微膨胀地聚物砂浆锚杆锚固性能试验研究

发布时间：2020-03-31 18:22

【摘要】：注浆体是锚杆锚固体系实现锚固力传递的关键介质,常用的水泥砂浆注浆体易收缩、开裂,从而导致锚杆锈蚀或失效。此外,水泥生产被认为是温室效应及大气污染的一个重要致因。与水泥相比,地聚物绿色环保、干燥收缩小、耐酸碱腐蚀、碱性高,能对锚杆提供更好的防腐保护。本文通过试验探讨地聚物砂浆作为锚杆注浆料的可行性,论文的主要研究内容及成果如下:1、开展了地聚物砂浆、地聚物净浆、水泥砂浆的抗折、抗压强度试验和双面直剪试验,得到了这三种注浆材料的基本力学性能;在此基础上对28根注浆锚杆进行拉拔试验,考察了锚杆类型、锚杆间距、注浆体材料类型和锚固深度等因素对注浆锚杆锚固性能的影响。试验结果表明:(1)与抗压强度相近的普通水泥砂浆,或水胶比相同的地聚物净浆相比,地聚物砂浆与锚杆间的粘结强度更高。对于直径为16mm的带肋锚杆,8d(d为钢筋直径)的锚固深度可使地聚物砂浆锚杆和地聚物净浆锚杆受拉屈服,12d的锚固深度可使它们拉断;而采用水泥砂浆为注浆料时,10d的锚固深度才能使锚杆受拉屈服,12d的锚固深度不能保证钢筋被拉断。(2)当以地聚物砂浆为注浆料时,带肋锚杆的锚固深度建议取为12d及以上。2、对掺有不同膨胀剂含量(0%、7%、8%)的地聚物砂浆进行了抗压强度和竖向膨胀(收缩)率测试,并与水泥砂浆的试验结果进行对比;然后采用推出试验方法测试了注浆体与混凝土基体界面的粘结性能,并结合SEM微观测试技术研究了注浆体-混凝土基体的界面微观结构,得到以下结论:(1)掺入膨胀剂后,地聚物砂浆的早期强度发展速度减缓,但养护至90天时,抗压强度基本与未掺膨胀剂的地聚物砂浆接近;(2)未掺膨胀剂的地聚物砂浆收缩稳定所需的养护龄期及最终收缩量均小于水泥砂浆,而掺入膨胀剂的地聚物砂浆会产生适量的膨胀;(3)养护龄期为28天时,掺入了7%含量膨胀剂的地聚物砂浆与混凝土界面粘结强度是未掺无膨胀剂地聚物砂浆的1.3倍,是抗压强度相近的水泥砂浆的近2倍;(4)微膨胀地聚物砂浆与混凝土基体中的骨料、砂浆的结合面粘结良好,无明显裂缝和孔洞,而新注入的水泥砂浆与混凝土基体中的骨料、砂浆界面均存在着微裂缝。3、采用四种注浆材料(膨胀剂掺量为7%和8%的微膨胀地聚物砂浆、无膨胀剂地聚物砂浆、普通水泥砂浆)对50根锚杆进行注浆锚固,然后开展拉拔试验,以考察注浆体材料类型、锚杆类型、养护龄期、锚杆直径和锚固深度对锚杆锚固性能的影响,探讨锚杆轴向应力和注浆体-锚杆粘结应力沿锚固深度的分布规律,得到以下主要结论:(1)不论采用四种注浆料中的哪种,注浆锚杆发生粘结(拔出)破坏的破坏面均为锚杆-注浆体界面,而不是注浆体-混凝土基体界面;(2)水泥砂浆与带肋锚杆的粘结强度远低于与其抗压强度相近的微膨胀地聚物砂浆与锚杆的粘结强度;(3)沿锚固深度方向,锚杆的轴向应力逐渐减小,锚杆-注浆体界面的粘结应力先增大后减小;随着拉拔力增加,粘结应力峰值对应的深度位置下移;与具有相近抗压强度的水泥砂浆相比,微膨胀地聚物砂浆注浆体与锚杆的粘结应力峰值所对应的位置更浅。
【图文】：

（a）边坡工程中的砂浆-锚杆简图 （b）锚杆传力示意图图 1-1 锚杆传力示意图Fig.1-1 Load tranfer mechanism of the anchor2 粘结型锚杆粘结应力分布砂浆-锚杆、砂浆-基体之间的粘结性能对锚固系统的传力有重要影响。通锚固段界面的粘结应力是均匀分布的，用平均粘结应力作为界面的粘结情况与该假设有一定差别。为了研究锚固体系的传力机制，国内外学者内试验、现场试验和理论分析工作。Farmer[42]较早提出当锚杆所受荷载围内锚杆的轴向应力和锚杆-注浆体界面的粘结应力在加载端附近最大下以指数形式衰减，这个假设进一步通过试验进行了验证；Li[43]在 Fa论的基础上，，根据受力过程中锚固段锚杆与注浆体的脱粘情况，将粘结无粘结段、残余摩擦段、线性增长段和指数衰减段；朱焕春等[44]为了研

养护完成后采用直接双面剪切试验测试抗剪强度。2.2.2 试验方法及加载装置地聚物净浆、地聚物砂浆和水泥砂浆的抗折、抗压强度试验参照 GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO 法）》[81]进行，压力机采用量程为 200kN 的 UTM5205 型电子万能试验机，抗折和抗压强度试验均采用力控制，其中抗折强度试验的加载速率为50N/s，抗压强度试验的加载速度为 2500 N/s，加载装置见图 2-1（a）、（b），试件的抗折强度、抗压强度分别参照公式（2-1）和（2-2）进行计算。ff=1.5FfLb3（2-1）fc=Fcb2（2-2）式中：ff、fc分别为试件的抗折强度（MPa）、抗压强度（MPa）；Ff和 Fc分别为抗折强度测试和抗压强度测试的最大荷载（N）；b 是抗折/抗压试件横截面尺寸（40mm）。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU476

【参考文献】

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本文编号：2609414