摘要：針對深部巷道普通金屬錨桿容易腐蝕的問題，提出金屬錨桿防腐蝕的措施，以及對新型材料玻璃纖維錨桿的各項力學性能及防腐效果進行研究測試，并與傳統(tǒng)錨桿進行比較，對玻璃鋼錨桿的工程適用性進行探究。
1引言
錨桿支護是各種地下工程、隧道工程和采礦工程中巖土體加固的一種安全有效并且經(jīng)濟的方法之一。錨桿從根本上改變了支護狀況，保證了安全生產(chǎn)，節(jié)約材料，降低成本。理論研究及工程實踐表明錨桿支護可用于絕大多數(shù)地質(zhì)條件中，作為一種積極主動的支護方式在如今工程施工中已經(jīng)被廣泛采用。傳統(tǒng)的錨桿材料一般為金屬材料，然而在深部巷道極其復雜的環(huán)境中，高溫、潮濕及酸堿性各種因素不利于金屬錨桿的長期穩(wěn)定，將導致錨桿腐蝕，強度降低，甚至圍巖失穩(wěn)引發(fā)安全事故。在使用過程中巖土錨桿破壞的現(xiàn)象時有發(fā)生，例如法國朱克斯壩有幾根承載力為1300KN的錨桿預應力鋼絲僅使用幾個月就發(fā)生斷裂；英國泰晤士河畔的一個碼頭采用預應力錨桿背拉的鋼板樁工程使用21年后發(fā)生錨桿斷裂導致鋼板樁向外傾斜30m的嚴重事故；我國安徽梅山水庫的預應力錨桿使用8年后發(fā)現(xiàn)3個孔內(nèi)的部分鋼絲斷裂［1］。這些巖土錨桿斷裂的主要原因是地下水的腐蝕作用以及施工過程對它采取的防腐措施不當造成的。為了保證錨桿長期發(fā)揮穩(wěn)定的支護作用，必須研究巷道中的錨桿防腐技術以及引入替代材料。
2金屬錨桿防腐措施
錨桿桿體或預應力筋的腐蝕是一種電解現(xiàn)象。鋼材發(fā)生腐蝕，應在其陰極和陽極同時發(fā)生反應。引起這種反應的力就是在兩極區(qū)的電位差。下列條件會導致金屬出現(xiàn)電位差：
?。?)如果兩種金屬以化學方式接觸，那么電化學電池因各個金屬的電位上的差值而形成，組成一個電化學原電池?；钚圆畹慕饘倨痍帢O作用，另一個起陽極作用。
?。?)金屬表面存在不均勻的地方，例如成分變化的局部區(qū)域，產(chǎn)生了不同電位差，于是就可能形成微型原電池。
?。?)金屬表面形成一層防護氧化膜的地方，在防護膜間斷處也可能出現(xiàn)原電池［2］。金屬錨桿腐蝕性與土壤的電阻率、氧化還原勢、含水量、含鹽量、pH值、有機質(zhì)含量和氧氣的輸運量等諸多因素有關［3］，所以其防腐措施必須考慮多方面復雜因素。深部巷道中，由于地下水，地熱，各種氣體以及各種元素物質(zhì)的影響，通常溫度較高，濕度較大，酸堿性隨地質(zhì)環(huán)境因素較復雜，在布置錨桿時要考慮這些因素，綜合防治。通常，錨桿防腐有如下措施，可供工程時選擇采用。
2.1防腐涂料
在鋼筋表面加防腐涂層的辦法一般使用的涂料為：水泥酪素、水泥瀝青、水泥乳膠、水泥聚苯乙烯，石灰沙膠等，有的在涂料內(nèi)再加入亞硝酸鈉緩蝕劑，施工方法是把鋼筋浸在裝有涂料的專用設備內(nèi)。
外涂隔離層：如鋼結構中通常采用表面刷漆。
2.2電弧噴涂術
電弧噴涂技術可應用于防腐、耐磨、裝修及形成特殊功能涂層等領域，尤其在防腐領域，電弧噴涂是最有效、最經(jīng)濟的長效防腐技術。電弧噴涂長效防腐技術是使兩根帶電的金屬絲點弧熔融，被壓縮空氣噴吹、霧化、噴涂至經(jīng)處理的基體表面，并形成結合良好、致密的金屬涂層，然后用封閉劑對金屬涂層表面進行封閉，再涂裝優(yōu)質(zhì)面漆，最終形成長效防腐復合涂層。
2.3阻銹劑防腐
將阻銹劑摻加到混凝土中或者噴涂于鋼筋外表面，阻銹劑到達鋼筋表面后即與鋼筋反應形成類似鐵銹的化學膜，通過這層化學膜阻止空氣與水和錨桿直接接觸，從而防止銹蝕。
3玻璃纖維錨桿
玻璃纖通過維注漿錨桿的主要組成為玻璃纖維增強聚合物，材料的性能取決于纖維和聚合物的類型及橫斷面形狀等，所以玻璃纖維材料的性能具有靈活多變的特點，能適合不同工程的特殊要求。
3.1玻璃纖維錨桿力學性能試驗
玻璃纖維桿具有較大的抗拉強度，試驗參考了美國ACI440.3R－04【3】中的相關試驗方法。
試驗方法：取長度50cm，直徑Φ20mm，江蘇寶鼎支護科技有限公司生產(chǎn)的全螺紋式樹脂玻璃纖維增強錨桿，在符合國家檢測標準的萬能材料試驗機（CSS－WAW500DL）上進行，并且記錄桿體破壞時的抗拉強度。試驗結果見圖1。試驗測得玻璃纖維錨桿破壞時承受的拉力為64.794kN。
所以其抗拉強度為：
由測出的時間—試驗力曲線和計算結果可知，玻璃鋼錨桿具有較大的抗拉強度，能滿足一般深部巷道支護的要求。
在巷道開挖過程中，及時檢測圍巖壓力，當玻璃纖維錨桿滿足圍巖壓力的要求時可考慮選用，不僅無銹蝕的后顧之憂，而且施工簡便，節(jié)約成本。具體確定方法為采用收斂限制法原理通過對圍巖和錨桿的各力學性質(zhì)進行考察，符合條件即可采用。
縱坐標表示結構承受的地層壓力，橫坐標表示洞周的徑向位移。其值一般都以拱頂為準測讀計算，曲線①為地層收斂線，曲線②為支護特征線。兩條曲線的交點的縱坐標（Pe）即為作用在支護結構上的最終地層壓力，橫坐標（ue）則為襯砌變形的最終位移。因洞室開挖后一般需隔開一段時間后才施筑襯砌，以u0值表示洞周地層在襯砌修筑前已經(jīng)發(fā)生的初始自由變形值。
3.2玻璃鋼錨桿的防腐性能
玻璃鋼襯里從基層角度來分，可分為鋼基層襯玻璃鋼和混凝土襯玻璃鋼，這兩種玻璃鋼對基層的要求、膠結料配方、施工方法、施工間隔、玻璃鋼結構、及養(yǎng)護都有所不同。高性能玻璃鋼使用復合樹脂原理、新型固化劑、新型防銹顏料、無溶劑配方工藝、硅烷偶聯(lián)劑等技術，使該產(chǎn)品在防腐性能上有很大優(yōu)勢。依據(jù)復合樹脂原理，兩種樹脂混合其成品性能將互為改性。環(huán)氧樹脂特點為：耐100℃以下的稀酸、稀堿和多數(shù)溶劑，具有優(yōu)越的粘結性和良好的強度；呋喃樹脂特點為：耐160℃以下的大多數(shù)強酸、強堿和溶劑，但性脆。而呋喃胺樹脂是呋喃樹脂與胺類固化劑反應的產(chǎn)物，其分子結構中含有多個呋喃環(huán)，且含有伯胺、仲胺等基團，可與環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基開環(huán)反應，相互交聯(lián)成網(wǎng)狀結構的不溶不熔產(chǎn)物，又是環(huán)氧樹脂的改性劑和固化劑。用環(huán)氧樹脂和呋喃樹脂共聚合，產(chǎn)物兼有環(huán)氧、呋喃樹脂之優(yōu)點。所以環(huán)氧呋喃胺玻璃鋼，能耐140℃以下的大多數(shù)中強酸堿和溶劑，同時具有優(yōu)越的粘結性和良好的強度，而互穿網(wǎng)絡可提供優(yōu)良的韌性，所以整體性能有極大的提高。在深部巷道極其復雜的環(huán)境下，尤其是在含有甲烷、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、硫酸鹽、二氧化硫、氯離子等化學物質(zhì)的煤礦中更顯示出其優(yōu)勢，具有廣闊的應用前景。
4結論
玻璃纖維錨桿是由高性能樹脂與高強度玻璃纖維，輔以多種添加劑，再經(jīng)特殊工藝加工而成的復合材料。因其材質(zhì)特殊，適用于大多數(shù)巷道施工，繼而將逐步取代傳統(tǒng)鋼錨桿。也被稱之為玻璃纖維錨桿或玻璃鋼錨桿。未來地下工程施工支護中，金屬錨桿的防腐蝕仍然是重點需要解決的問題，新型材料錨桿有著廣闊的發(fā)展前景。然而在具體的實施過程中仍然要從實際出發(fā)，綜合考慮地質(zhì)與水文情況、巖體結構、巖石強度、施工方法、工程投資等因素，選用合適的錨桿，有效發(fā)揮錨桿、圍巖共同作用，滿足工程要求。
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