轻质抗爆墙的关键在于在保证防护能力的前提下,显著降低结构自重,从而减少冲击波对主体结构的附带影响(如倾覆力矩)。以下是几种常用且有效的轻质抗爆墙材料及其组合形式:
1. 纤维增强水泥基板材:
* 代表材料: 高强度纤维水泥板(如硅酸钙板、FC板的高强型号)、玻璃纤维增强水泥板(GRC)。
* 特点: 这是目前应用非常广泛的轻质抗爆墙面板材料。它们本身具有较高的抗拉、抗冲击强度和良好的防火、耐候性能。密度远低于传统钢筋混凝土(通常在1.0-1.8 g/cm³)。通过合理设计(如增加板厚、优化配筋或纤维含量、采用特殊配方),这类板材能达到所需的抗爆等级。
* 应用形式: 通常作为面板,与轻钢龙骨框架组合使用,内部有时填充轻质吸能材料(如岩棉、泡沫混凝土)。其破坏模式通常表现为纤维的桥接作用吸收能量,避免脆性碎裂飞溅。
2. 轻质混凝土/加气混凝土板材:
* 代表材料: 配筋增强的加气混凝土板(ALC/AAC板)、轻骨料混凝土板(如陶粒混凝土板)、超混凝土(UHPC)薄板。
* 特点:
* ALC/AAC板: 密度低(约500-700 kg/m³),防火隔热性能。关键点在于必须采用经过特殊设计和配筋增强的ALC板,普通隔墙用ALC板抗爆能力不足。增强方式包括内置钢筋网片、增加板厚、使用高强ALC。
* 轻骨料/纤维增强混凝土板: 通过使用轻骨料(如陶粒、膨胀珍珠岩)和掺加纤维(钢纤维、合成纤维)来降低自重并提高抗冲击韧性。
* UHPC板: 虽然密度接近普通混凝土(~2.5 g/cm³),但其的抗拉强度、韧性和耐久性允许制作非常薄的构件(几十毫米厚),从而实现整体轻量化。其优异的抗冲击和抗爆性能使其成为轻质抗爆墙的选择,但成本较高。
* 应用形式: ALC/轻骨料板多作为填充板或与钢结构组合;UHPC常作为薄型面板。
3. 金属板材与复合系统:
* 代表材料: 冷弯薄壁型钢(龙骨)、压型钢板(波纹板、肋板)、防爆钢板(常为低合金高强度钢)。
* 特点: 钢材强度高、延性好,能通过塑性变形吸收大量能量。轻量化主要通过使用薄壁构件实现。
* 应用形式:
* 轻钢龙骨骨架 + 抗爆面板: 常见形式,骨架提供支撑,面板(如上述纤维水泥板、增强ALC板)提供主要防护面。面板与龙骨需特殊抗剪连接。
* 双层压型钢板复合墙: 内外两层压型钢板(通常带肋以增加刚度),中间填充轻质吸能材料(如岩棉、泡沫混凝土)。钢板通过延性变形吸能,填充物提供缓冲和隔热隔声。可通过选择钢板厚度、强度和填充物来调节抗爆等级。
* 防爆钢板墙: 相对较重,但通过优化设计(如采用带肋或夹层结构)可减轻重量。常用于要求高或作为局部加强。
4. 纤维复合材料:
* 代表材料: 碳纤维增强复合材料(CFRP)、芳纶纤维增强复合材料(AFRP)、超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料(UHMWPE)。
* 特点: 具有的比强度(强度/密度)和比模量,是轻量化选择。优异的抗冲击、性能。能通过分层破坏、纤维断裂和基体开裂等多种机制吸收能量。
* 应用形式: 常制成层合板或夹芯板(如蜂窝芯、泡沫芯)。作为面板或整体结构单元。因其成本高昂,目前主要用于航空航天、防护或特殊工业领域的关键部位。
总结:
轻质抗爆墙的在于材料的高比强度/比刚度、良好的韧性和能量吸收能力。实际工程中,纤维增强水泥板(如GRC、高强硅酸钙板)与轻钢龙骨组合系统以及配筋增强ALC板因其综合性能(防护、防火、隔声、成本、施工便捷性)较好而应用为广泛。双层压型钢板复合墙在工业建筑中也较常见。复合材料和UHPC则代表了更、更轻量化的解决方案。材料的选择需根据具体的抗爆等级(荷载)、防火要求、耐久性、成本预算和施工条件综合确定。