用于治理滑坡地質(zhì)災(zāi)害的錨固材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種錨固材料，具體涉及一種用于治理滑坡地質(zhì)災(zāi)害的錨固材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前我國(guó)由自然因素、人類活動(dòng)原因引起的滑坡地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題己相當(dāng)嚴(yán)重。全國(guó)每年發(fā)生大型滑坡地質(zhì)災(zāi)害數(shù)千起，造成經(jīng)濟(jì)損失多達(dá)數(shù)萬(wàn)億元，人員傷亡數(shù)以萬(wàn)計(jì)。其中影響最為嚴(yán)重的地區(qū)主要分布在我國(guó)山區(qū)省份，如廣西、云南、貴州、四川、甘肅等地?；碌刭|(zhì)災(zāi)害的突發(fā)性不僅造成建筑物、道路等構(gòu)筑物的損害，嚴(yán)重威脅到居民的生命、財(cái)產(chǎn)安全，而且對(duì)生態(tài)環(huán)境也造成巨大的破壞。
[0003]傳統(tǒng)的滑坡地質(zhì)災(zāi)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(guò)減小滑坡體的下滑力，或增強(qiáng)滑體的錨固力使其穩(wěn)定性，從而控制坡體穩(wěn)定，減輕其危害。在綜合防治滑坡地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，錨固控制滑體的下滑力是治理技術(shù)的關(guān)鍵，對(duì)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(shí)，處理方法一般采用消坡的方法可以滿足坡體自穩(wěn)的要求。上述方法一般適用于工程量較小、施工場(chǎng)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(hù)措施即可確保坡體的穩(wěn)定，消除滑坡帶來(lái)的危害。但是，當(dāng)滑坡體的厚度大于5m、高度大于大于8m時(shí)，切坡卸荷工程量過(guò)大，已不能滿足經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)、穩(wěn)定性最高的要求，這類滑坡通常要采用錨固法進(jìn)行治理。
[0004]錨固材料在治理滑坡的穩(wěn)定中具有至關(guān)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(duì)地表原始地貌景觀、生態(tài)環(huán)境的破壞，又能夠消除安全隱患、節(jié)省工程材料、安全環(huán)保，錨固法治理已得到了地質(zhì)災(zāi)害防治領(lǐng)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(qiáng)度，并將碳纖維分為標(biāo)準(zhǔn)模量通用型(如T300級(jí))、標(biāo)準(zhǔn)模量高強(qiáng)型(如T700級(jí))、高強(qiáng)中模型(如T800級(jí))和高模量碳纖維，其中通用型(如T300級(jí))碳纖維材料已經(jīng)廣泛使用，另外標(biāo)準(zhǔn)模量高強(qiáng)型T700級(jí)或高強(qiáng)中模型T800級(jí)碳纖維仍處于工程化研制階段。工程應(yīng)用結(jié)果表明，通用型T300級(jí)碳纖維材料的有著良好的抗拉與抗扭等力學(xué)性能，但剛度偏大，容易脆裂。不能夠滿足抗拉工程應(yīng)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(guò)碳纖維強(qiáng)度試驗(yàn)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(qiáng)度變化，且剛度不能直接作為工程建筑材料使用，需要進(jìn)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(chǔ)原料，將延伸率達(dá)39的奧氏體鋼制成錨桿，樹(shù)脂作為錨固劑制取錨固材料，其強(qiáng)度和穩(wěn)定性都較好，但在樹(shù)脂凝膠結(jié)構(gòu)透水性較好，很容易造成鋼筋的銹蝕，導(dǎo)致錨固材料的強(qiáng)度降低，穩(wěn)定性變差，引發(fā)二次災(zāi)害。HunK(New Development in Rockboting.ColIiery Guardan.1994,242:133-138.)在含銀、絡(luò)、鉬等高合金鋼中發(fā)現(xiàn)IRIP效應(yīng)，可以同時(shí)獲得高的強(qiáng)度和塑性。但是這種鋼要求20?26%的鎳、鉻含量，價(jià)格昂貴，且工藝復(fù)雜而未能推廣應(yīng)用。另外傳統(tǒng)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(chǎn)生應(yīng)力松弛現(xiàn)象，穩(wěn)定性較差，且錨固材料在制備與施工過(guò)程中工藝復(fù)雜，施工難度大;錨固材料在與坡面巖土體的作用的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生銹蝕、松弛現(xiàn)象，使治理效果并不能得到有效保證。
[0005]綜上所述，現(xiàn)有的滑坡地質(zhì)災(zāi)害的錨固材料存在成本高、質(zhì)量大、強(qiáng)度低、粘結(jié)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(yīng)用。如何開(kāi)發(fā)切實(shí)可行的滑坡地質(zhì)災(zāi)害錨固材料己經(jīng)成為未來(lái)亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種成本低、輕質(zhì)高強(qiáng)且耐腐蝕的用于治理滑坡地質(zhì)災(zāi)害的錨固材料及其制備方法。
[0007]本發(fā)明所述的用于治理滑坡地質(zhì)災(zāi)害的錨固材料，包括碳絲維復(fù)合材料和鋼筋材料，其中:
[0008]所述碳絲維復(fù)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(fù)合材料和鋼筋材料的重量配比為1:4.0?6.0。
[0010]上述技術(shù)方案中，所述的鋼筋材料為熱乳帶肋鋼筋，具體可以是牌號(hào)為HRB235、HRB335、HRB400或HRB500等牌號(hào)的熱乳帶肋鋼筋。所述鋼筋材料的大小可根據(jù)需要進(jìn)行確定，通常選用外徑為Φ 16?22mm的鋼筋材料。
[0011 ] 上述技術(shù)方案中，當(dāng)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(shí)，所述的錨固材料具有更為優(yōu)良的抗拉、抗扭、抗彎曲等力學(xué)性能。
[0012]為了進(jìn)一步提高所得錨固材料的各項(xiàng)性能，優(yōu)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(yōu)選為1:4.0?5.0;所述碳絲維復(fù)合材料和鋼筋材料的重量配比優(yōu)選為1:4.5?6.0，更優(yōu)選為1:4.5?5.5。
[0013]上述用于治理滑坡地質(zhì)災(zāi)害的錨固材料還包括一些現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的組分，如固化劑、促進(jìn)劑和錨固劑等。所述的固化劑、促進(jìn)劑和錨固劑的用量及選擇均與現(xiàn)有技術(shù)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?jī)?yōu)選為錨固材料總重量的0.02?0.05 %。
[0015]所述的促進(jìn)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(jìn)劑的用量?jī)?yōu)選為錨固材料總重量的0.01?0.03 %。
[0016]所述的錨固劑優(yōu)選為抗水型樹(shù)脂錨固劑，具體可以是選自型號(hào)為Z2335、Z3530、Z3537、Z2835和Z2850的樹(shù)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(zé)任公司)，所述錨固劑的用量?jī)?yōu)選為錨固材料總重量的0.02?0.05%。
[0017]本發(fā)明所述的用于治理滑坡地質(zhì)災(zāi)害的錨固材料可以按現(xiàn)有常規(guī)方法進(jìn)行制備，優(yōu)選按下述方法進(jìn)行制備:
[0018]I)對(duì)碳絲維復(fù)合材料施加初始張拉應(yīng)力，之后在其表面沉積防氧化涂層，可以得到無(wú)裂紋涂層的碳絲維復(fù)合材料；
[0019]2)卸除鋼筋材料的初始張拉應(yīng)力，在其表層鍍上促進(jìn)劑，得到預(yù)應(yīng)力鋼筋材料；
[0020]3)在大于或等于形成無(wú)裂紋涂層的碳絲維復(fù)合材料的裂紋涂層生成溫度的條件下，將所得無(wú)裂紋涂層的碳絲維復(fù)合材料與預(yù)應(yīng)力鋼筋材料進(jìn)行捻股組合，得到原始碳絲維錨桿復(fù)合材料；
[0021]4)對(duì)所得原始碳絲維錨桿復(fù)合材料再次張拉，待其初始張拉應(yīng)力卸除后，降溫，對(duì)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(duì)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(zhì)災(zāi)害的錨固材料。
[0023]上述方法的步驟I)中，對(duì)構(gòu)成碳絲維復(fù)合材料連續(xù)的單根纖維或纖維束施加的初始張拉應(yīng)力通常為1000?3500MPa，張拉時(shí)間通常為40?90分鐘，然后再采用現(xiàn)有常規(guī)方法(如化學(xué)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(yīng)力(通常為300?600MPa)的情況下卸除螺紋鋼筋初始張拉應(yīng)力，時(shí)間通常為40?90分鐘，然后再在其表層以現(xiàn)有常規(guī)方法鍍上促進(jìn)劑，以消除熱膨脹不匹配導(dǎo)致的熱應(yīng)力裂紋，切斷氧化介質(zhì)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(wú)