Page 168 - 《爆炸与冲击》2025年第12期

第 45 卷 郭士旭，等： 接触爆炸条件下聚脲涂层对RC基板层裂和贯穿的影响 第 12 期

wave, while it transitions to a tensile wave in the deeper concrete. Polyurea primarily impacts the first spall of the RC substrate
slab; subsequent spalling processes after the first spall align with those observed in uncoated RC slabs. Upon the occurrence of
critical spalling, polyurea enhances the critical spalling resistance of RC slabs, although it significantly increases the spalling
depth. Conversely, when a breach occurs, polyurea reduces the number of spalls but minimally affects on the total spalling
depth. Based on these findings, the empirical method for predicting breaches of uncoated RC slabs can effectively be applied to
predict the breach of RC substrate slabs coated with polyurea. The test results from more than twenty contact explosion
experiments are consistent with the predicted outcomes, thereby validating the effectiveness of the analytical model and
providing a method for estimating the breach of polyurea-coated RC substrate slabs.
Keywords: contact explosion; reinforced concrete slab; polyurea coating; anti-blast performance; analytical model; spall;
breach

接触爆炸条件下钢筋混凝土（reinforced concrete，RC）板以局部破坏为主，破坏模式包括正面压缩
坑、背面层裂坑和贯穿等 [1,2] ，并产生大量混凝土破片。特别是发生贯穿时，混凝土破片流持续时间长且
飞散速度高 [3-5] ，严重威胁结构内部人员和设备的安全 ，并可能破坏附近的其他结构 [7-8] 。经济、轻质、
[6]
高效的抗爆加固材料受到广泛关注，其中聚脲材料在物理力学性能方面表现优异，且易于施工，可能是
更好的轻质抗爆加固材料 [9-11] 。
聚脲是由异氰酸酯组分和氨基化合物快速交联加聚反应而形成的一类高分子材料 [12] 。两种组分反
应生成聚脲的速度较快，基本不受环境温度和湿度的影响 [10] ，为施工提供了便捷性。聚脲加固 RC 板的
抗接触爆炸性能是近年来的研究热点。Shi 等 [1] 开展了接触爆炸试验和数值模拟研究，指出在 RC 板正
面喷涂聚脲涂层时，聚脲材料会在高温下熔融，导致其力学性能无法充分发挥。在接触爆炸试验中，
RC 板双面喷涂聚脲涂层，正面涂层受到高压和高温作用而发生熔融 [12] ，当 TNT 药量为 10 kg 时，背面涂
层出现严重脱黏，涂层鼓包扩展至 RC 基板边缘 [13] 。Lim 等 [14] 通过试验研究发现 RC 基板出现贯穿，当
涂层越薄时，涂层鼓包直径越小，黏结强度是影响抗爆性能的关键因素。Mu 等 [15] 通过试验和数值模拟
研究发现，涂层增厚可以降低涂层鼓包高度。Wang 等 [16] 、汪维等 [17] 和 Wang 等 [18] 对一种改性聚脲
（polyisocyanate-oxazodone，POZD）加固 RC 板进行了试验和数值模拟研究，指出其破坏模式包括 RC 基板
的压缩坑、层裂坑、贯穿以及聚脲涂层的鼓包和破裂 [16] 。此外，涂层未提高 RC 基板的强度，而是通过大
[16]
[17]
变形抑制混凝土破片的飞散 ；涂层越厚，涂层鼓包的高度和直径越小 ，涂层破裂所需的炸药量则越大 。
[18]
聚脲涂层在混凝土破片和泄漏冲击波共同作用下产生鼓包 ，涂层通过膜体约束作用来束缚混凝土破片 。
[20]
[19]
徐赵威等 [21] 对背面喷涂聚脲的 RC 厚板（厚度为 30 cm）开展了试验和数值模拟研究，给出了不同比例板
厚对应的破坏模式。胡玉峰等 [22] 通过试验对比了碳纤维和聚脲两种加固材料，发现聚脲加固效果更
好。上述学者的试验研究主要集中于爆炸后试件的残余损伤，如 RC 基板的压缩坑、聚脲涂层的鼓包尺
寸以及涂层的破裂等；数值模拟研究也大多采用残余损伤数据来验证数值模型。需要指出的是，残余损
伤反映了涂层的抗爆加固效果，而涂层的抗爆作用机制是在爆炸过程中发挥的。
背面喷涂聚脲的 RC 板中，聚脲软薄壁层附着在 RC 硬基体上，二者的力学性能差异导致 RC 基板局
部破坏和聚脲涂层动态响应在时间尺度上存在明显差异。具体体现在：炸药起爆后极短时间（数百微
秒）内，爆炸波的传播作用使混凝土发生碎裂 [2, 5, 23-24] ，RC 基板形成压缩碎裂区和层裂区，甚至出现贯穿
现象；RC 基板背面碎裂的混凝土形成破片流 [5, 25-26] ，涂层在其冲击作用下持续长时间（数十毫秒）的动态
变形 [9, 19-20] 。因此，需要研究爆炸波传播作用下聚脲涂层对 RC 基板局部破坏的影响以及混凝土破片流
[9]
冲击作用下聚脲涂层的动态响应。关于聚脲涂层的动态响应，Guo 等 对接触爆炸过程中涂层的动态鼓
包和动态应变进行了测量，并揭示了聚脲涂层分区耗散爆炸能量的抗爆作用机制。关于聚脲涂层对
RC 基板局部破坏的影响，有学者认为，透射进入涂层的应力波会再次反射回混凝土中，从而加重 RC 基
[21]
[15]
板损伤 ；也有学者认为聚脲涂层能够延滞应力波作用的时间 、增加应力波反射次数 、削弱入射波 [20-21]
[17]
的影响。这些基于应力波传播理论的研究，大多停留在简单分析或现象描述上，缺乏定量结果和深入分析。

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