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　　1引言

 

　　 錨桿支護(hù)是各種地下工程、隧道工程和采礦工程中巖土體加固的一種安全有效并且經(jīng)濟(jì)的方法之一。錨桿從根本上改變了支護(hù)狀況，保證了安全生產(chǎn)，節(jié)約材料，降低成本。理論研究及工程實(shí)踐表明錨桿支護(hù)可用于絕大多數(shù)地質(zhì)條件中，作為一種積極主動(dòng)的支護(hù)方式在如今工程施工中已經(jīng)被廣泛采用。傳統(tǒng)的錨桿材料一般為金屬材料，然而在深部巷道極其復(fù)雜的環(huán)境中，高溫、潮濕及酸堿性各種因素不利于金屬錨桿的長(zhǎng)期穩(wěn)定，將導(dǎo)致錨桿腐蝕，強(qiáng)度降低，甚至圍巖失穩(wěn)引發(fā)安全事故。在使用過程中巖土錨桿破壞的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，例如法國(guó)朱克斯壩有幾根承載力為1300KN的錨桿預(yù)應(yīng)力鋼絲僅使用幾個(gè)月就發(fā)生斷裂；英國(guó)泰晤士河畔的一個(gè)碼頭采用預(yù)應(yīng)力錨桿背拉的鋼板樁工程使用21年后發(fā)生錨桿斷裂導(dǎo)致鋼板樁向外傾斜30m的嚴(yán)重事故；我國(guó)安徽梅山水庫(kù)的預(yù)應(yīng)力錨桿使用8年后發(fā)現(xiàn)3個(gè)孔內(nèi)的部分鋼絲斷裂［1］。這些巖土錨桿斷裂的主要原因是地下水的腐蝕作用以及施工過程對(duì)它采取的防腐措施不當(dāng)造成的。為了保證錨桿長(zhǎng)期發(fā)揮穩(wěn)定的支護(hù)作用，必須研究巷道中的錨桿防腐技術(shù)以及引入替代材料。

 

　　2金屬錨桿防腐措施

 

　　 錨桿桿體或預(yù)應(yīng)力筋的腐蝕是一種電解現(xiàn)象。鋼材發(fā)生腐蝕，應(yīng)在其陰極和陽(yáng)極同時(shí)發(fā)生反應(yīng)。引起這種反應(yīng)的力就是在兩極區(qū)的電位差。下列條件會(huì)導(dǎo)致金屬出現(xiàn)電位差：

 

　　（1)如果兩種金屬以化學(xué)方式接觸，那么電化學(xué)電池因各個(gè)金屬的電位上的差值而形成，組成一個(gè)電化學(xué)原電池。活性差的金屬起陰極作用，另一個(gè)起陽(yáng)極作用。

 

　?。?)金屬表面存在不均勻的地方，例如成分變化的局部區(qū)域，產(chǎn)生了不同電位差，于是就可能形成微型原電池。

 

　　（3)金屬表面形成一層防護(hù)氧化膜的地方，在防護(hù)膜間斷處也可能出現(xiàn)原電池［2］。金屬錨桿腐蝕性與土壤的電阻率、氧化還原勢(shì)、含水量、含鹽量、pH值、有機(jī)質(zhì)含量和氧氣的輸運(yùn)量等諸多因素有關(guān)［3］，所以其防腐措施必須考慮多方面復(fù)雜因素。深部巷道中，由于地下水，地?zé)?，各種氣體以及各種元素物質(zhì)的影響，通常溫度較高，濕度較大，酸堿性隨地質(zhì)環(huán)境因素較復(fù)雜，在布置錨桿時(shí)要考慮這些因素，綜合防治。通常，錨桿防腐有如下措施，可供工程時(shí)選擇采用。

 

　　2.1防腐涂料

 

　　 在鋼筋表面加防腐涂層的辦法一般使用的涂料為：水泥酪素、水泥瀝青、水泥乳膠、水泥聚苯乙烯，石灰沙膠等，有的在涂料內(nèi)再加入亞硝酸鈉緩蝕劑，施工方法是把鋼筋浸在裝有涂料的專用設(shè)備內(nèi)。

 

　　 外涂隔離層：如鋼結(jié)構(gòu)中通常采用表面刷漆。

 

　　2.2電弧噴涂術(shù)

 

　　 電弧噴涂技術(shù)可應(yīng)用于防腐、耐磨、裝修及形成特殊功能涂層等領(lǐng)域，尤其在防腐領(lǐng)域，電弧噴涂是最有效、最經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)效防腐技術(shù)。電弧噴涂長(zhǎng)效防腐技術(shù)是使兩根帶電的金屬絲點(diǎn)弧熔融，被壓縮空氣噴吹、霧化、噴涂至經(jīng)處理的基體表面，并形成結(jié)合良好、致密的金屬涂層，然后用封閉劑對(duì)金屬涂層表面進(jìn)行封閉，再涂裝優(yōu)質(zhì)面漆，最終形成長(zhǎng)效防腐復(fù)合涂層。

 

　　2.3阻銹劑防腐

 

　　 將阻銹劑摻加到混凝土中或者噴涂于鋼筋外表面，阻銹劑到達(dá)鋼筋表面后即與鋼筋反應(yīng)形成類似鐵銹的化學(xué)膜，通過這層化學(xué)膜阻止空氣與水和錨桿直接接觸，從而防止銹蝕。

 

　　3玻璃纖維錨桿

 

　　 玻璃纖通過維注漿錨桿的主要組成為玻璃纖維增強(qiáng)聚合物，材料的性能取決于纖維和聚合物的類型及橫斷面形狀等，所以玻璃纖維材料的性能具有靈活多變的特點(diǎn)，能適合不同工程的特殊要求。

 

　　3.1玻璃纖維錨桿力學(xué)性能試驗(yàn)

 

　　 玻璃纖維桿具有較大的抗拉強(qiáng)度，試驗(yàn)參考了美國(guó)ACI440.3R－04【3】中的相關(guān)試驗(yàn)方法。

 

　　 試驗(yàn)方法：取長(zhǎng)度50cm，直徑Φ20mm，江蘇寶鼎支護(hù)科技有限公司生產(chǎn)的全螺紋式樹脂玻璃纖維增強(qiáng)錨桿，在符合國(guó)家檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)（CSS－WAW500DL）上進(jìn)行，并且記錄桿體破壞時(shí)的抗拉強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果見圖1。試驗(yàn)測(cè)得玻璃纖維錨桿破壞時(shí)承受的拉力為64.794kN。

 

　　所以其抗拉強(qiáng)度為：

 

　　由測(cè)出的時(shí)間—試驗(yàn)力曲線和計(jì)算結(jié)果可知，玻璃鋼錨桿具有較大的抗拉強(qiáng)度，能滿足一般深部巷道支護(hù)的要求。

 

　　 在巷道開挖過程中，及時(shí)檢測(cè)圍巖壓力，當(dāng)玻璃纖維錨桿滿足圍巖壓力的要求時(shí)可考慮選用，不僅無銹蝕的后顧之憂，而且施工簡(jiǎn)便，節(jié)約成本。具體確定方法為采用收斂限制法原理通過對(duì)圍巖和錨桿的各力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行考察，符合條件即可采用。

 

　　 縱坐標(biāo)表示結(jié)構(gòu)承受的地層壓力，橫坐標(biāo)表示洞周的徑向位移。其值一般都以拱頂為準(zhǔn)測(cè)讀計(jì)算，曲線①為地層收斂線，曲線②為支護(hù)特征線。兩條曲線的交點(diǎn)的縱坐標(biāo)（Pe）即為作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的最終地層壓力，橫坐標(biāo)（ue）則為襯砌變形的最終位移。因洞室開挖后一般需隔開一段時(shí)間后才施筑襯砌，以u(píng)0值表示洞周地層在襯砌修筑前已經(jīng)發(fā)生的初始自由變形值。 

　　

　　3.2玻璃鋼錨桿的防腐性能

 

　　 玻璃鋼襯里從基層角度來分，可分為鋼基層襯玻璃鋼和混凝土襯玻璃鋼，這兩種玻璃鋼對(duì)基層的要求、膠結(jié)料配方、施工方法、施工間隔、玻璃鋼結(jié)構(gòu)、及養(yǎng)護(hù)都有所不同。高性能玻璃鋼使用復(fù)合樹脂原理、新型固化劑、新型防銹顏料、無溶劑配方工藝、硅烷偶聯(lián)劑等技術(shù)，使該產(chǎn)品在防腐性能上有很大優(yōu)勢(shì)。依據(jù)復(fù)合樹脂原理，兩種樹脂混合其成品性能將互為改性。環(huán)氧樹脂特點(diǎn)為：耐100℃以下的稀酸、稀堿和多數(shù)溶劑，具有優(yōu)越的粘結(jié)性和良好的強(qiáng)度；呋喃樹脂特點(diǎn)為：耐160℃以下的大多數(shù)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和溶劑，但性脆。而呋喃胺樹脂是呋喃樹脂與胺類固化劑反應(yīng)的產(chǎn)物，其分子結(jié)構(gòu)中含有多個(gè)呋喃環(huán)，且含有伯胺、仲胺等基團(tuán)，可與環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基開環(huán)反應(yīng)，相互交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的不溶不熔產(chǎn)物，又是環(huán)氧樹脂的改性劑和固化劑。用環(huán)氧樹脂和呋喃樹脂共聚合，產(chǎn)物兼有環(huán)氧、呋喃樹脂之優(yōu)點(diǎn)。所以環(huán)氧呋喃胺玻璃鋼，能耐140℃以下的大多數(shù)中強(qiáng)酸堿和溶劑，同時(shí)具有優(yōu)越的粘結(jié)性和良好的強(qiáng)度，而互穿網(wǎng)絡(luò)可提供優(yōu)良的韌性，所以整體性能有極大的提高。在深部巷道極其復(fù)雜的環(huán)境下，尤其是在含有甲烷、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、硫酸鹽、二氧化硫、氯離子等化學(xué)物質(zhì)的煤礦中更顯示出其優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

 

 

　　 玻璃纖維錨桿是由高性能樹脂與高強(qiáng)度玻璃纖維，輔以多種添加劑，再經(jīng)特殊工藝加工而成的復(fù)合材料。因其材質(zhì)特殊，適用于大多數(shù)巷道施工，繼而將逐步取代傳統(tǒng)鋼錨桿。也被稱之為玻璃纖維錨桿或玻璃鋼錨桿。未來地下工程施工支護(hù)中，金屬錨桿的防腐蝕仍然是重點(diǎn)需要解決的問題，新型材料錨桿有著廣闊的發(fā)展前景。然而在具體的實(shí)施過程中仍然要從實(shí)際出發(fā)，綜合考慮地質(zhì)與水文情況、巖體結(jié)構(gòu)、巖石強(qiáng)度、施工方法、工程投資等因素，選用合適的錨桿，有效發(fā)揮錨桿、圍巖共同作用，滿足工程要求。