Page 171 - 《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

结果与 15 次接触爆炸试验结果，总层裂深度（层裂坑深度）预估误差均未超过 19%。式 (1) 的适用条件 [24] 为：

(1) RC 板中应力波简化为三角波，入射压缩波反射过程是没有衰减、弥散的理想反射。
(2) 采用 McVay [23] 的层裂深度量化方法，该方法取决于入射压缩波的幅值和波长，以及混凝土的动
态拉伸强度 f ，并假设只要净应力 σ 超过 f ，就会形成层裂。
n
d
d
(3) 层裂过程中混凝土的拉伸应变率范围为 10 ～10 s ，混凝土的拉伸强度 η=6～8。
3
2
−1
(4) 不考虑钢筋对应力波传播的影响。
3 喷涂聚脲 RC 基板中应力波传播和层裂深度解析模型
3.1 混凝土-聚脲界面处垂直入射压缩波的反射和透射
RC 板背面喷涂聚脲涂层后，爆炸波沿板厚方向传播，在混凝土-聚脲界面发生反射，入射压缩波表
示为 σ ，反射拉伸波表示为 σ ，球形波阵面的反射见图 4。与图 2 类似，在炸药正下方的混凝土-聚脲界
p
r
面，压缩波垂直入射；而在炸药投影区之外，压缩波斜入射。压缩波的斜入射非常复杂，除了混凝土中的

反射纵波和反射剪切波外，聚脲涂层中还会产生
Explosive RC slab
透射压缩波和透射剪切波。反射系数与这些波 Incident primary
wave σ p
都相关，难以确定。考虑到压缩波垂直入射时， Reflected
primary wave σ r Polyurea
RC 基板的层裂破坏最严重（层裂深度最大），且 coating
仅形成反射拉伸波和透射压缩波，因此本文仅对
图 4 背面喷涂聚脲 RC 基板中应力波传播
压缩波的垂直入射进行研究。
Fig. 4 Stress wave propagation in polyurea-coated RC slab
喷涂聚脲前通常刷涂双组份环氧改性聚氨
酯底漆 [1, 9, 12-13, 16-21] ，以提升聚脲与混凝土的界面结合强度（黏接强度）。底漆在混凝土表面具有较强渗透
能力 [12] ，形成约 20～50 μm 的黏接层。与聚脲涂层厚度（通常为数毫米）相比，黏接层极薄，其物理效应可
等效为界面过渡区，而非独立介质层，可忽略其对混凝土/聚脲反射系数和透射系数的影响。混凝土/聚
脲界面处，在黏接力作用下混凝土与聚脲之间不会发生滑动，界面两侧的应力处于平衡状态，位移满足
连续性条件。根据这些条件，可以得到：

σ p +σ r = σ t ， u p +u r = u t (3)
式中：σ 为聚脲中透射压缩波应力，σ 和 p σ 分别对应混凝土中入射压缩波和反射拉伸波应力；u 和 p u 分
r
r
t
别是入射波和反射波波阵面上及波阵面后的混凝土粒子速度，u 是透射波波阵面上及波阵面后的聚脲粒
t
子速度。根据牛顿第二定律，可以得到：
σ p −σ r σ t
u p = ， u r = ， u t = (4)
ρ c c c ρ c c c ρ p c p
式中：ρ 和 c ρ 分别为混凝土和聚脲的密度，c 和 c c 分别为混凝土和聚脲中的纵波波速。将式 (4) 代入式 (3)，
p
p
可以得到反射系数 r 和透射系数 k：
σ r ρ p c p −ρ c c c σ t 2ρ p c p
r = = ， k = = (5)
σ p ρ c c c +ρ p c c σ p ρ c c c +ρ p c p
Gebbeken 等 [35] 认为常规混凝土的 Hugoniot 弹性极限范围为 250～600 MPa，与密度和强度等相关。
在接触爆炸试验 [35] 中，装药是 500 g PETN 炸药，混凝土在 4 cm 深处的压力超过 1 GPa，在 6 cm 深处约
为 100 MPa，而在 8 cm 深处则衰减至 50 MPa 以下。Tu 等 认为，在孔隙压实过程中，压力幅值与波传播
[2]
距离的 2.5 次方呈反比。上述学者的研究表明，混凝土中爆炸波衰减迅速。考虑到在接触爆炸试验中，
RC 板的厚度通常在 15～30 cm，装药量通常在数千克内，为了简化分析过程，假设 RC 板背面的混凝土处
于 Hugoniot 弹性极限内，压缩波为弹性波。因此，在式 (5) 中，通过确定混凝土和聚脲的密度及弹性波
速，可以计算出反射系数 r 和透射系数 k。

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