用于治理滑坡地質災害的錨固材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種錨固材料，具體涉及一種用于治理滑坡地質災害的錨固材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]目前我國由自然因素、人類活動原因引起的滑坡地質災害問題己相當嚴重。全國每年發生大型滑坡地質災害數千起，造成經濟損失多達數萬億元，人員傷亡數以萬計。其中影響最為嚴重的地區主要分布在我國山區省份，如廣西、云南、貴州、四川、甘肅等地。滑坡地質災害的突發性不僅造成建筑物、道路等構筑物的損害，嚴重威脅到居民的生命、財產安全，而且對生態環境也造成巨大的破壞。
[0003]傳統的滑坡地質災害治理方法通常采用卸荷、錨固、擋土墻、抗滑粧等，其原理主要是通過減小滑坡體的下滑力，或增強滑體的錨固力使其穩定性，從而控制坡體穩定，減輕其危害。在綜合防治滑坡地質災害時，錨固控制滑體的下滑力是治理技術的關鍵，對于錨固材料的要求是非常高的，如滑坡體的厚度小于5m、高度的小于Sm時，處理方法一般采用消坡的方法可以滿足坡體自穩的要求。上述方法一般適用于工程量較小、施工場地條件允許的情況，處理后的滑坡消除了坡體下滑張力，在輔以植物防護措施即可確保坡體的穩定，消除滑坡帶來的危害。但是，當滑坡體的厚度大于5m、高度大于大于8m時，切坡卸荷工程量過大，已不能滿足經濟效益最優、穩定性最高的要求，這類滑坡通常要采用錨固法進行治理。
[0004]錨固材料在治理滑坡的穩定中具有至關重要的作用，錨固材料的組成和性能直接影響著工程治理的效果和成本。錨固法治理既可以避免對地表原始地貌景觀、生態環境的破壞，又能夠消除安全隱患、節省工程材料、安全環保，錨固法治理已得到了地質災害防治領域的普遍重視。Chand S(Review: carbon fibers for composites [J].JournalofMaterials Science,2000,35(6): 1303-1313.)米用碳纖維的石墨微晶取向度研究其拉伸模量和拉伸強度，并將碳纖維分為標準模量通用型(如T300級)、標準模量高強型(如T700級)、高強中模型(如T800級)和高模量碳纖維，其中通用型(如T300級)碳纖維材料已經廣泛使用，另外標準模量高強型T700級或高強中模型T800級碳纖維仍處于工程化研制階段。工程應用結果表明，通用型T300級碳纖維材料的有著良好的抗拉與抗扭等力學性能，但剛度偏大，容易脆裂。不能夠滿足抗拉工程應用的需要。Tretinnikov O N等人(Surfacecrosslin-king of Polyethylene by electron beam irradiat1n in air[J].Poly-mer，1998，39(24):6115-6120.)通過碳纖維強度試驗得出了孔隙率高、體密度低以及微孔徑向和軸向上尺寸的微小差別造成了拉伸強度變化，且剛度不能直接作為工程建筑材料使用，需要進一步改良。Dobb M G等人(Comp-ress1nal behav1r of carbon fiber[J]? Carbon Techniques，1992，3:17-22.)采用鋼筋為基礎原料，將延伸率達39的奧氏體鋼制成錨桿，樹脂作為錨固劑制取錨固材料，其強度和穩定性都較好，但在樹脂凝膠結構透水性較好，很容易造成鋼筋的銹蝕，導致錨固材料的強度降低，穩定性變差，引發二次災害。HunK(New Development in Rockboting.ColIiery Guardan.1994,242:133-138.)在含銀、絡、鉬等高合金鋼中發現IRIP效應，可以同時獲得高的強度和塑性。但是這種鋼要求20?26%的鎳、鉻含量，價格昂貴，且工藝復雜而未能推廣應用。另外傳統的錨固材料在坡體下滑力的作用下，由于錨固力較弱容易產生應力松弛現象，穩定性較差，且錨固材料在制備與施工過程中工藝復雜，施工難度大;錨固材料在與坡面巖土體的作用的過程中會產生銹蝕、松弛現象，使治理效果并不能得到有效保證。
[0005]綜上所述，現有的滑坡地質災害的錨固材料存在成本高、質量大、強度低、粘結附著力差、耐腐蝕性差、施工難度大等不足中的一種或幾種以上，不利于推廣應用。如何開發切實可行的滑坡地質災害錨固材料己經成為未來亟待解決的問題。
【發明內容】
[0006]本發明要解決的技術問題是提供一種成本低、輕質高強且耐腐蝕的用于治理滑坡地質災害的錨固材料及其制備方法。
[0007]本發明所述的用于治理滑坡地質災害的錨固材料，包括碳絲維復合材料和鋼筋材料，其中:
[0008]所述碳絲維復合材料由聚丙烯腈基碳纖維和瀝青基碳纖維按1:3.0?5.0的重量配比組成，其中瀝青基碳纖維由石油瀝青和煤瀝青按0.8?1.2:1的重量配比組成；
[0009]所述碳絲維復合材料和鋼筋材料的重量配比為1:4.0?6.0。
[0010]上述技術方案中，所述的鋼筋材料為熱乳帶肋鋼筋，具體可以是牌號為HRB235、HRB335、HRB400或HRB500等牌號的熱乳帶肋鋼筋。所述鋼筋材料的大小可根據需要進行確定，通常選用外徑為Φ 16?22mm的鋼筋材料。
[0011 ] 上述技術方案中，當瀝青基碳纖維由石油瀝青和煤瀝青按1:1的重量配比組成時，所述的錨固材料具有更為優良的抗拉、抗扭、抗彎曲等力學性能。
[0012]為了進一步提高所得錨固材料的各項性能，優選聚丙烯腈基碳纖維和瀝青基碳纖維的重量配比為1:3.5?5.0，更優選為1:4.0?5.0;所述碳絲維復合材料和鋼筋材料的重量配比優選為1:4.5?6.0，更優選為1:4.5?5.5。
[0013]上述用于治理滑坡地質災害的錨固材料還包括一些現有技術中常規的組分，如固化劑、促進劑和錨固劑等。所述的固化劑、促進劑和錨固劑的用量及選擇均與現有技術相同。具體如下:
[0014]所述的固化劑可以為芳族胺類固化劑，如間苯二胺(MPD)和/或二氨基二苯基甲烷(DDM)等，其用量優選為錨固材料總重量的0.02?0.05 %。
[0015]所述的促進劑可以是選自氧化鋅、氧化鎂和氧化鉛等中的一種或兩種以上的組合，其粒度通常為200目?300目，促進劑的用量優選為錨固材料總重量的0.01?0.03 %。
[0016]所述的錨固劑優選為抗水型樹脂錨固劑，具體可以是選自型號為Z2335、Z3530、Z3537、Z2835和Z2850的樹脂錨固劑中的一種或兩種以上的組合(南京大唐化工有限責任公司)，所述錨固劑的用量優選為錨固材料總重量的0.02?0.05%。
[0017]本發明所述的用于治理滑坡地質災害的錨固材料可以按現有常規方法進行制備，優選按下述方法進行制備:
[0018]I)對碳絲維復合材料施加初始張拉應力，之后在其表面沉積防氧化涂層，可以得到無裂紋涂層的碳絲維復合材料；
[0019]2)卸除鋼筋材料的初始張拉應力，在其表層鍍上促進劑，得到預應力鋼筋材料；
[0020]3)在大于或等于形成無裂紋涂層的碳絲維復合材料的裂紋涂層生成溫度的條件下，將所得無裂紋涂層的碳絲維復合材料與預應力鋼筋材料進行捻股組合，得到原始碳絲維錨桿復合材料；
[0021]4)對所得原始碳絲維錨桿復合材料再次張拉，待其初始張拉應力卸除后，降溫，對碳絲維錨桿表面涂覆固化劑，得到表面涂覆有固化劑的碳絲維錨桿；
[0022]5)在使用前對所得表面涂覆有固化劑的碳絲維錨桿再涂覆錨固劑，即得到用于治理滑坡地質災害的錨固材料。
[0023]上述方法的步驟I)中，對構成碳絲維復合材料連續的單根纖維或纖維束施加的初始張拉應力通常為1000?3500MPa，張拉時間通常為40?90分鐘，然后再采用現有常規方法(如化學氣相沉積方法(CVD))在其表面均勻沉積防氧化涂層，沉積防氧化涂層的溫度通常為800?1000°C。
[0024]上述方法的步驟2)中，在具有張應力(通常為300?600MPa)的情況下卸除螺紋鋼筋初始張拉應力，時間通常為40?90分鐘，然后再在其表層以現有常規方法鍍上促進劑，以消除熱膨脹不匹配導致的熱應力裂紋，切斷氧化介質的通道。
[0025]上述方法的步驟3)中，通常是在大于或等于25°C的條件下將所得無