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　　快速搶修搶建是戰(zhàn)時狀態(tài)保存實力、形成戰(zhàn)斗力的重要任務(wù)，也是和平時期防災(zāi)減災(zāi)、保證人民生命及財產(chǎn)安全的有效方法。錨桿支護是快速搶修搶建的重要技術(shù)手段之一。注漿體是錨固體系中的重要組成部分，起著錨固力的傳遞、維持以及錨筋材料的防腐等作用[1-2]。水泥基注漿材料由于價格低廉、灌注性好，在實際工程中被廣泛使用。為了滿足施工流動性的要求，錨桿注漿材料一般都采用大水灰比，這導致了凝結(jié)、硬化時間較長，能夠受力、張拉的等待時間較長；同時漿體后期體積收縮較大，會引起錨固體與孔壁間出現(xiàn)裂隙，導致錨桿失效，因此研制具有快凝，微膨脹的注漿材料是保證快速錨桿支護質(zhì)量的重要技術(shù)手段。

 

　　戴銀所，等：快硬微膨脹高強錨桿注漿材料的研制Benmokrane等[3]研究發(fā)現(xiàn)，砂的摻入能提高注漿體的抗壓強度、抗拉強度及彈性模量，減少注漿體硬化后收縮量，明顯增加與界面的黏結(jié)強度和錨固剛度；饒梟宇[4]、李紅娜[5]等也發(fā)現(xiàn)砂能夠顯著增強巖錨的極限承載強度；而外加劑的摻入對錨筋及注漿體產(chǎn)生負面影響[6]。在水泥基注漿材料中外摻石膏和高含鋁礦物，如明礬石等，通過快速生成具有膨脹性能的鈣礬石的方法，能夠達到大幅度加快凝結(jié)硬化速度和微膨脹的目的[7-10]。而且在外摻石膏時，水泥礦物鐵鋁酸四鈣（4CaO·Al2O3·Fe2O3）和水化鋁酸三鈣（3CaO·Al2O3·6H2O）也能生成鈣礬石。筆者采用石膏、明礬石作為膨脹源材料對注漿水泥砂漿進行改性研究。

 

 

　　1.1原材料

 

　　石膏礦、鋁礬土礦來自安徽廬江礬山，經(jīng)過破碎、粉磨后分別過80μm篩。水泥為中國水泥廠生產(chǎn)的42.5普通硅酸鹽水泥。原材料的主要技術(shù)指標見表1。

 

 

　　2.1試驗方法

 

　　金屬管為冷拔無縫鋼管，規(guī)格為Φ50mm×4mm，長度1m，居中放置Φ15mm螺紋鋼，用10#試樣進行注漿，此后放在10～15℃的室內(nèi)環(huán)境中靜置14d后進行拉拔試驗。實驗采用長沙亞星數(shù)控技術(shù)有限公司生產(chǎn)的WYGJ微機控制電液伺服鋼絞線拉伸試驗機，最大荷載600kN，試驗裝置見圖6。按照《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》（CECS22：2005）及相關(guān)規(guī)范要求[12]，加載時采用逐級加載的方式，每級加載拉力約為錨桿極限承載力的10%，每級停留時間為5min。用拉伸試驗機上鉗口夾住鋼筋一端，試驗機下鉗口夾緊鋼管體底部，靠近密封托的上邊緣，希望鋼管外表面和底托都能承受荷載。為了增加鋼管表面的剪切方向荷載，在鋼管下部受力的位置用切割機進行表面切割，形成許多約1mm深的紋理，以增加與模具下鉗口的摩擦力，如圖7所示。

 

　　當拉力大于90kN時，砂漿隨同鋼筋被從鋼管中逐漸拔出，錨桿破壞，實驗結(jié)束，其最大荷載達到93kN。中國現(xiàn)有2m長的砂漿錨桿的平均極限拉拔力為60kN，而《設(shè)防工程抗動載錨噴支護技術(shù)規(guī)范》（GJBz20431-97）中要求的Ⅱ類以上圍巖不小于80kN[12]，張世雄等[13]的1.5m錨桿大量拉拔力試驗，其平均拉拔力也只有77.8kN。筆者采用明礬石、石膏改性的砂漿作為注漿材料的錨桿，其1m長錨固體極限抗拔力就已經(jīng)遠超過1.5～2m砂漿錨固體極限抗拔力的中國平均水平。這是由于經(jīng)過膨脹材料改性的注漿材料膨脹性能更好，可以使錨固材料與鋼管之間的壓力更大，所以粘結(jié)力與摩阻力都會更大，從而有更大的抗拔力。將鋼管剖開后可以發(fā)現(xiàn)硬化注漿體是完好的，如圖9所示，此時錨桿失效的原因是錨固體與鋼管間的粘結(jié)力與摩阻力的總和小于外界施加的拉力。特別需要說明的是：該硬化錨固體材料在鋼管內(nèi)無法得到水的養(yǎng)護，而且養(yǎng)護時間只有14d，否則其硬化漿體強度和膨脹率會進一步提高[14]，極限拉拔力也會增大。

 

　　1）通過明礬石、石膏改性，水泥砂漿注漿材料能夠快速生成大量鈣礬石，孔結(jié)構(gòu)逐漸致密；早期迅速膨脹，后期膨脹穩(wěn)定；硬化時間控制在0.5～1.5h之間；1d和3d強度分別達到20、40MPa，滿足快速施工要求。

 

　　2）用此類注漿材料進行錨桿注漿，其1m長砂漿錨固體14d極限抗拔力超過1.5～2m砂漿錨固體極限抗拔力的中國平均水平；此時錨固體與管壁間的粘結(jié)力與摩阻力小于拉拔力整體被拔出，而注漿體沒有破壞，砂漿與鋼筋之間界面也沒有破壞。