Vliv struktury balisticky odolného kompozitu na jeho odezvu vůči extrémnímu zatížení

Abstract

Vysokohodnotný beton vyztužený kovovými vlákny je technologicky vyspělý kompozit s vysokou schopností absorpce a disipace energie. Z důvodu zvýšení balistických vlastností byly vyrobeny a zkoumány betonové vzorky s rozdílným obsahem křemičitého, korundového a čedičového kameniva a dále také vzorky opatřené aramidovými tkaninami a stříkanými pěnami s vysokou tahovou kapacitou. K testování všech těles byl použit nejběžnější typ střeliva, kterým je kalibr 7,62 × 39 mm s celokovovým pláštěm a jádrem z měkké oceli. Velikost poškození a mód porušení byl určen za pomoci 3D skeneru fungujícím na principu fotogrammetrie. Experimentálně bylo ověřeno, že nahrazení části mikropísků běžnými a ekonomicky přijatelnějšími frakcemi kameniva 0/2 mm má velice malý vliv na výsledné mechanické vlastnosti a rovněž i na balistickou odolnost. Dále bylo zjištěno, že přídavek korundového kameniva má nejenom pozitivní vliv na balistickou odolnost, ale zejména na zvýšení tlakové pevnosti a snížení hloubky penetrace (DOP). Rovněž použití čedičového kameniva má kladný efekt na balistickou odolnost kompozitu. V případě 30 % náhrady křemičitých písků čedičem došlo nejenom k poklesu hloubky penetrace, ale rovněž nedochází již k perforaci tělesa. Dále bylo experimentálně ověřeno, že UHPSFRC s textilními aramidovými tkaninami má výrazně lepší balistickou odolnost ve srovnání s referenční směsí UHPSFRC bez tkaniny. Rovněž bylo ověřeno, že vzorky s bodovými nebo segmentovými propojovacími vlákny mezi textiliemi na přední straně a textiliemi na zadní straně mají vyšší odolnost kvůli lepší celistvosti celého kompozitu. V neposlední řadě bylo zjištěno, že přínos stříkaných pěn nanesených na povrch vzorku je z pohledu balistické odolnosti zcela minimální. Jedinou výhodou této technologie je významná lokalizace poškození a omezení vzniku sekundárních fragmentů.

Ultra high performance reinforced concrete with metal fibers is a technologically advanced composite with a high ability to absorb and dissipate energy. In order to increase the ballistic properties, concrete samples with different contents of silica, corundum and basalt aggregates were produced and examined, as well as samples provided with aramid fabrics and sprayed foams with high tensile capacity. The most common type of ammunition, a caliber 7.62 × 39 mm with an all-metal shell and mild steel core was used to test all specimens. The size of the damage and the mode of failure was determined by using a 3D scanner operating on the principle of photogrammetry. It was experimentally verified that the replacement of part of the micro-sands with common and more economically acceptable fractions of 0/2 mm aggregate has small effect on the mechanical properties as well as on the ballistic resistance. Furthermore, it was found out that the addition of corundum aggregate has not only a positive effect on ballistic resistance, but especially on increasing compressive strength and reducing penetration depth (DOP). The use of basalt aggregate also has a positive effect on the ballistic resistance of the composite. In the case of 30% replacement of silica sands by basalt, there was not only a decrease in the depth of penetration, but also no perforation of the specimens. Furthermore, it was experimentally determined that UHPSFRC with textile aramid fabrics has significantly better ballistic resistance compared to the reference mixture UHPSFRC without fabric. Also, it was verified that specimens with the point or segment interconnection threads between the front side textile fabrics and rear side textile fabrics have higher resistance due to the better integrity of the monolithic UHPSFRC mixture. Last but not least, it was experimentally verified that ballistic resistance of specimens with sprayed foams on the surface is completely minimal. The only advantage of this technology is the significant localization of damage and a huge reduction of secondary fragments.