水下巖土錨固工程的高耐久性frp-鋼筋錨杆的製作方法
2023-05-09 03:15:11 1
專利名稱：水下巖土錨固工程的高耐久性frp-鋼筋錨杆的製作方法
技術領域：
本發明創造屬於巖土工程的錨固結構技術領域。本發明創造以常規的鋼筋錨杆芯材與新創的纖維增強複合材料(英文名稱Fiber Reinforced Polymer，英文縮寫FRP)外殼複合構成一種全新的FRP-鋼筋錨杆，是繼鋼錨杆、FRP錨杆之後的第三代更優秀的水下巖土錨固工程的高耐久性錨杆。
背景技術：
錨杆，是巖土錨固工程的主要構件，通過將其錨入巖土中承受拉力來平衡巖土的滑動推力，從而提高巖土的自穩能力。錨杆的這種結構作用及其巖土邊界條件，要求錨杆不僅應具備高強度、低鬆弛的結構功能，而且還應具備高耐久性結構功能。目前巖土錨固工程常用的錨杆，主要有鋼錨杆和FRP錨杆兩類。其中，鋼錨杆的普通鋼筋錨杆和鋼絞線錨杆，雖都具備高強度和低鬆弛結構功能，但因巖土中的腐蝕介質和水的電化學作用易使其鏽蝕，故不具備高耐久性結構功能；鋼錨杆中的不鏽鋼錨杆、環氧塗層鋼筋錨杆和精軋螺紋鋼筋錨杆，雖然耐久性較普通鋼筋錨杆有所提高，但因不鏽鋼錨杆造價較貴和環氧塗層鋼筋錨杆的塗層易施工損傷而使防護失效，都限制了其工程應用，僅精軋螺紋鋼筋錨杆因其造價適中和耐久性稍優於普通鋼筋錨杆，故勉為其難地成為目前水下巖土錨固工程的主打錨杆。FRP錨杆中的CFRP (碳纖維增強複合材料)錨杆，是同時具備高強度、低鬆弛和高耐久性結構功能的錨杆，但因其造價昂貴而很難用於實際工程；FRP錨杆中的AFRP (芳綸纖維增強複合材料)錨杆和GFRP (玻璃纖維增強複合材料)錨杆，雖也具備高強度和高耐久性結構功能，但因二者彈性模量較低(拉伸彈性模量約10 50GPa)，徐變較大(徐變須2年以上才趨於穩定)，故不具備低鬆弛結構功能，並且AFRP錨杆的工程造價較貴，也不具備工程應用的經濟條件，僅GFRP錨杆因其工程造價與精軋螺紋錨杆相當，故勉強可用於結構耐久性要求較高但結構錨固力不太大的水下巖土錨固工程。本發明創造應用複合材料結構的 「複合」思想，在普通螺紋鋼筋外圍新創一種GFRP防護外殼而複合構成FRP-鋼筋錨杆，利用兩種材料之長，使FRP-鋼筋錨杆同時具備高強度、低鬆弛、高耐久性優良結構功能，並且工程造價與精軋螺紋鋼筋錨杆相當，從而為水下巖土錨固工程推出一種技術、經濟性能優於精軋螺紋鋼筋錨杆和FRP錨杆的更新換代錨杆。
發明內容
本發明創造的目的，是為水下巖土錨固工程提供一種既具備「高強度、低鬆弛、高耐久性」結構功能，又具有鋼筋錨杆相同施工技術和相當工程造價的高品質FRP-鋼筋錨杆， 提升水下巖土錨固工程的技術水平和安全效果。本發明創造的技術方案，是在除鏽達標和清潔乾淨的普通螺紋鋼筋上由內向外分層成型FRP找平層、FRP防護結構層和石英砂糙面層構成FRP-鋼筋錨杆的FRP防護外殼， 為鋼筋構成一道堅固、長效的絕緣、防水、防腐保護層，並與鋼筋連成粘接牢固、變形協調、 共同工作的結構整體。FRP防護外殼的FRP找平層，由玻璃纖維無捻粗砂等長纖維浸漬環
3氧樹脂或乙烯基酯樹脂或不飽和聚酯樹脂張緊狀態下沿鋼筋螺紋方向溼法連續纏繞成型在鋼筋螺紋溝槽內並填平溝槽構成。它也是FRP防護外殼與鋼筋錨杆的高強抗剪連接界面層。FRP防護外殼的FRP防護結構層，由無鹼玻璃纖維布或氈浸漬環氧樹脂或乙烯基酯樹脂或不飽和基酯樹脂張緊狀態下分次、分層、分正反螺旋方向、溼法連續纏繞包覆在成型好 FRP找平層的鋼筋錨杆表面構成。防護結構層厚度為1 3mm，纏繞層數術3層，每層布錯縫重疊搭接成型，後層布在前層布指觸凝膠後剷平毛刺、剔除氣泡並打磨平順和清潔乾淨後成型。FRP防護外殼的石英砂糙面層，是在溼法成型完畢但未凝膠的FRP防護結構層表面通過噴射法粘固粒徑為1 3mm，淨間距為1/2 3/2粒徑的乾燥石英砂或高密度、高硬度礫石並使其部分嵌入FRP防護結構層內構成的鉚釘式糙面層。它也是FRP-鋼筋錨杆與巖土中錨固體水泥砂漿的咬合式抗剪連接界面層。FRP-鋼筋錨杆，可為水下巖土錨固工程帶來如下有益效果1.錨杆的技術、經濟性能更優越FRP-鋼筋錨杆，綜合鋼筋錨杆高強度、低鬆弛、低造價和FRP錨杆高耐久性之長， 克服鋼筋錨杆耐久性差、GFRP錨杆、AFRP錨杆易鬆弛、CFRP錨杆、AFRP錨杆造價高之短，構成高強度、低鬆弛、高耐久性、造價適中的新型複合錨杆。GFRP防護外殼的高強低模特性，還保證其既不會先於鋼筋破壞而使防護失效，也不會對鋼筋變形構成約束而增加錨杆的附加內力。並且，FRP-鋼筋錨杆新增的雙界面增強構造，可增大錨杆自身的界面抗破壞能力及其與巖土中錨固體水泥砂漿的界面連接抗拔力。這不僅可使水下巖土錨固工程從此有了技術上更安全和經濟上更合理的更新換代錨杆，而且還使錨杆的使用壽命和水下巖土錨固工程的安全係數相對於普通鋼筋錨杆工程增大20%左右。2.錨杆的設計、施工難度不增加FRP-鋼筋錨杆，按鋼筋承擔複合錨杆的全部荷載、FRP外殼承擔複合錨杆的全部防腐保護的結構行為進行設計，故可採用傳統的鋼錨杆設計模式；錨杆在巖土自由段和錨固體中的施工與傳統的鋼錨杆完全相同，僅錨杆錨固端的錨固方式及其埋入支擋結構混凝土中與普通鋼筋的連接方式有所改變，但都很簡單，故FRP-鋼筋錨杆的設計、施工難度沒有增加，便於設計人員和施工人員選擇應用，從而利於水下巖土錨固工程採用這種技術、經濟性能更優的新型錨杆。3.錨杆的應用前景更廣闊FRP-鋼筋錨杆的技術、經濟性能優越性和設計、施工操作簡單性，促使其工程應用領域不僅僅局限於水下巖土錨固工程，還將擴大到公路、鐵路、房建工程含水量高和存在腐蝕介質的邊坡治理工程、隧道、礦井透水襯砌錨固支護工程及沼澤、淤泥地基等軟地基加固工程等土木工程各個領域，不僅帶來水下巖土錨固工程的工程質量提升和工程效益增加， 而且將推動我國支擋、錨固工程建設的技術進步和安全水平升級。
權利要求
1.一種全新的水下巖土錨固工程的高耐久性FRP-鋼筋錨杆。其特徵在於該錨杆由普通鋼筋錨杆與新創的FRP防護外殼複合構成。
2.如權利要求1所述的FRP-鋼筋錨杆，其特徵在於FRP防護外殼，由FRP找平層、FRP 防護結構層和石英砂糙面層組成。這三層相互之間密實結合構成鋼筋的絕緣、防水、防腐保護層並與鋼筋連成粘接牢固、變形協調、共同工作的結構整體。
3.如權利要求1所述的FRP-鋼筋錨杆，其特徵在於FRP防護外殼的FRP找平層，由玻璃纖維無捻粗砂等長纖維浸漬環氧樹脂或乙烯基酯樹脂或不飽和聚酯樹脂張緊狀態下沿鋼筋螺紋方向溼法連續纏繞成型在除鏽、清潔好的螺紋鋼筋溝槽內並填平溝槽構成。它也是FRP防護外殼與鋼筋錨杆的高強抗剪連接界面層。
4.如權利要求1所述的FRP-鋼筋錨杆，其特徵在於FRP防護外殼的FRP防護結構層， 由無鹼玻璃纖維布或氈浸漬環氧樹脂或乙烯基酯樹脂或不飽和聚酯樹脂張緊狀態下分次、 分層、分正反螺旋方向、溼法連續纏繞包覆在成型好FRP找平層的鋼筋錨杆表面構成，防護結構層厚度為1 3mm，纏繞層數術3層，每層布錯縫重疊搭接成型，後層布在前層布指觸凝膠後剷平毛刺、剔除氣泡並打磨平順和清潔乾淨後成型。
5.如權利要求1所述的FRP-鋼筋錨杆，其特徵在於FRP防護外殼的石英砂糙面層，是在溼法成型完畢但未凝膠的FRP防護結構層表面通過噴射法粘固粒徑為1 3mm、淨間距為1/2 3/2粒徑的乾燥石英砂或其它高密度、高硬度礫石並使其部分嵌入FRP防護結構層內構成的鉚釘式糙面層。它也是FRP-鋼筋錨杆與巖土中錨固體水泥砂漿的咬合式抗剪連接界面層。
全文摘要
一種新創的FRP防護外殼與常規的鋼筋錨杆複合構成的FRP-鋼筋錨杆，是繼鋼錨杆、FRP錨杆之後的第三代更優秀的水下巖土錨固工程的高耐久性錨杆。其特徵在於FRP-鋼筋錨杆的FRP防護外殼，由FRP找平層、FRP防護結構層和石英砂糙面層分層層合構成，並與鋼筋連成粘接牢固、變形協調、共同工作的結構整體。它集鋼筋和FRP兩種材料之長，保留了普通鋼錨杆的「高強度、低鬆弛、低造價」優勢，增加了錨杆的高耐久性結構功能，可為水下巖土錨固工程提供一種技術上更先進和經濟上更合理的更新換代錨杆。這不僅可使錨杆的使用壽命和水下巖土錨固工程的安全係數相對於普通鋼筋錨杆工程增大20％左右，而且設計、施工難度不增加，從而將大幅提升水下巖土錨固工程的建設質量和建設效益。
文檔編號B32B17/04GK102220872SQ2010101698
公開日2011年10月19日 申請日期2010年4月19日 優先權日2010年4月19日
發明者張錫祥 申請人:張錫祥