Page 169 - 《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

本文中基于应力波传播理论，研究爆炸波传播作用下聚脲涂层对 RC 基板层裂和贯穿的影响。首先
对聚脲涂层对 RC 基板局部破坏的影响进行宏观分析。随后，在 Tu 等 [24] 的 RC 板层裂解析模型基础上，
研究背面喷涂聚脲涂层后 RC 基板中应力波的传播过程，并提出 RC 基板层裂深度解析模型。利用该模
型 ， 定 量 分 析 聚 脲 涂 层 对 RC 基 板 临 界 层 裂 和 贯 穿 的 影 响 。 基 于 上 述 分 析 ， 进 一 步 推 断 无 涂 层 RC
板的贯穿预估方法可扩展应用于背面喷涂聚脲的 RC 基板，并通过学者们报道的接触爆炸试验对该推断
进行验证，为背面喷涂聚脲 RC 基板的贯穿预估提供方法，同时也间接验证本文提出的 RC 基板层裂深
度解析模型的合理性。

1 聚脲涂层对 RC 基板局部破坏影响的宏观分析

接触爆炸下，RC 板的局部破坏主要是由爆炸波的传播作用引起，爆轰产物（如高压气体）在波传播
后，会加剧 RC 板的局部破坏 [27] 。为简化分析过程，只研究爆炸波的传播作用，不考虑爆轰产物的影响。
无涂层 RC 板（下文称 RC 裸板）和背面喷涂聚脲 RC 基板中爆炸波传播过程，如图 1 所示。可以看出，无
论是否喷涂聚脲涂层，压缩波抵达 RC 板背面之前的作用过程是相同的 [9, 18] ：炸药中的爆轰波通过炸药-
混凝土界面进入混凝土 [2, 25] ，此时炸药下方的混凝土中压力远超动态抗压强度 [2, 7] ，形成近似流体区和完
全压碎区 [28] ；压缩波沿 RC 板的厚度方向继续传播，混凝土孔隙塌陷导致压缩波持续衰减 [24, 29-31] 。因此，
在压缩波抵达 RC 板背面之前，可以认为 RC 裸板和背面喷涂聚脲 RC 基板的压缩坑相同。

RC slab

Explosive-concrete Concrete-air
interface interface
Shock wave
Explosive Shock wave propagation in Compression wave
transmission
detonation reflection
into concrete concrete
Polyurea-coated RC slab
Explosive-concrete Concrete-
interface polyurea Compression wave
Shock wave
Explosive Shock wave propagation in interface reflection
transmission
detonation
into concrete concrete Compression wave
transmission
图 1 RC 裸板和背面喷涂聚脲 RC 板中爆炸波作用过程
Fig. 1 Shock wave action processes in RC slabs and polyurea-coated RC slabs
当压缩波抵达 RC 板背面时，混凝土-空气界面和混凝土-聚脲界面的差异导致 RC 裸板和喷涂聚脲
RC 基板中应力波传播的差异。对于 RC 裸板，混凝土的波阻抗（介质密度与波速乘积）远大于空气的波
阻抗。常规混凝土的弹性波波阻抗为 8～9 MPa·s/m [24-25] ，空气的波阻抗约 416.5 Pa·s/m [25] 。因此，可以认
为压缩波在混凝土-空气界面反射为等幅拉伸波，拉伸波的作用导致背面混凝土发生层裂碎裂。对于背
面喷涂聚脲 RC 基板，聚脲的波阻抗远大于空气介质的，但小于混凝土材料的。入射压缩波在混凝土-聚
脲界面形成反射拉伸波和透射压缩波，反射拉伸波可能造成混凝土层裂碎裂，而聚脲涂层中的透射压缩
波可能影响混凝土层裂过程。
上述分析表明，揭示聚脲涂层对 RC 板局部破坏影响的关键在于研究压缩波在背面混凝土-空气界
面与混凝土-聚脲界面传播作用的差异。

2 RC 裸板中应力波传播和层裂深度解析模型

接触爆炸产生的爆炸波具有球形波阵面，沿 RC 板的厚度方向传播，并在混凝土-空气界面发生反
射。图 2 给出了球形波阵面反射示意图。其中 A 点位于炸药正下方，入射压缩纵波 σ 垂直入射，而
1
p
A 点处的压缩波则以角度 θ 斜入射。Kot 等 [32] 和 McVay [23] 的研究表明，斜入射的纵波会产生反射纵波
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