随着经济的快速发展和社会的巨大进步,工业与民用建筑火灾、爆炸事件的不断发生,更有国际高端武器钻地弹对军事国防设施的潜在威胁,研制和开发军事国防设施、工业与民用设施防御材料是一个迫切而现实的课题。以钻地弹为例,钻地弹袭击包括极速侵入混凝土防御设施、在混凝土内产生瞬间高温引起爆裂、钻到目标深度后引爆等三个过程。防御钻地弹袭击需提高混凝土的高耐钻磨、抗瞬间高温、抗爆等性能。为此,本文分别进行耐钻磨、抗高温爆裂、抗爆混凝土以及集三种性能于一体的Anti DSB混凝土(concrete with the resistance of drill-grinding,spalling and blast简称Anti DSB混凝土)的研究,主要研究工作和创新成果如下:(1)耐钻磨混凝土的研发。研究并提出与钻地弹袭击相应、适合实验室用的钻磨试验新方法——《混凝土耐钻磨性试验方法》,利用该方法研究发现,水胶比0.18,高强掺合料掺量20%,棕刚玉为骨料且体积掺量10%,钢纤维体积掺量1.75%时,混凝土耐钻磨性能和强度最佳。结合DTA/TG、XRD、SEM、MIP和显微硬度等分析方法,探索了其高耐钻磨和高强度的机理,发现混凝土中水泥石-骨料界面和水泥石结构致密,整体钻磨硬度增高,骨料的高硬度得到最大程度的发挥。(2)利用两相复合材料理论,首次提出了混凝土耐钻磨性能的数学模型。该模型用水泥石和骨料的显微硬度及其体积率来表示混凝土的耐钻磨性能,该模型的建立为耐钻磨混凝土的材料与配合比设计提供了依据。(3)抗高温爆裂混凝土的研发。进行了瞬间高温下超高强混凝土抗爆裂性能的研究,发现,掺加钢纤维推迟了爆裂时间;PP纤维单掺或与钢纤维复掺均能提高抗爆裂性能;骨料种类和含湿量对爆裂性能影响均不显著。DTA/TG、XRD、SEM和MIP等分析阐明了其抗高温爆裂的机理,是由于PP纤维加热熔融形成的管状通道与水化产物脱水、分解增加的毛细孔相通的原因。(4)抗爆混凝土的研发。试验发现掺入钢纤维能显著提高混凝土的抗爆性能,钢纤维与水泥石之间较好的粘结作用以及钢纤维对内部裂缝扩展的约束作用,能有效地减少或阻止爆炸对混凝土的破坏作用。(5)制备了集耐钻磨、抗瞬间高温、抗爆等性能于一体的Anti DSB混凝土,其物理性能(耐钻磨、抗高温爆裂和显微硬度性能)、力学性能(强度、韧性、抗冲击、抗侵彻性能)、耐久性能(抗冻、抗氯离子渗透、抗水渗透、抗碳化、抗硫酸盐侵蚀)和长期性能均有大幅度提高。在应用现有侵彻公式进行性能评估的基础上,充分考虑骨料硬度和钢纤维混凝土韧度,提出修正ACE侵彻公式,使得侵彻公式更加完善,更适用于不断发展的混凝土材料。Anti DSB混凝土的研制,为建设高防御能力的军事国防设施、工业与民用设施提供的理论依据和技术支撑。