摘要：為了解決傳統(tǒng)錨固材料早期強(qiáng)度低、體積收縮等問題，開發(fā)具有快硬、微膨脹、高強(qiáng)的錨固材料對(duì)滿足錨桿支護(hù)快速施工具有重要的價(jià)值。以鋁酸鹽和硫酸鹽生成鈣礬石的反應(yīng)具有快速和膨脹的特點(diǎn)為理論依據(jù)，選用明礬石、石膏對(duì)注漿材料進(jìn)行改性研究。結(jié)果表明：注漿材料具有早期膨脹迅速、后期膨脹穩(wěn)定的特點(diǎn)，硬化時(shí)間能控制在0.5～1.5 h時(shí)之間，1、3 d強(qiáng)度分別達(dá)到20、40 MPa；微觀測試發(fā)現(xiàn)隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加硬化漿體中生成了大量鈣礬石，孔隙率逐漸降低。通過錨桿拉拔試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其1 m長砂漿錨固體14 d極限抗拔力達(dá)到93 kN，超過1.5～2 m砂漿錨固體極限抗拔力的平均水平。

關(guān)鍵詞：錨桿；錨固材料；明礬石；鈣礬石；早強(qiáng)；微膨脹

中圖分類號(hào)：TU525.9； TU751

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-4764（2013）04-0128-05

快速搶修搶建是戰(zhàn)時(shí)狀態(tài)保存實(shí)力、形成戰(zhàn)斗力的重要任務(wù)，也是和平時(shí)期防災(zāi)減災(zāi)、保證人民生命及財(cái)產(chǎn)安全的有效方法。錨桿支護(hù)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(jià)格低廉、灌注性好，在實(shí)際工程中被廣泛使用。為了滿足施工流動(dòng)性的要求，錨桿注漿材料一般都采用大水灰比，這導(dǎo)致了凝結(jié)、硬化時(shí)間較長，能夠受力、張拉的等待時(shí)間較長；同時(shí)漿體后期體積收縮較大，會(huì)引起錨固體與孔壁間出現(xiàn)裂隙，導(dǎo)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(hù)質(zhì)量的重要技術(shù)手段。

戴銀所，等：快硬微膨脹高強(qiáng)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(qiáng)度、抗拉強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)巖錨的極限承載強(qiáng)度；而外加劑的摻入對(duì)錨筋及注漿體產(chǎn)生負(fù)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(dá)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(shí)，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(duì)注漿水泥砂漿進(jìn)行改性研究。

1原材料和實(shí)驗(yàn)方法

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80 μm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(biāo)見表1。

4錨桿抗拔試驗(yàn)

4.1試驗(yàn)方法

金屬管為冷拔無縫鋼管，規(guī)格為Φ50 mm×4 mm，長度1 m，居中放置Φ15 mm螺紋鋼，用10#試樣進(jìn)行注漿，此后放在10～15 ℃的室內(nèi)環(huán)境中靜置14 d后進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)采用長沙亞星數(shù)控技術(shù)有限公司生產(chǎn)的WYGJ微機(jī)控制電液伺服鋼絞線拉伸試驗(yàn)機(jī)，最大荷載600 kN，試驗(yàn)裝置見圖6。按照《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》（CECS 22：2005）及相關(guān)規(guī)范要求^[12]，加載時(shí)采用逐級(jí)加載的方式，每級(jí)加載拉力約為錨桿極限承載力的10%，每級(jí)停留時(shí)間為5 min。用拉伸試驗(yàn)機(jī)上鉗口夾住鋼筋一端，試驗(yàn)機(jī)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(jī)進(jìn)行表面切割，形成許多約1 mm深的紋理，以增加與模具下鉗口的摩擦力，如圖7所示。

當(dāng)拉力大于90 kN時(shí)，砂漿隨同鋼筋被從鋼管中逐漸拔出，錨桿破壞，實(shí)驗(yàn)結(jié)束，其最大荷載達(dá)到93 kN。中國現(xiàn)有2 m長的砂漿錨桿的平均極限拉拔力為60 kN，而《設(shè)防工程抗動(dòng)載錨噴支護(hù)技術(shù)規(guī)范》（GJBz 20431-97）中要求的Ⅱ類以上圍巖不小于80 kN^[12]，張世雄等^[13]的1.5 m錨桿大量拉拔力試驗(yàn)，其平均拉拔力也只有77.8 kN。筆者采用明礬石、石膏改性的砂漿作為注漿材料的錨桿，其1 m長錨固體極限抗拔力就已經(jīng)遠(yuǎn)超過1.5～2 m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(huì)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(shí)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(hù)，而且養(yǎng)護(hù)時(shí)間只有14 d，否則其硬化漿體強(qiáng)度和膨脹率會(huì)進(jìn)一步提高^[14]，極限拉拔力也會(huì)增大。

5結(jié)論

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(shí)間控制在0.5～1.5 h之間；1 d和3 d強(qiáng)度分別達(dá)到20、40 MPa，滿足快速施工要求。

2）用此類注漿材料進(jìn)行錨桿注漿，其1 m長砂漿錨固體14 d極限抗拔力超過1.5～2 m砂漿錨固體極限抗拔力的中國平均水平；此時(shí)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。

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（編輯胡英奎）