新型玻璃纤维锚杆防腐性能及应用前景分析

【前言】新型玻璃纤维锚杆防腐性能及应用前景分析由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。1引 言 锚杆支护是各种地下工程、隧道工程和采矿工程中岩土体加固的一种安全有效并且经济的方法之一。锚杆从根本上改变了支护状况，保证了安全生产，节约材料，降低成本。理论研究及工程实践表明锚杆支护可用于绝大多数地质条件中，作为一种积极主动的支护方式在如今...

摘 要：针对深部巷道普通金属锚杆容易腐蚀的问题，提出金属锚杆防腐蚀的措施，以及对新型材料玻璃纤维锚杆的各项力学性能及防腐效果进行研究测试，并与传统锚杆进行比较，对玻璃钢锚杆的工程适用性进行探究。

关键词：锚杆； 防腐； 玻璃纤维

Abstract: Of common metal bolt of the deep tunnel is prone to corrosion problems, the metal bolt anti-corrosion measures, and the mechanical properties and anti-corrosion effect of the glass fiber bolt on new material research and testing, and compared with the traditional anchor,the engineering applicability of the FRP Bolt explore

Key words: Bolt; Anticorrosive; Glass fiber

中图分类号：U455.7+1 文献标识码：A 文章编号：

1引 言

锚杆支护是各种地下工程、隧道工程和采矿工程中岩土体加固的一种安全有效并且经济的方法之一。锚杆从根本上改变了支护状况，保证了安全生产，节约材料，降低成本。理论研究及工程实践表明锚杆支护可用于绝大多数地质条件中，作为一种积极主动的支护方式在如今工程施工中已经被广泛采用。传统的锚杆材料一般为金属材料，然而在深部巷道极其复杂的环境中，高温、潮湿及酸碱性各种因素不利于金属锚杆的长期稳定，将导致锚杆腐蚀，强度降低，甚至围岩失稳引发安全事故。在使用过程中岩土锚杆破坏的现象时有发生，例如法国朱克斯坝有几根承载力为1300KN的锚杆预应力钢丝仅使用几个月就发生断裂；英国泰晤士河畔的一个码头采用预应力锚杆背拉的钢板桩工程使用21年后发生锚杆断裂导致钢板桩向外倾斜30m的严重事故；我国安徽梅山水库的预应力锚杆使用8年后发现3个孔内的部分钢丝断裂［1］。这些岩土锚杆断裂的主要原因是地下水的腐蚀作用以及施工过程对它采取的防腐措施不当造成的。为了保证锚杆长期发挥稳定的支护作用，必须研究巷道中的锚杆防腐技术以及引入替代材料。

2金属锚杆防腐措施

锚杆杆体或预应力筋的腐蚀是一种电解现象。钢材发生腐蚀,应在其阴极和阳极同时发生反应。引起这种反应的力就是在两极区的电位差。下列条件会导致金属出现电位差：（1) 如果两种金属以化学方式接触,那么电化学电池因各个金属的电位上的差值而形成,组成一个电化学原电池。活性差的金属起阴极作用,另一个起阳极作用。（2) 金属表面存在不均匀的地方,例如成分变化的局部区域,产生了不同电位差,于是就可能形成微型原电池。（3) 金属表面形成一层防护氧化膜的地方,在防护膜间断处也可能出现原电池［2］。金属锚杆腐蚀性与土壤的电阻率、氧化还原势、含水量、含盐量、p H 值、有机质含量和氧气的输运量等诸多因素有关［3］，所以其防腐措施必须考虑多方面复杂因素。深部巷道中，由于地下水，地热，各种气体以及各种元素物质的影响，通常温度较高，湿度较大，酸碱性随地质环境因素较复杂，在布置锚杆时要考虑这些因素，综合防治。通常，锚杆防腐有如下措施，可供工程时选择采用。

2.1防腐涂料

在钢筋表面加防腐涂层的办法一般使用的涂料为：水泥酪素、水泥沥青、水泥乳胶、水泥聚苯乙烯，石灰沙胶等，有的在涂料内再加入亚硝酸钠缓蚀剂，施工方法是把钢筋浸在装有涂料的专用设备内。

外涂隔离层:如钢结构中通常采用表面刷漆。

2.2电弧喷涂术

电弧喷涂技术可应用于防腐、耐磨、装修及形成特殊功能涂层等领域，尤其在防腐领域，电弧喷涂是最有效、最经济的长效防腐技术。电弧喷涂长效防腐技术是使两根带电的金属丝点弧熔融，被压缩空气喷吹、雾化、喷涂至经处理的基体表面，并形成结合良好、致密的金属涂层，然后用封闭剂对金属涂层表面进行封闭，再涂装优质面漆，最终形成长效防腐复合涂层。

2.3阻锈剂防腐

将阻锈剂掺加到混凝土中或者喷涂于钢筋外表面，阻锈剂到达钢筋表面后即与钢筋反应形成类似铁锈的化学膜，通过这层化学膜阻止空气与水和锚杆直接接触，从而防止锈蚀。

3玻璃纤维锚杆

玻璃纤通过维注浆锚杆的主要组成为玻璃纤维增强聚合物，材料的性能取决于纤维和聚合物的类型及横断面形状等，所以玻璃纤维材料的性能具有灵活多变的特点，能适合不同工程的特殊要求。

3.1玻璃纤维锚杆力学性能试验

玻璃纤维杆具有较大的抗拉强度，试验参考了美国ACI440.3R－04【3】中的相关试验方法。

试验方法：取长度50cm，直径Φ20mm，江苏宝鼎支护科技有限公司生产的全螺纹式树脂玻璃纤维增强锚杆，在符合国家检测标准的万能材料试验机（CSS－WAW500DL）上进行，并且记录杆体破坏时的抗拉强度。试验结果见图1。 试验测得玻璃纤维锚杆破坏时承受的拉力为64.794kN。

图1玻璃纤维锚杆抗拉强度试验时间—试验力曲线

所以其抗拉强度为：

由测出的时间—试验力曲线和计算结果可知，玻璃钢锚杆具有较大的抗拉强

度，能满足一般深部巷道支护的要求。

在巷道开挖过程中，及时检测围岩压力，当玻璃纤维锚杆满足围岩压力的要求时可考虑选用，不仅无锈蚀的后顾之忧，而且施工简便，节约成本。具体确定方法为采用收敛限制法原理通过对围岩和锚杆的各力学性质进行考察，符合条件即可采用。

图2为收敛限制法原理［4］的示意图。图中纵坐标表示结构承受的地层压力，横坐标表示洞周的径向位移。其值一般都以拱顶为准测读计算，曲线①为地层收敛线，曲线②为支护特征线。两条曲线的交点的纵坐标（Pe）即为作用在支护结构上的最终地层压力，横坐标（ue）则为衬砌变形的最终位移。因洞室开挖后一般需隔开一段时间后才施筑衬砌，图中以u0值表示洞周地层在衬砌修筑前已经发生的初始自由变形值。 图2 收敛限制理示意

3.2 玻璃钢锚杆的防腐性能

玻璃钢衬里从基层角度来分，可分为钢基层衬玻璃钢和混凝土衬玻璃钢，这两种玻璃钢对基层的要求、胶结料配方、施工方法、施工间隔、玻璃钢结构、及养护都有所不同。高性能玻璃钢使用复合树脂原理、新型固化剂、新型防锈颜料、无溶剂配方工艺、硅烷偶联剂等技术，使该产品在防腐性能上有很大优势。依据复合树脂原理，两种树脂混合其成品性能将互为改性。环氧树脂特点为：耐100℃以下的稀酸、稀碱和多数溶剂，具有优越的粘结性和良好的强度；呋喃树脂特点为：耐160℃以下的大多数强酸、强碱和溶剂，但性脆。而呋喃胺树脂是呋喃树脂与胺类固化剂反应的产物，其分子结构中含有多个呋喃环，且含有伯胺、仲胺等基团，可与环氧树脂的环氧基开环反应，相互交联成网状结构的不溶不熔产物，又是环氧树脂的改性剂和固化剂。用环氧树脂和呋喃树脂共聚合，产物兼有环氧、呋喃树脂之优点。所以环氧呋喃胺玻璃钢，能耐140℃以下的大多数中强酸碱和溶剂，同时具有优越的粘结性和良好的强度，而互穿网络可提供优良的韧性，所以整体性能有极大的提高。在深部巷道极其复杂的环境下，尤其是在含有甲烷、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、硫酸盐、二氧化硫、氯离子等化学物质的煤矿中更显示出其优势，具有广阔的应用前景。

4结论

玻璃纤维锚杆是由高性能树脂与高强度玻璃纤维，辅以多种添加剂，再经特殊工艺加工而成的复合材料。因其材质特殊，适用于大多数巷道施工，继而将逐步取代传统钢锚杆。也被称之为玻璃纤维锚杆或玻璃钢锚杆。未来地下工程施工支护中，金属锚杆的防腐蚀仍然是重点需要解决的问题，新型材料锚杆有着广阔的发展前景。然而在具体的实施过程中仍然要从实际出发，综合考虑地质与水文情况、岩体结构、岩石强度、施工方法、工程投资等因素，选用合适的锚杆，有效发挥锚杆、围岩共同作用， 满足工程要求。

参考文献:

［1］宁芬.岩土锚杆的腐蚀与防护. 研究与探讨广东建材2005 年第5期,2005

［2］黄育郭志昆向晓峰. 锚杆腐蚀与防腐保护. 岩土工程技术Vol.18 No15，2004

［3］宋广太 魏锦平 张榜雄.煤巷围岩锚固技术与工程实践.煤炭工业出版社，2006

［4］朱合华. 地下建筑结构. 中国建筑工业出版社，2011