專利名稱：一種玻璃鋼纖維工程錨桿及其制造方法
技術領域：
本發明涉及工程建筑建材領域，屬新材料范疇，具體涉及一種玻璃鋼纖維工程錨桿及其制造方法。
背景技術：
一直以來，制作錨桿的材料首選鋼材，而鋼材的銹蝕等問題日益成為影響錨固體系安全性和耐久性的突出問題，特別是在一些腐蝕性嚴重的山區，以及地下水富集的軟土地區和高鐵工程建設中，鋼材的銹蝕問題更加嚴重。解決這類問題的傳統做法是在鋼材的表面噴涂防腐劑，或是改變鋼材的物理化學成分提高鋼材的耐腐蝕性，但是這種做法一方面會增加錨桿安裝操作的復雜性，另一方面會提高工程的成本造價。因此，有必要尋求其它的解決途徑。
發明內容
本發明的目的是根據上述現有技術的不足之處，提供一種玻璃鋼纖維工程錨桿及其制造方法，以更好的解決錨桿在腐蝕性嚴重的山區以及地下水富集的軟土地區的腐蝕性、松弛性問題，并且使錨桿具有更好的強度和更長的使用壽命。本發明是把玻璃纖維材料應用于工程錨桿中，屬新材料推廣應用型發明。本發明的實現由以下技術方案完成玻璃纖維材料在工程錨桿中的應用。含玻璃纖維709Γ85%的玻璃纖維增強聚合物材料應用于工程錨桿的制造。—種玻璃鋼纖維錨桿，其特征在于所述原料主要由玻璃纖維、樹脂及添加劑組成，其中所述的玻璃纖維占原料重量百分比為70%_85%。一種玻璃鋼纖維工程錨桿的制造方法，涉及權利要求3所述原料組分及其配比， 其特征在于所述方法至少包括以下步驟通過牽引機的牽引將玻璃纖維束連續通過含有樹脂及添加劑的浸膠槽進行浸膠處理，之后預成型處理，之后在模具經過加熱固化定型，最后切割成規定長度。所述的樹脂為聚酰氨樹脂、聚乙烯樹脂或環氧樹脂的一種或至少兩種的組合。本發明的優點是
本發明所采用的材料為FRP材料，其具有輕質高強(重量約為普通鋼筋的1/5，強度約為普通鋼筋的1.5倍)、抗腐蝕、易切割、絕緣性(不導電、不導磁)、阻燃性、耐低溫、抗疲勞
等等優點ο利用FRP筋輕質高強和易切割的特點，可局部替代鋼筋，達到節約鋼材、人工費用的目的，可大大提高勞動效率，節約成本；
利用FRP具有較好的抗腐蝕能力的特點，可長期應用于腐蝕性介質侵襲嚴重的環境中，可保持強度和使用壽命，滿足結構耐久性規范要求；
利用FRP絕緣性(不導電、不導磁)的特點，可用于有特殊要求的結構中，如高鐵隧道橋梁工程以及雷達站工程中；利用FRP預應力筋低松弛且彈性模量較小的特點，可以降低由于混凝土徐變和收縮引起的預應力損失，還可減小由于預應力筋松弛引起的預應力損失。
圖1是本發明桿體抗拉強度試驗試件示意圖； 圖2是本發明桿體抗剪強度試驗試件受力圖3是本發明的自鉆式全螺紋GFRP錨桿扭矩測試臺加載系統示意圖； 圖4是本發明的自鉆式全螺紋GFRP錨桿扭矩測試試件示意圖； 圖5是本發明的普通全螺紋GFRP錨桿的端板錨固力拉力架示意圖； 圖6是本發明的螺紋鋼桿體及其附件結構示意圖； 圖7是本發明的麻花桿體結構示意圖； 圖8是本發明公稱直徑為22mm的桿體直徑檢測結果圖； 圖9是本發明公稱直徑為24mm的桿體直徑檢測結果圖； 圖10是本發明公稱直徑為25mm的桿體直徑檢測結果圖； 圖11是本發明公稱直徑為27mm的桿體直徑檢測結果圖。
具體實施例方式以下結合附圖通過實施例對本發明特征及其它相關特征作進一步詳細說明，以便于同行業技術人員的理解
如圖3所示，其中標號廣5 回轉機構1、錨桿桿體2、托扶器3、加載機構4、扭矩轉速測試儀5。實施例本發明采用玻璃鋼制品產用的生產工藝屬拉擠成型，機械化程度及生產效率高，可以生產連續長度的全螺紋式玻璃鋼錨桿。產品可以是實心和空心，也可以是表面無螺紋的直桿，還可以生產異形筋。產品直徑規格可以根據需要進行設計。本發明所采用的FRP材料是由多股纖維(如玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等)采用基底材料(聚酰氨樹脂、聚乙烯樹脂或環氧樹脂等)膠合后，經過特制的模具擠壓、拉拔成型的。本發明的原料為GFRP材料，即玻璃纖維增強聚合物，主要由玻璃纖維、樹脂及添加劑經特殊加工復合而成，玻璃纖維含量一般在70-85%左右(質量百分比)，因而具有優良的機械性能。生產時通過專用牽引機的牽引，一定數量的玻璃纖維連續通過樹脂浸膠槽，樹脂浸潤充分，再經過特殊模具，并加熱固化，然后經切割機按照一定長度連續切割，經過后續處理后即可包裝入庫。此方法為一次成型法，即從玻璃纖維成型并且加熱固化后無需經過及加工步驟。本發明的抗拉強度試驗
測試設備桿體抗拉強度試驗采用IOOOkN屏顯液壓式萬能試驗機，GFRP錨桿桿體拉伸變形采用試驗機自帶大變形測量儀測量，由數據采集系統自動采集試驗所有數據。試驗參數主要內容如下
試驗環境溫度23 士 2 °C，相對濕度50 士 5% ； 試件形狀及尺寸如圖1所示；試件數量每組試樣不少于5個，并保證同批有5個有效式樣； 測量試件直徑和標距，測量精確到0. Olmm ； 加載速度為250MPa/s ；
安裝測量變形的設備儀表，施加初載(約為破壞荷載的5%)檢查并調整試樣及變形測量系統，使其處于正常工作狀態；
連續加載至試樣破壞，記錄最大荷載值及試樣破壞形式，測量抗拉強度、拉伸彈性模量、極限延伸率及應力 應變曲線等材料性能指標。試件制作GFRP拉伸試件總長L=I 100mm，標距L0=600mm，兩端采用套管錨固，錨固長度Ll=220mm。套管采用鍍鋅鐵管，外徑32mm，壁厚3mm，端部與錐形鑄鐵大小頭螺紋連接， 錨固劑采用HC植筋膠。將制備好的GFRP筋在切割機上截取所需長度，將HC植筋膠配好灌入套管內，充滿整個套管，然后將截取的GFRP筋試件一端旋入套管內，使其充分粘結，對中、固化；待完全固化后將試件的另一端以同樣的方法進行錨固，完全固化后進行試驗。試件形狀及尺寸如圖1所示。為保證桿件拉拔時，加載裝置與桿體之間不發生打滑，在每段桿件的端頭采用套上鋼套筒，并用環氧樹脂充分粘結，提供足夠的剪力和端頭剛度。測試結果通過實驗證實GFRP錨桿強度高、與混凝土變形協調好等力學性能，如果替代鋼材錨桿應用在地下工程加固中，能夠解決鋼筋材料腐蝕問題，具有廣闊的應用前景。與螺紋鋼的力學性能、性價比等指標進行對比，GFRP材料不僅有良好的力學性能，也有很好的性價比。 本發明的抗剪強度試驗
測試設備參考《纖維增強塑料沖壓式剪切強度試驗方法》(GB/T1450. 2-2005)、《銷剪切試驗方法》(GB/T13683-92)，錨桿桿體抗剪強度實驗采用CMT系列微機控制50kN電子萬能試驗機并配以壓式剪切器進行剪切試驗。具體試驗方法如下 試驗標準環境條件溫度(23士2) V ；相對濕度(50士 10) %。試樣外觀檢查、狀態調節按GB1446第2、3章規定； 測量試樣尺寸，測量精度精確到0. Olmm ；
加載速度2mm/min，連續加載至試樣發生剪切破壞；
記錄試樣破壞后的最大荷載和破壞形式，測量破壞(剪切)面的高度，精確到0. Olmm0可任選一個破壞面測量剪切面高度；
有明顯缺陷的試樣應予以作廢，每組有效試樣至少5個，不足5個時，應重做試驗； 切口夾具，用于加工式樣切口。試件制作GFRP筋通過連續成型工藝得到，連續成型工藝就是從原材料開始，經過侵潤、壓模、擠壓、拉拔、固化、切割等得到的制品，整個工藝是連續不斷進行的。剪切試件在連續GFRP筋上截取，根據壓式剪切器相關參數截取試件長度 L=130mm，試件尺寸和受力圖如圖2所示。測試結果匯總GFRP筋試件的破壞均為整體緩慢切斷，斷口較整齊，且都有不同程度的擠壓變形，沒有發生脆性的剪斷，這說明GFRP筋中的樹脂性能較好，縱向纖維對橫向剪切具有一定的作用。本發明的自鉆式全螺紋GFRP錨桿扭矩測試測試設備自鉆式全螺紋GFRP錨桿扭矩測試采用微機控制扭轉試驗機。微機控制電子式扭轉試驗機主要用于金屬和非金屬材料、機械零部件的扭轉性能試驗，能夠自動測量扭轉強度、屈服點，而且能夠自動記錄扭矩與轉角的曲線。試驗機配有全數字測量系統，性能穩定、精度高。將桿體2 (全長)安裝在錨桿扭矩試驗臺上，如圖3所示，錨尾與回轉機構1連接， 錨頭與扭矩和轉速傳感器5連接，桿體中部加裝托扶器3，防止桿體產生彎曲變形。將回轉機構轉速調至200r/mirT300r/min，使桿體處于空負載旋轉狀態，調整加載裝置4，在8s之內，使負載平穩升至規定扭矩(40N.m)，并運轉40s，桿體不應產生斷裂和嚴重變形等異常。試件制作實驗為常溫扭轉實驗，試驗試件的具體尺寸如圖4所示。試件標距 300mm,直徑 7mm。試件數量每組試樣不少于5個，并保證同批有5個有效式樣。測試結果匯總從實驗結果可以看出，玻璃纖維錨桿是一種脆性材料。材料的線彈性關系明確，材料的抗拉強度(與同面積的鋼材抗拉強度相對)，抗剪和抗扭強度低。本發明的普通全螺紋GFRP錨桿的端板錨固力測試
測試設備普通全螺紋GFRP錨桿的端板錨固力測試采用分度值不大于3. 5k N相應量程錨桿拉力計，或普通萬能材料試驗機，并配以特制拉力架。特制拉力架示意圖見圖5。型式檢驗時，采用錨桿專用試驗臺，以3次試驗的算術平均值為準。測定環境條件環境溫度(22 士 1) V。采用錨固段最大徑向尺寸與孔徑差為4飛mm,錨長大于15 d (d為桿徑)的桿體， 型式檢驗時，采用配套長桿體。采用相應孔徑的除銹厚壁鋼管或抗壓強度30 MPa以上的混凝土塊或中硬巖體為錨固體，鋼管長度或錨桿孔深度應等于錨頭長度再加長5(T150 mm,型式檢驗時，錨固體固定在試驗臺一端，桿體尾部固定在試驗臺另一端加載油缸上。攪拌安裝時采用1. 2 k W煤電鉆，邊旋轉攪拌邊推進到孔底。攪拌時間為超快速型錨固劑纊15s ；其他錨固劑2(T35 s攪拌停止后，應等候到凝膠后，才能松開電鉆和連接
直ο按規定的齡期進行錨固力測試。型式檢驗時還需記錄整體錨桿的載荷一位移特性曲線及錨桿拉拔破壞情況。試件制作桿體主要有螺紋鋼桿體和圓鋼麻花桿體，其結構如圖6和圖7所示 用內徑27mm，長度450mm的厚壁鋼管模擬錨孔，用符合MT146. 1-2002規定的述職錨固
劑錨固，將錨固劑放入模擬錨孔中，用煤電鉆將桿體安裝在錨孔中保證桿體在孔的中心位置，達到MT146. 1-2002規定的錨固齡期后，在拉伸試驗機(萬能材料試驗機或錨桿拉拔計) 上以3kN/s及加載速率至最大荷載。結果以千牛為單位。如圖纊11所示，本實施例經過抗拉強度試驗，抗剪強度試驗，扭矩測試，錨固力測試得出，采用玻璃鋼纖維即FRP材料所制作的各個型號的錨桿都符合技術要求，并且相比目前現有技術的錨桿具有輕質、高強、耐腐蝕、不導電、不導磁等優良特性。
權利要求
1.玻璃纖維材料在工程錨桿中的應用。
2.含玻璃纖維70%-85%的玻璃纖維增強聚合物材料應用于工程錨桿的制造。
3.一種玻璃鋼纖維錨桿，其特征在于所述原料主要由玻璃纖維、樹脂及添加劑組成， 其中所述的玻璃纖維占原料重量百分比為70%-85%。
4.一種玻璃鋼纖維工程錨桿的制造方法，涉及權利要求3所述原料組分及其配比，其特征在于所述方法至少包括以下步驟通過牽引機的牽引將玻璃纖維束連續通過含有樹脂及添加劑的浸膠槽進行浸膠處理，之后預成型處理，之后在模具經過加熱固化定型，最后切割成規定長度。
5.根據權利要求4所述的一種玻璃鋼纖維工程錨桿的制造方法，其特征在于所述的樹脂為聚酰氨樹脂、聚乙烯樹脂或環氧樹脂的一種或至少兩種的組合。
全文摘要
本發明涉及工程建筑建材領域，屬新材料范疇，具體涉及一種玻璃鋼纖維工程錨桿及其制造方法，其特征在于所述原料主要由玻璃纖維、樹脂及添加劑組成，其中所述的玻璃纖維占原料重量百分比為70%-85%。本發明的優點是FRP材料具有輕質高強、抗腐蝕、易切割、絕緣性(不導電、不導磁)、阻燃性、耐低溫、抗疲勞等等優點。利用FRP材料的特點，可局部替代鋼筋，達到節約鋼材、人工費用的目的，可大大提高勞動效率，節約成本；可長期應用于腐蝕性介質侵襲嚴重的環境中，可保持強度和使用壽命，滿足結構耐久性要求；可用于有特殊要求的結構中；可以降低由于混凝土徐變和收縮引起的預應力損失，還可減小由于預應力筋松弛引起的預應力損失。
文檔編號E21D21/00GK102493450SQ201110441460
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月26日 優先權日2011年12月26日
發明者張海東, 李永利, 沈利, 袁勇, 魏雋 申請人:中鐵上海設計院集團有限公司