朱晨迪，徐 帥，龔永超，林衛(wèi)星，陸錦濤，馮?？?/p>

(1.長沙礦山研究院有責(zé)任公司，長沙 410083；2.國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心，長沙 410083；3.東北大學(xué) 資源與土木工程學(xué)院，沈陽 110819；4.深部金屬礦山安全開采教育部重點實驗室，沈陽 110819)

自膨脹錨桿[1]英文名稱Self Swelling Anchorage Bolt，簡稱SSAB，與傳統(tǒng)支護(hù)方式相比，錨桿支護(hù)可以在一定程度上有效的降低支護(hù)材料的投入和運輸，減少支護(hù)材料所消耗的成本，一方面由于支護(hù)作用錨桿深入圍巖巖體，節(jié)約巷道的空間，在設(shè)計巷道斷面時可以適當(dāng)減小巷道斷面面積，節(jié)約了成本；其次錨桿支護(hù)穩(wěn)定性好，可有效減少巷道的養(yǎng)護(hù)，降低養(yǎng)護(hù)成本。另一方面錨桿支護(hù)屬于主動支護(hù)方式，能夠快速起到支護(hù)作用，提高巷道及支護(hù)斷面圍巖的穩(wěn)定程度，使其礦山企業(yè)很快投入生產(chǎn)。隨著錨桿的應(yīng)用越來越廣泛以及礦山淺部資源的枯竭，深部開采面臨高地應(yīng)力、高井深、高滲透地壓、高地溫等問題，由于高地應(yīng)力帶來的危害因此必須采取相應(yīng)的支護(hù)措施，只有支護(hù)方法得當(dāng)才能有效改善圍巖應(yīng)力分布，抑制圍巖變形，防止圍巖的失穩(wěn)破壞和 巖爆帶來的災(zāi)害。深部開采帶來的高地應(yīng)力及復(fù)雜的環(huán)境致使普通錨桿錨固力不足、錨固失效等問題的出現(xiàn)，基于這些復(fù)雜的原因研發(fā)了自膨脹錨桿。然而隨著深地的復(fù)雜環(huán)境及錨桿使用年限的原因，大量的錨桿結(jié)構(gòu)表現(xiàn)因腐蝕[2]而導(dǎo)致錨固能力不足甚至徹底損壞的現(xiàn)象。徐洪等[2-9]研究了砂漿錨桿的耐久性，通過室內(nèi)與現(xiàn)場試驗相結(jié)合的方式，證明了地下水、酸堿度及硫酸鹽對錨桿的腐蝕有一定的影響；宋根祥等[4]研究了水對樹脂錨桿錨固力的影響性研究，通過鉆孔內(nèi)靜態(tài)水與動態(tài)水試驗及井下頂板淋水研究發(fā)現(xiàn)水對樹脂錨桿的粘結(jié)性產(chǎn)生一定影響，從而影響錨桿的錨固力。肖玲等[5]調(diào)查了河南焦作煤礦地下巷道腐蝕環(huán)境和現(xiàn)場10a管縫式錨桿腐蝕狀況，對地下水腐蝕物含量、錨桿宏觀損失和局部坑蝕情況實施了測量，并對錨桿體極限承載力和塑性性能進(jìn)行測試，結(jié)果表明錨桿腐蝕嚴(yán)重，錨桿外表面以坑蝕為主，內(nèi)表面近似均勻腐蝕；王小偉等[9]通過開展預(yù)應(yīng)力錨桿室內(nèi)加速腐蝕試驗，描述了預(yù)應(yīng)力錨桿表觀腐蝕演化特征，分析了PH、O2協(xié)同作用下預(yù)應(yīng)力錨桿損傷機(jī)制，建立了基于酸性環(huán)境下腐蝕電流密度時變模型，表征了氧含量與腐蝕速率間的關(guān)系。

因此錨桿腐蝕研究成為多數(shù)礦山關(guān)心的問題，通過對錨桿錨固性[10-12]研究可以掌握錨桿的失效時間、失效形式以及錨桿的失效原因，在掌握錨桿的失效情況之后，礦山的支護(hù)過程可以改變支護(hù)的結(jié)構(gòu)以及增加防護(hù)裝置，降低對錨桿的腐蝕，防止安全事故的發(fā)生，對礦山的安全生產(chǎn)有著重要的意義。

1 自膨脹錨桿結(jié)構(gòu)

SSAB是由直徑20 mm左旋無肋、長2.2 m螺紋鋼、包藥桶模具、牛皮紙海綿、膨脹錨固劑、束緊螺母、墊片等共同組成。

1.1 包藥桶模具

包藥桶模具采用3D打印的方法，將高分子材料PLA經(jīng)過3D打印機(jī)制作成內(nèi)徑23.5 mm、壁厚0.5 mm、包藥桶底座直徑40 mm、底座厚3 mm的包藥桶模具，包藥桶模具的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 包藥桶模具(單位：mm)Fig.1 Packing drum mould(Unit：mm)

1.2 包藥桶

包藥桶由牛皮紙、海綿、包藥桶模具共同組成，選用厚度為0.15 mm的牛皮紙作為包藥桶的外層，采用厚度為0.2mm的中密海綿作為包藥桶的內(nèi)層，將0.15 mm厚的牛皮紙裁剪成14 mm×14 mm，將0.2 mm厚的中密海綿裁剪成12 mm×13 mm，用白乳膠將卷成圓柱狀牛皮紙粘貼而后將包藥桶模具放入卷好的牛皮紙桶內(nèi)將一端封閉，隨后將0.2 mm中密海綿放入包藥桶模具及牛皮紙之間，其結(jié)構(gòu)與實物圖如圖2所示。

圖2 藥卷包裝桶Fig.2 Cartridge drums

包藥桶有如下作用：1)膨脹錨固劑為粉末狀不易成型，因此借助于牛皮紙的韌性來保護(hù)膨脹錨固劑，防止膨脹錨固劑在插入鋼管或者鉆孔時破壞膨脹錨固劑性能；2)充分利用海綿吸水的性能保證膨脹錨固劑充分與水反應(yīng)，提高膨脹錨固劑的吸水速率，另一方面海綿還可以組織膨脹錨固劑在泡水后漏粉，影響膨脹性能。

1.3 膨脹藥卷

將膨脹錨固劑放入事先準(zhǔn)備好的包藥桶內(nèi)，在包藥桶模具的中間放置一個錐形包藥輔助結(jié)構(gòu)，輔助結(jié)構(gòu)防止膨脹錨固劑漏入包藥桶模具內(nèi)管內(nèi)，在裝膨脹劑的過程中不斷的顛包藥桶這樣增加藥卷的密度防止在泡水過程漏粉，在顛藥卷的過程同時用鑿?fù)安粩嗟蔫弻?，單個藥卷加上海綿牛皮紙的總質(zhì)量保證在180 g左右，保證藥卷的密度在1.85 g/cm3。膨脹藥卷結(jié)構(gòu)及實物如圖3所示。

1-包裝桶模具內(nèi)壁；2-膨脹錨固劑；3-中密海綿；4-包藥桶模具底座圖3 膨脹藥卷Fig.3 Cartridge expansion

2 膨脹作用機(jī)理

SSAB錨桿能夠起到加固圍巖的作用，主要是由于自膨脹錨固劑的膨脹作用來實現(xiàn)錨桿的特性起到支護(hù)的作用，作用機(jī)理如圖4所示。SSAB錨桿最主要的成分來膨脹錨固劑，自膨脹錨固劑主要成分為膨脹錨固劑-CaO，并伴有減水劑、緩凝劑等成分配比。主要運用CaO與水結(jié)合生成Ca(OH)2結(jié)晶，在Ca(OH)2結(jié)晶生成的過程中體積不斷增大，晶體間裂隙不斷增大，最終其膨脹倍率有30%～40%，通過改變膨脹錨固劑的添加成分，膨脹率甚至可達(dá)50%左右。SSAB錨桿在使用安裝過程非常簡單，礦上使用時將錨桿在地面組裝，帶至地下用水浸泡7～10 min放置提前預(yù)制的鉆孔內(nèi)，使用簡單，安裝方便快捷，前期在沒有腐蝕的情況下，錨桿在室內(nèi)加錨6個藥卷時，通過拉拔測試錨桿的錨固力達(dá)到240 kN，達(dá)到螺紋鋼極限抗拉強(qiáng)度，通過測試發(fā)現(xiàn)錨桿具有錨固力大等特性，更重要的是在SSAB錨桿端部加裝錨頭，可以實現(xiàn)不同角度的安裝及支護(hù)需求。最后由于膨脹錨固劑自身的膨脹性能在30～100 MPa，以其巨大的膨脹壓力，適用于各種巖體尤其是破碎巖體，在破碎巖體中依靠自身的巨大膨脹壓來改善破碎巖體性能，增強(qiáng)巖石的穩(wěn)固程度，達(dá)到更好的支護(hù)效果。

1-軸向束緊螺母；2-墊片；3-圍巖；4-膨脹藥卷；5-螺紋鋼圖4 膨脹錨固劑作用機(jī)理Fig.4 Mechanism of expansion anchoring agent

3 室內(nèi)試驗研究

水對錨桿的腐蝕是最常見的，因為鋼材在潮濕的環(huán)境下容易發(fā)生銹蝕，從而影響錨桿的錨固性能降低錨桿的錨固力。因此模擬飽水環(huán)境對錨桿的影響極為重要。水不僅對SSAB錨桿桿體產(chǎn)生影響而且由于水的浸泡作用也可能會分解錨固劑，基于此開展了SSAB錨桿在飽水環(huán)境下錨固能力測試。

3.1 試驗方案

為了探究自膨脹錨桿在水環(huán)境條件下自膨脹錨桿拉拔力的影響開展了不同時間效應(yīng)下記錄錨桿拉拔力變化的實驗方案設(shè)計見表1。

表1 水環(huán)境對錨桿腐蝕時間效應(yīng)實驗方案

同時為了探究膨脹錨固劑在反應(yīng)前及反應(yīng)后成分含量的變化，借鑒XRD成分分析的方法對膨脹錨固劑反應(yīng)前的成分、與水化合后以及在不同腐蝕環(huán)境下開展了XRD成分分析及定量分析實驗，本實驗的背景來源于自膨脹錨桿的腐蝕，通過對腐蝕后的自膨脹錨桿成分進(jìn)行分析來探究自膨脹錨桿作用機(jī)制，進(jìn)而從微觀的角度對自膨脹錨桿作進(jìn)一步的了解。本實驗設(shè)置了2組實驗方案，每組實驗展開兩次，降低實驗結(jié)果的偶然誤差。控制實驗溫度20 ℃，實驗方案如表2所示。對本次實驗所需用的Ⅱ型膨脹錨固劑及自膨脹錨桿在經(jīng)過相應(yīng)的腐蝕后，開展成分分析實驗。對于不同環(huán)境下的腐蝕條件在經(jīng)過一段腐蝕后取出錨桿取樣對其樣本進(jìn)行分析。XRD成分分析實驗方案見表2。

表2 水環(huán)境腐蝕XRD成分分析實驗

膨脹錨固劑在使用前要先經(jīng)過水化作用，即要在藥卷表面開孔放入20 ℃溫度水中浸泡8 min，每個膨脹錨固劑的質(zhì)量180 g、密度為1.85 g/cm3、室內(nèi)測得吸水率為26.3%，由于膨脹錨固劑密度較高，因此膨脹錨固劑吸水可能不夠充分。其次如果膨脹錨固劑被腐蝕也可能是某一個藥卷最先受到破壞如兩端藥卷，通過稱重即可知道SSAB是否產(chǎn)生質(zhì)量的變化進(jìn)而是否被腐蝕。實驗方案見表3。

表3 水環(huán)境腐蝕前后稱重變化

3.2 試驗裝置

1)錨桿反應(yīng)裝置：SSAB錨桿的反應(yīng)裝置設(shè)計：

(1)反應(yīng)裝置主要由直徑315 mm、厚10 mm、長1.5 m的PVC管組成，首先在PVC管的一端密封，密封用混凝土砂漿在PVC管內(nèi)部填塞高約10 cm厚，填塞完成后在PVC管的內(nèi)部潑灑水泥漿用來密封，另一方面在填塞的底端用密封膠將PVC管與填塞混凝土砂漿粘結(jié)防止?jié)B水，如圖5所示。然后在密封端的底部澆筑一個高40 cm圓柱包裹PVC管的底部密封端，將澆筑完成的圓柱狀圓臺放入預(yù)先準(zhǔn)備好的盆內(nèi)，防止由于密封不好漏水，如圖5所示。該裝置用一個小型抽水泵更換溶液。

圖5 SSAB反應(yīng)裝置Fig.5 SSAB reaction device

(2)錨桿拉拔裝置

依據(jù)新型自膨脹錨桿的結(jié)構(gòu)，設(shè)計研發(fā)了自膨脹錨桿拉拔裝置，裝置主要由油壓控制系統(tǒng)、彈簧位移計、磁力基座、緊固六角螺母、拉壓力傳感器、液壓千斤頂、固定環(huán)、側(cè)面約束裝置、移動平臺等部分組成，結(jié)構(gòu)設(shè)計及實物圖如圖6所示。

1-油壓控制系統(tǒng)；2-實驗平臺；3-電阻式彈簧位移計；4-磁力基座；5-防滑六角螺母；6-拉壓力傳感器；7-液壓千斤頂；8-固定環(huán)；9-膨脹錨固藥卷；10-側(cè)面約束裝置；11-移動平臺；12-錨桿桿體圖6 錨桿拉拔裝置Fig.6 The bolt drawing device

2)XRD成分分析設(shè)備，多晶衍射儀(圖7)也稱為粉末衍射儀，被測對象通常為粉末。

圖7 X射線衍射儀Fig.7 X-ray diffractometer

多晶衍射樣品的制備方法，X射線粉末衍射儀的基本特點是所用的測量試樣是由粉末(許多小結(jié)晶)聚集而成的。要求在試樣的制備過程中小晶粒的數(shù)量盡可能多。且小晶粒的方向與位置是混亂無序的，只有這樣X射線才能在一定范圍對所有小晶粒的概率是相同的。因此可以通過照射反應(yīng)強(qiáng)度來體現(xiàn)每一結(jié)構(gòu)的含量大小。

3.3 試驗材料

1)反應(yīng)裝置

2)SSAB及鉆孔模擬鋼管

3)JM3812靜態(tài)應(yīng)變采集儀

4)錨桿拉拔裝置

5)AR-807電子秤

6)數(shù)顯游標(biāo)卡尺

7)研磨裝置及300目篩子

3.4 測試步驟

在實驗開展前首先要對拉拔裝置進(jìn)行檢查，拉拔裝置包括拉壓力傳感器、彈簧位移計、數(shù)據(jù)采集設(shè)備及動力輸出裝置油泵千斤頂?shù)?，由于拉壓力傳感器與彈簧位移計均為數(shù)據(jù)收集設(shè)備因此在使用前要對儀器進(jìn)行標(biāo)定。

1)拉壓力傳感器標(biāo)定

拉壓力傳感器標(biāo)定采用300 kN壓力機(jī)給傳感器施加一定的壓力，將三線制拉壓力傳感器接在JM3812靜態(tài)應(yīng)變采集儀上，開動壓力機(jī)分別在拉壓力傳感器施加10、20、30、40、50、60、…、260 kN的壓力，然后通過靜態(tài)應(yīng)變采集儀記錄相對應(yīng)的壓力變化，通過繪制壓力機(jī)施加的壓力與靜態(tài)應(yīng)變采集儀采集的壓力繪制曲線，并繪制兩者的擬合曲線進(jìn)而找到兩者間的關(guān)系，為了降低實驗偶然誤差的影響，實驗連續(xù)進(jìn)行三次，實驗結(jié)果如圖8所示，通過得到的擬合曲線完成對拉壓力傳感器的標(biāo)定。

圖8 壓力機(jī)壓力與壓力傳感器壓力兩者關(guān)系 Fig.8 Relationship between press pressure and pressure sensor pressure

通過標(biāo)定的曲線得到擬合公式，擬合公式如式1所示。

y=1.13x-0.40948±0.115

(1)

式中，y為JM3812靜態(tài)應(yīng)變采集儀示數(shù)，kN；x為錨桿所受拉拔力，kN。

2)彈簧位移計標(biāo)定

彈簧位移計的標(biāo)定實驗類似于壓力傳感器標(biāo)定，首先將彈簧位移計固定在某一平面上，將彈簧位移計的另一端采用三線變阻器的接線與JM3812靜態(tài)應(yīng)變采集儀相連接。采用游標(biāo)卡尺1～300 mm對彈簧位移計進(jìn)行標(biāo)定通過記錄游標(biāo)卡尺與靜態(tài)應(yīng)變采集儀采集的位移，進(jìn)而繪制兩者的曲線，且通過曲線擬合兩者的關(guān)系，擬合曲線如圖9所示。

圖9 彈簧位移計標(biāo)定曲線Fig.9 Spring displacement meter calibration curve

為了降低偶然誤差因素影響，對彈簧位移計的標(biāo)定共進(jìn)行3次以降低偶然誤差，通過標(biāo)定最終擬合的公式如式2所示。

y=x

(2)

式中，y為JM3812靜態(tài)應(yīng)變采集儀示數(shù)，mm；x為錨桿實際位移，mm。

3)SSAB組裝

SSAB包括螺紋鋼桿體、軸向束緊螺母、墊片及膨脹錨固劑，首先將膨脹錨固劑表面開口，而后放入25 ℃的水中浸泡8 min取出將膨脹錨固劑依次穿在螺紋鋼上如圖10(a)所示，膨脹錨固劑組裝完成后將SSAB插入鉆孔模擬的鋼管內(nèi)，鉆孔模擬裝置采用內(nèi)徑44 mm、壁厚5 mm、長1.2 m的圓鋼，為了更好的模擬現(xiàn)場環(huán)境對SSAB的腐蝕在鋼管的表面打孔，孔徑12 mm，每隔15 cm依次打孔，如圖10(b)所示。將SSAB放入鉆孔模擬鋼管，待反應(yīng)24 h后，將SSAB連同鉆孔模擬鋼管一起放入反應(yīng)裝置內(nèi)，腐蝕實驗?zāi)康氖翘骄縎SAB在該溶液的腐蝕條件下SSAB的錨固能力，因此實驗共組裝6根錨桿來探究不同時間效應(yīng)下SSAB的錨固能力。實物如圖10所示。

圖10 組裝完成實物圖Fig.10 Assembly physical picture

將放入反應(yīng)裝置的SSAB分別在1、2、3、4、5、6個月的時間，每隔一個月取出錨桿，首先對錨桿稱重，然后在對其錨桿進(jìn)行拉拔。由于本實驗所耗費的成本較高，因此每組實驗均只拉拔一次。將拉拔完成后的數(shù)據(jù)采用Origin進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

4)成分分析

粉末樣品的制備：X射線衍射的粉末樣品要求有：(1)粒度均勻；(2)粒度在48 μm左右；(3)樣品用量不少于0.5 g。具體制備過程如下：

制粉：為了保證制樣的質(zhì)量，首先要多取一些樣品，制樣品粉末時將樣品粉末用300目的篩子過濾，將過濾下來的粉末用于實驗分析。由于本實驗的膨脹錨固劑屬于固體，因此在制粉的過程需要將塊狀固體研磨并用篩子過濾。如圖11所示。

圖11 研磨裝置及300目篩子Fig.11 Grinding device and 300 mesh sieve

將制好的樣品試樣插入衍射儀樣品架，關(guān)閉設(shè)備的門，掃描的角度選擇5°～90°，掃描步長設(shè)置為0.02°，掃描速度設(shè)置為(1°～2°)/min，光管電壓選擇Cu靶設(shè)置為40 kV，設(shè)置完成后放入樣品監(jiān)測室進(jìn)行掃描，待掃描完成時打開儀器門取出被測樣品。插入光盤將數(shù)據(jù)導(dǎo)出即完成本次實驗。然后將導(dǎo)出完成的數(shù)據(jù)運用MDI Jade6軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

3.5 試驗結(jié)果分析

1)錨固力變化

按設(shè)計的實驗方案，分別對上述幾組實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，分別繪制出不同效應(yīng)時間下SSAB位移-拉拔力關(guān)系曲線，曲線如圖12所示。

圖12 不同時間效應(yīng)下SSAB位移-拉拔力曲線Fig.12 SSAB displacement-pull force curve for different time effects

水溶液腐蝕機(jī)理：SSAB錨桿在經(jīng)過水化反應(yīng)24 h后膨脹錨固劑自身體積增大占據(jù)SSAB與鉆孔模擬鋼管間的孔隙使SSAB緊密與鋼管內(nèi)壁緊緊貼合，水溶液通過浸透及軟化作用與膨脹錨固劑的表面接觸進(jìn)而改變膨脹錨固劑的強(qiáng)度，起到腐蝕作用。但是從圖12、13可以看出，在將SSAB浸泡在水溶液中后水溶液透過鋼管表面的孔壁以及鋼管兩端接觸膨脹錨固劑，隨著SSAB浸泡時間的增加，SSAB在經(jīng)過拉拔后錨桿破壞以桿體斷裂為主要形式。且隨著腐蝕時間的增加，起初桿體伸長很小，當(dāng)拉拔力達(dá)到190 kN，錨桿桿體伸長位移增大加快。然而從拉拔的數(shù)據(jù)看，實驗結(jié)果并沒有腐蝕膨脹錨固劑，SSAB斷裂都表現(xiàn)桿體斷裂。且隨著腐蝕時間的延長螺紋鋼的伸長率在不斷地減小，也證明了螺紋鋼在水溶液的環(huán)境下經(jīng)過腐蝕后桿體性質(zhì)發(fā)生變化導(dǎo)致。從側(cè)面反映了水溶液對SSAB錨桿影響較小，但在支護(hù)前要做好螺紋鋼的防護(hù)工作，防止由于外界環(huán)境用的作用使桿體發(fā)生斷裂。

圖13 飽水桿體伸長率Fig.13 Elongation of a saturated rod

2)成分分析變化

對于用MDIJade6處理結(jié)果，對于樣品在設(shè)備內(nèi)可以清晰的看到每一個峰值的強(qiáng)度體現(xiàn)樣品在轉(zhuǎn)過不同的角度時，射線通過照射樣品，樣品每轉(zhuǎn)過一個角度照射出不同晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步通過XRD衍射儀呈現(xiàn)圖譜上。這樣可以很清晰的看出膨脹錨固劑的成分組成，當(dāng)SSAB經(jīng)過水溶液腐蝕后將鉆孔模擬裝置鋼管在鉆孔處截斷依次取樣、研磨，用XRD衍射儀進(jìn)行成分分析，了解了腐蝕后的產(chǎn)物也可以進(jìn)一步知道膨脹錨固劑的膨脹機(jī)理，為膨脹錨固劑的研究提供依據(jù)。進(jìn)一步對MDI Jade6處理的數(shù)據(jù)分析，還可以掌握不同反應(yīng)產(chǎn)物的含量所占的百分比，如圖14所示。

圖14 XRD成分分析Fig.14 XRD component analysis

從XRD分析的結(jié)果看出，再將SSAB浸泡在水溶液中經(jīng)過一段時間取出錨桿后將錨桿沿鋼管表面的鉆孔處截斷，然后進(jìn)行取樣分析，分析結(jié)果顯示，樣品全部為氫氧化鈣，正是氧化鈣在經(jīng)過水化后的產(chǎn)物，分析結(jié)果中出現(xiàn)的碳酸鈣是由于在取樣研磨的過程氫氧化鈣吸收空氣中的二氧化碳所導(dǎo)致的。圖14的結(jié)果說明，SSAB浸泡在水溶液并沒有對組分產(chǎn)生影響，由于氧化鈣與水化合在錨固藥卷軸向約束的情況下，只能在徑向產(chǎn)生膨脹作用，分子間相互擠壓致使分子間引力增大，導(dǎo)致水化后的錨固藥卷更加密實，因而水溶液不容易透過錨固藥卷證明了水溶液的腐蝕對SSAB錨固特性影響極小。

3)重量變化

SSAB腐蝕前后質(zhì)量的改變作為評價SSAB性能的一個指標(biāo)，最為直接的反映出SSAB是否受到水溶液的影響，分別將六根SSAB錨桿在浸泡溶液前稱重及在經(jīng)過一段腐蝕后取出錨桿晾干再次稱重，如表4所示，對數(shù)據(jù)處理得到如圖15的變化曲線。

表4 SSAB靜水溶液浸泡后質(zhì)量變化

分別在SSAB固定腐蝕時間內(nèi)取出錨桿將水分控干后稱重，隨著腐蝕時間的增加，錨桿質(zhì)量呈增加趨勢。說明了在經(jīng)過不同時間腐蝕后，由于錨固藥卷吸水不夠充分，或者在藥卷反應(yīng)時放出大量的熱致使水分蒸發(fā)，在浸泡過程藥卷進(jìn)行二次吸水，導(dǎo)致錨桿質(zhì)量有所增加。且從增加的百分比看，前兩個月錨桿質(zhì)量增加明顯，以后穩(wěn)定于3.1%左右。水溶液并沒有對SSAB產(chǎn)生影響反而質(zhì)量有所增加，從錨桿的拉拔測試結(jié)果以桿體斷裂為主，不影響錨桿錨固力大小，說明水對錨桿錨固力影響較小。

圖15 水溶腐蝕前后重量變化Fig.15 Weight change before and after water-soluble corrosion

4 結(jié)論

1)介紹了自膨脹錨桿的結(jié)構(gòu)組成，主要是由藥柱模具、自膨脹錨固劑、牛皮紙、海綿等組成。

2)自膨脹錨桿通過膨脹錨固劑自身的膨脹性能，在有限的鉆孔空間內(nèi)對鉆孔壁產(chǎn)生擠壓作用，將錨桿與鉆孔緊密結(jié)合，當(dāng)圍巖發(fā)生松動破壞時，托盤受到圍巖松動產(chǎn)生的拖拽作用，帶動桿體向外移動，這是錨桿與鉆孔內(nèi)壁產(chǎn)生摩擦作用，可以有效的控制圍巖大變形，進(jìn)而起到加固圍巖的作用。

3)自膨脹錨桿經(jīng)過水溶液6個月侵蝕后，水溶液對自膨脹錨桿錨固劑幾乎沒有影響，水溶液并不能改變膨脹錨固劑的錨固性能。體現(xiàn)在自膨脹錨桿的斷裂都是以桿體斷裂的形式破壞，且經(jīng)過細(xì)觀成分分析，水侵蝕后膨脹錨固劑的成分基本無變化，產(chǎn)生的碳酸鈣主要是由于與空氣接觸吸收二氧化碳導(dǎo)致的，由于膨脹錨固劑遇水化合在軸向約束的情況下徑向產(chǎn)生大的膨脹力致使分子間引力增大致密，所以水對自膨脹錨桿錨固力影響較小。