)凹/普通結(jié)構(gòu)層次交替有序排列型纖維混凝土)，如圖6b所示。所述膠凝材料為硅酸鹽水泥，所述穩(wěn)泡劑為硬脂酸鈣中。按重量份數(shù)計，所述膠凝材料為280g，雙氧水為22.4g，硬脂酸鈣為25g；所述質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6％的KMnO₄溶液為0.5g，所述聚羧酸系減水劑為0.5g。

其中，具有負(fù)泊松比效應(yīng)的纖維增強多孔防爆混凝土的制備方法，步驟(3)所述的拌合混凝土為：低速攪拌的轉(zhuǎn)速為70r/min，高速攪拌的轉(zhuǎn)速為250r/min；步驟(1)中水與膠凝材料的重量比為0.6:1。

根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行計算，本實施例制備的具備連通孔結(jié)構(gòu)的纖維增強多孔防爆混凝土的泊松比為-0.49。

實施例3：具備連通孔結(jié)構(gòu)與六棱內(nèi)凹纖維結(jié)構(gòu)單元定向有序?qū)娱g交叉鑲嵌陣列增強體的纖維增強多孔防爆混凝土

與實施例1不同的是，具有負(fù)泊松比效應(yīng)的纖維增強多孔防爆混凝土，所述纖維結(jié)構(gòu)單元由平行排布的4層纖維鉸鏈組成，所述內(nèi)凹角為β₁＝150°，層間距為30mm，六棱軸對稱多邊形的外接圓直徑為50mm，所述纖維為直徑為0.6mm的鋼纖維紡成的直徑為6mm的纖維束。組成防爆纖維混凝土的所述多個纖維結(jié)構(gòu)單元之間為定向有序?qū)娱g交叉鑲嵌陣列(特殊內(nèi)凹/普通結(jié)構(gòu)ABA條鑲嵌排布型纖維混凝土)，如圖6c所示。所述膠凝材料為膨脹水泥，所述穩(wěn)泡劑纖維素鈉。按重量份數(shù)計，所述膠凝材料為320g；雙氧水為41.6g，纖維素鈉為40g，所述質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5％的KMnO₄溶液為1g，所述聚羧酸系減水劑為0.7g。

其中，具有負(fù)泊松比效應(yīng)的纖維增強多孔防爆混凝土的制備方法，步驟(3)所述的拌合混凝土為：低速攪拌的轉(zhuǎn)速為30r/min，高速攪拌的轉(zhuǎn)速為350r/min；步驟(1)中水與膠凝材料的重量比為0.55:1。

根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行計算，本實施例制備的具備連通孔結(jié)構(gòu)的纖維增強多孔防爆混凝土的泊松比為-0.51。

實施例4：具備內(nèi)凹孔結(jié)構(gòu)與八棱內(nèi)凹纖維結(jié)構(gòu)單元定向有序?qū)娱g交叉鑲嵌陣列增強體的纖維增強多孔防爆混凝土

與實施例1不同的是，具有負(fù)泊松比效應(yīng)的纖維增強多孔防爆混凝土，所述纖維結(jié)構(gòu)單元由平行排布的3層纖維鉸鏈組成，所述纖維鉸鏈為八棱內(nèi)凹結(jié)構(gòu)；所述內(nèi)凹角β₂＝100°，層間距為20mm，八棱軸對稱多邊形的外接圓直徑為40mm，所述纖維為直徑為0.1mm的鋼纖維紡成的直徑為5mm的纖維束。所述有序排列為定向有序?qū)娱g交叉鑲嵌陣列(特殊內(nèi)凹/普通結(jié)構(gòu)ABA條鑲嵌排布型纖維混凝土)，如圖6c所示。所述膠凝材料為快硬水泥，所述穩(wěn)泡劑為羧甲基纖維素。按重量份數(shù)計，所述膠凝材料為300g；雙氧水為18g，穩(wěn)泡劑中的羧甲基纖維素為18g，所述質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5％的KMnO₄溶液為0.6g，所述聚羧酸系減水劑為0.6g。

其中，具有負(fù)泊松比效應(yīng)的纖維增強多孔防爆混凝土的制備方法，

步驟(3)所述的拌合混凝土為：低速攪拌的轉(zhuǎn)速為80r/min，高速攪拌的轉(zhuǎn)速為250r/min；步驟(a)中水與膠凝材料的重量比為0.5:1。步驟(d)中在發(fā)泡開始時澆筑，發(fā)泡15s時施加2.6MPa的外部壓強。

根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行計算，本實施例制備的具備內(nèi)凹孔結(jié)構(gòu)的纖維增強多孔防爆混凝土的泊松比為-0.74。

實施例5：具備內(nèi)凹孔結(jié)構(gòu)與八棱內(nèi)凹纖維結(jié)構(gòu)單元定向有序隔層陣列增強體的纖維增強多孔防爆混凝土

與實施例4不同的是，具有負(fù)泊松比效應(yīng)的纖維增強多孔防爆混凝土，所述纖維結(jié)構(gòu)單元由平行排布的2層纖維鉸鏈組成，所述內(nèi)凹角β₂＝120°，層間距為10mm，八棱軸對稱多邊形的外接圓直徑為30mm，所述纖維為直徑為0.2mm的鋼纖維紡成的直徑為4mm的纖維束。所述有序排列為定向有序隔層陣列(特殊內(nèi)凹/普通結(jié)構(gòu)層次交替有序排列型纖維混凝土)，如圖6b所示。所述膠凝材料為抗硫酸鹽水泥，所述穩(wěn)泡劑為硬脂酸鈣。按重量份數(shù)計，所述膠凝材料為290g，雙氧水為10.4g，硬脂酸鈣為15g；所述質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3％的KMnO₄溶液為0.9g，所述聚羧酸系減水劑為0.5g。

其中，具有負(fù)泊松比效應(yīng)的纖維增強多孔防爆混凝土的制備方法，步驟(3)所述的拌合混凝土為：低速攪拌的轉(zhuǎn)速為50r/min，高速攪拌的轉(zhuǎn)速為200r/min；步驟(1)中水與膠凝材料的重量比為0.6:1。步驟(4)中在發(fā)泡20s時施加2.2MPa的外部壓強。

根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行計算，本實施例制備的具備內(nèi)凹孔結(jié)構(gòu)的纖維增強多孔防爆混凝土的泊松比為-0.85。

實施例6：具備內(nèi)凹孔結(jié)構(gòu)與八棱內(nèi)凹纖維結(jié)構(gòu)單元定向有序隔層陣列增強體的纖維增強多孔防爆混凝土

與實施例4不同的是，具有負(fù)泊松比效應(yīng)的纖維增強多孔防爆混凝土，所述纖維結(jié)構(gòu)單元由平行排布的2層纖維鉸鏈組成，所述內(nèi)凹角β₂＝150°，層間距為15mm，八棱軸對稱多邊形的外接圓直徑為45mm，所述纖維為直徑為0.3mm的鋼纖維紡成的直徑為3mm的纖維束。所述有序排列為定向有序隔層陣列(特殊內(nèi)凹/普通結(jié)構(gòu)層次交替有序排列型纖維混凝土)，如圖6c所示。所述膠凝材料硅酸鹽水泥，所述穩(wěn)泡劑為纖維素鈉。按重量份數(shù)計，所述膠凝材料為310g，雙氧水為24.8g，纖維素鈉為24g，所述質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4％的KMnO₄溶液為0.7g，所述聚羧酸系減水劑為0.7g。

其中，具有負(fù)泊松比效應(yīng)的纖維增強多孔防爆混凝土的制備方法，步驟(3)所述的拌合混凝土為：低速攪拌的轉(zhuǎn)速為50r/min，高速攪拌的轉(zhuǎn)速為200r/min；步驟(1)中水與膠凝材料的重量比為0.6:1。步驟(4)中在發(fā)泡14s時施加2.7MPa的外部壓強。

根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行計算，本實施例制備的具備內(nèi)凹孔結(jié)構(gòu)的纖維增強多孔防爆混凝土的泊松比為-0.93。

實施例7：具備連通孔結(jié)構(gòu)與八棱內(nèi)凹纖維結(jié)構(gòu)單元定向有序密集陣列增強體的纖維增強多孔防爆混凝土

與實施例1不同的是，具有負(fù)泊松比效應(yīng)的纖維增強多孔防爆混凝土，所述纖維結(jié)構(gòu)單元由平行排布的4層纖維鉸鏈組成，所述內(nèi)凹角β₂＝160°，層間距為15mm，八棱軸對稱多邊形的外接圓直徑為50mm，所述纖維為直徑為0.4mm的鋼纖維紡成的直徑為4mm的纖維束。所述有序排列為定向有序密集陣列(特殊內(nèi)凹結(jié)構(gòu)完全有序排列型纖維混凝土)，如圖6a所示。所述膠凝材料為硅酸鹽水泥，所述穩(wěn)泡劑為羧甲基纖維素。按重量份數(shù)計，所述膠凝材料為300g，雙氧水為27g，羧甲基纖維素為29g，所述質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6％的KMnO₄溶液為0.6g，所述聚羧酸系減水劑為0.6g。

根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行計算，本實施例制備的具備內(nèi)連通結(jié)構(gòu)的纖維增強多孔防爆混凝土的泊松比為-0.51。

實施例8：具備連通孔結(jié)構(gòu)與十棱內(nèi)凹纖維結(jié)構(gòu)單元定向有序密集陣列增強體的纖維增強多孔防爆混凝土

與實施例7不同的是，具有負(fù)泊松比效應(yīng)的纖維增強多孔防爆混凝土，所述纖維結(jié)構(gòu)單元由平行排布的2層纖維鉸鏈組成，所述纖維鉸鏈為具有內(nèi)凹角的十棱內(nèi)凹結(jié)構(gòu)；所述內(nèi)凹角β₃＝130°，層間距為12mm，十棱軸對稱多邊形的外接圓直徑為38mm，所述纖維為直徑為0.1mm的鋼纖維紡成的直徑為2mm的纖維束。所述有序排列為定向有序密集陣列(特殊內(nèi)凹結(jié)構(gòu)完全有序排列型纖維混凝土)，如圖6a所示。所述膠凝材料硅酸鹽水泥，所述穩(wěn)泡劑為硬脂酸鈣。按重量份數(shù)計，所述膠凝材料為280g，雙氧水為14g，硬脂酸鈣為15g，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3％的KMnO₄溶液為0.7g，所述聚羧酸系減水劑為0.5g。

根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行計算，本實施例制備的具備連通孔結(jié)構(gòu)的纖維增強多孔防爆混凝土的泊松比為-0.45。

實施例9：具備連通孔結(jié)構(gòu)與十棱內(nèi)凹纖維結(jié)構(gòu)單元定向有序隔層陣列增強體的纖維增強多孔防爆混凝土

與實施例7不同的是，具有負(fù)泊松比效應(yīng)的纖維增強多孔防爆混凝土，所述纖維結(jié)構(gòu)單元由平行排布的3層纖維鉸鏈組成，所述內(nèi)凹角β₃＝135°，層間距為12mm，十棱軸對稱多邊形的外接圓直徑為38mm，所述纖維為直徑為0.1mm的鋼纖維紡成的直徑為2mm的纖維束。所述有序排列為定向有序隔層陣列(特殊內(nèi)凹/普通結(jié)構(gòu)層次交替有序排列型纖維混凝土)，如圖6b所示。所述膠凝材料為硅酸鹽水泥，所述穩(wěn)泡劑為纖維素鈉。按重量份數(shù)計，所述膠凝材料為320g，雙氧水為35.2g，纖維素鈉為32g，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4％的KMnO₄溶液為0.8g，所述聚羧酸系減水劑為0.7g。

根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行計算，本實施例制備的具備內(nèi)凹孔結(jié)構(gòu)的纖維增強多孔防爆混凝土的泊松比為-0.42。

實施例10：具備連通孔結(jié)構(gòu)與十棱內(nèi)凹纖維結(jié)構(gòu)單元定向有序隔層陣列增強體的纖維增強多孔防爆混凝土

與實施例8不同的是，具有負(fù)泊松比效應(yīng)的纖維增強多孔防爆混凝土，所述纖維結(jié)構(gòu)單元由平行排布的4層纖維鉸鏈組成，所述內(nèi)凹角β₃＝160°。所述有序排列為定向有序隔層陣列(特殊內(nèi)凹/普通結(jié)構(gòu)層次交替有序排列型纖維混凝土)，如圖6b所示。

根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行計算，本實施例制備的具備內(nèi)凹孔結(jié)構(gòu)的纖維增強多孔防爆混凝土的泊松比為-0.46。

實施例11：具備連通孔結(jié)構(gòu)與十二棱內(nèi)凹纖維結(jié)構(gòu)單元定向有序隔層陣列增強體的纖維增強多孔防爆混凝土

與實施例1不同的是，具有負(fù)泊松比效應(yīng)的纖維增強多孔防爆混凝土，所述纖維結(jié)構(gòu)單元由平行排布的3層纖維鉸鏈組成，所述纖維鉸鏈為十二棱內(nèi)凹結(jié)構(gòu)；所述內(nèi)凹角β₄＝110°。所述有序排列為定向有序隔層陣列，如圖6b所示。

根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行計算，本實施例制備的具備內(nèi)凹孔結(jié)構(gòu)的纖維增強多孔防爆混凝土的泊松比為-0.48。

實施例12：具備連通孔結(jié)構(gòu)與十二棱內(nèi)凹纖維結(jié)構(gòu)單元定向有序?qū)娱g交叉鑲嵌陣列增強體的纖維增強多孔防爆混凝土

與實施例11不同的是，具有負(fù)泊松比效應(yīng)的纖維增強多孔防爆混凝土，所述纖維結(jié)構(gòu)單元由平行排布的4層纖維鉸鏈組成，所述內(nèi)凹角為β₄＝140°。所述有序排列為定向有序?qū)娱g交叉鑲嵌陣列，如圖6c所示。

根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行計算，本實施例制備的具備內(nèi)凹孔結(jié)構(gòu)的纖維增強多孔防爆混凝土的泊松比為-0.52。

實施例13：具備連通孔結(jié)構(gòu)與十二棱內(nèi)凹纖維結(jié)構(gòu)單元定向有序?qū)娱g交叉鑲嵌陣列增強體的纖維增強多孔防爆混凝土

與實施例11不同的是，具有負(fù)泊松比效應(yīng)的纖維增強多孔防爆混凝土，所述纖維結(jié)構(gòu)單元由平行排布的2層纖維鉸鏈組成，所述內(nèi)凹角為β₄＝170°。所述有序排列為定向有序?qū)娱g交叉鑲嵌陣列，如圖6c所示。

根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行計算，本實施例制備的具備內(nèi)凹孔結(jié)構(gòu)的纖維增強多孔防爆混凝土的泊松比為-0.51。

本發(fā)明上述實施例中采用的原料規(guī)格如下：

原料 規(guī)格 產(chǎn)品標(biāo)號 生產(chǎn)廠家

雙氧水 分析純 GB/T 6684-2002 煙臺三和化學(xué)試劑有限公司

高錳酸鉀 分析純 GB/643-2008 煙臺三和化學(xué)試劑有限公司

羧甲基纖維素 分析純 Q/HG 34351-99 天津市永大化學(xué)試劑有限公司

羧甲基纖維素鈉 分析純 GB/1904-2005 上海申光食用化學(xué)品有限公司

硬脂酸鈣 化學(xué)純 Q/12HB3780-2004 天津科密歐化學(xué)試劑有限公司

膠凝材料 山東山水水泥有限公司

聚羧酸減水劑 分析純 BKS-199 山東博克化學(xué)股份有限公司

鋼纖維 唐山億安金屬制品有限公司。