2.2 纤维增强塑料筋锚杆 %]d^B |
近年来，在欧洲、北美、日本等发达国家，开始 h}.0Ne
用纤维增强塑料筋取代建筑钢筋，试图从根本上解 W)o-aX!P
决由钢筋腐蚀所引起的土木工程的耐久性问题。以 &EZ28k"x
英国为首的欧洲诸国于1996 年成立了研究纤维增 P oC*>R8
强塑料筋的联合攻关组织，同时设立了研究该材料 /SSl $
的重大欧共体合作研究项目(简称EUROCRETE)， i |cSO2O+
并投入了雄厚的人力、物力。该项目的目的是研制 _8t{4C
适宜的纤维增强塑料筋以及制定相应的纤维增强塑 N 9_9{M{
料筋用于土木工程的试验方法标准和设计施工规 Ktg 6 *L/
程。在北美，加拿大在1995 年成立了专门研究纤维 %WdA I,
增强塑料筋的专家委员会(简称ISIS)。1997 和1998 <^OGJ}G
年加拿大政府投入3 000 多万加元用于开发新型的 $7,n8ddRy
纤维增强塑料筋及其用于混凝土结构、地下工程、 v cq L
锚固工程以及桥梁工程的研究。美国也成立了相应 5q@o,d
的专业委员会(ACI Committee 440)，目前正在编制 jR*1%.Ng
纤维增强塑料筋及其混凝土结构的试验方法标准和 ` [[
A 7
设计施工规程。日本的研究集中在纤维增强塑料 9CW .xX8
筋、板及网产品的研制、试验方法以及应用于混凝 c!E+&5|n
土构件、地下工程的设计方法等，在此基础上，1997 ,f4Hl%T;
年日本的JSCE 提出了连续纤维材料(筋、薄板和网) V&[|%jm&
增强混凝土结构的设计和施工建议。在我国，纤维 =p ^Sn,t
增强塑料筋及其应用研究正在起步。 -S Z^;t
纤维增强塑料筋锚杆是以纤维增强塑料筋为拉 e ~jp< 4
杆、以与纤维增强塑料筋受力特性相适应的粘结型 *S`&
X Pj
传力锚具为锚头的一种新型锚杆，这种锚杆的拉杆 lfb]xu ]O
以纤维为增强材料，以合成树脂为基体材料，并掺 b1E>LrL
入适量辅助剂(如交联单体、引发剂、促进剂、蚀变 `nn;E% n
剂、阻燃剂、阴聚剂、填料、颜料等)，经拉挤成型 *=)%T(^
和必要的表面处理形成的一种新型复合材料。它具 -k")#1
有优良的抗腐蚀性能，耐久性好；抗拉强度高(等于 ,C!MHn^$
甚至高于预应力钢筋)；自重轻，只有预应力钢筋的 A03,X;S+
15%～20%；低松弛性，荷载损失较小；抗疲劳特 s:,BcVLx^
性优良；对电磁场不敏感。由于岩土锚杆是一轴向 x>7}>Y*(
受拉杆件，因此，纤维增强塑料筋作为拉杆，其高 /zM
轴向抗拉强度可以得到较充分发挥，高抗腐蚀能力 =[3I#s?V
使锚杆更耐久，并且不需做防腐处理，也使其制造 *b ~$|H-\
更为简单。放置纤维增强塑料筋锚杆只需较小的孔 r C$ckug
径就足够了，这就节省了制造和钻孔的费用，且运 e*=N \$
输、加工、安装变得更容易、更高效，特别在进出 {
+MqXeq
场地受到限制的工程中，象水坝和地基的施工，这 NkA |T1w7
种优势更加突出。纤维增强塑料筋的抗电磁特性可 %E,s*=j
使其应用在一些特殊的场合，如电厂、电气化路轨 V] <J^m8
等附近有散乱电流的地方。与钢筋相比，纤维增强 ,\xeNUZd
塑料筋的弹性模量较低，这能使因徐变和锚固系统 |-=^5q5
及地层的松弛引起的荷载损失降低。因此，用纤维 yLG` tU1
增强塑料筋制作锚杆代替钢锚杆具有不需要防腐保 P]1`=-
护，结构简单，重量轻，易于制造、运输和安装， L-",.U*;
预应力损失小等优点。 ?HAWw'QW
3 纤维增强塑料筋拉杆的组成与生产 h {qB \aK
工艺 JM@MNS_||(
在纤维增强塑料筋拉杆中使用的纤维有有机纤 e\tcP
维和无机纤维两种，它们的抗拉强度和弹性模量都 Nq Ve{+1x
较基体高，是纤维塑料筋中的承载成份。基体是粘 !Zlvz%X
结成份，用来把纤维粘结约束在一起，也起保护纤 9^x'x@6
维、维持纤维塑料筋尺寸稳定的作用。在纤维增强 t@. M;b8
塑料筋中，常用的纤维有玻璃(Glass)纤维、聚芳基 /5EM;Mx
酰胺(Aramid)纤维、碳(Carbon)纤维；常用的基体材 ]t(;bD hT
料有不饱和聚酯树酯、环氧树脂、乙烯基酯树脂。 FlgK:=Fmj
由于所用纤维和基体的材料性能、纤维含量、纤维 r^q@rL>
断面和表面构造的不同，纤维增强塑料筋有不同的 `gSqwN<x%
物理力学性能。纤维增强塑料筋的类型包括编织型、 c5nl!0XX
绳索型、拉挤型等。编织型是利用编织机将纤维束 7J.alV4`/
浸胶后编织成辫子状经固化而成；绳索型纤维增强 h1q ?kA
塑料索是将纤维束浸胶，经制绳工艺制成绳索状固 BbnY9"
化而成；拉挤型是将纤维束浸胶后通过热成型模在 L1
O\PEeT
一定张力下拉挤成型，具有作业速度快、质量控制 s^)wh v`C
好、生产成本低等特点，是制造建筑工业用纤维增 H<Ed"-n$I<
强塑料材料的普遍方法，欧美等国大多数公司都用 2y`rS
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这种方法生产纤维增强塑料筋。 xOp 8[6Ga'
实现拉挤成型(Pultrusion)工艺的设备是拉挤 ok iI:
机，主要由送纱装置、浸渍装置、成型模具和固化 Xq` '^)
装置、牵引装置、切割装置等5 部分组成，对应的 *&^`Uk,[
工艺过程分别是排纱、浸渍、成型与固化、牵引、 XSkx<"U*
切割。其工艺特点是连续纤维浸渍树脂后，通过具 ?1JS*LQ$
有一定截面形状的模具成型并固化，即纤维粗纱在 s: ~3|D][
传递系统的牵引下通过含有树脂基体、催化剂(或硬 H3nx8R$j](
化剂)和其他添加剂的浸胶槽并在其中浸润，当浸润 R*VJe+5w
过的粗纱进入长度一般为0.9～1.3 m的模具时，多 a}c .] zm]
余的树脂被排出并返回浸胶槽。该工艺加工的制品 &Vd,{JU
的横断面一定，长度可由建造和运输要求控制。拉 E}00y% @*J
挤成型制品包括各种棒材、板材、空心管材或型材。 +Gg6h =u
在混凝土结构中，用于代替钢筋增强混凝土的纤维 Kp!sn ,:
增强塑料筋材有玻璃纤维增强塑料筋、碳纤维增强 y?z Nxk/p
塑料筋和芳纶纤维增强塑料筋。代替钢板加固混凝 oEG e y8?
土结构的纤维增强塑料板材是由纤维拉挤成型工艺4 纤维增强塑料筋锚杆锚具的设计 L*"Q5NzB]
实际岩土工程中的锚杆除了传递拉力外，还承 g#2Q1t,~U
受横向压力、面内剪力。与钢锚杆相比，这种多轴 37Q9goMov
应力状态对纤维增强塑料筋锚杆更加重要，这是因 W4Tuc:X5
为纤维增强塑料筋锚杆对压力、剪力及筋表面的变 OjcxD5"v9
形(如压痕、凸肋、螺纹等)效应更加敏感。纤维增 t6W$t
强塑料筋锚杆的抗压强度及层间剪切强度与其抗拉 0 V }knR.l
强度之比很低，对现有的锚固技术来说，这是对纤 6p=AzojoB
维增强塑料筋锚杆应用于岩土工程的极大挑战。传 YQ :F Bj
统的钢筋锚固系统设计(如钢楔块锚固系统)，对纤 _
)b:F=4j
维增强塑料筋锚杆锚固系统来说，并不能确保荷载 `
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的有效传递，且有可能因为纤维增强塑料筋拉杆的 @rB!47!
横向剪切性能差而在锚固系统区域过早地失效。因 :U$< h
此，纤维增强塑料筋锚杆的设计还必须设计出适用 "d^h Y}Xx
于纤维增强塑料筋锚杆特点的锚固系统(见图1)， nB[Aw7^|A
包括锚头的粘结型传力锚具和锚具与纤维增强塑料 Tky\W%Ag
筋粘结的粘结剂。 Xb@lKX5Re
衡量锚固系统有效性的指标为其效率比，即纤 F]:@?}8R
维增强塑料筋锚固系统的抗拉强度与纤维增强塑料 >j%HVRW
筋抗拉强度的比值。无论选择哪种类型的锚固系 y 4j0nF
统，纤维增强塑料筋锚固系统必须满足下列要求： /=).)<&|R
(1) 不影响纤维增强塑料筋的短期抗拉强度和 .BuXg<`
疲劳强度； xxpvVb)mF
(2) 长期荷载下纤维增强塑料筋锚固系统的 1\X1G>60m
断裂强度不应比纤维增强塑料筋断裂强度低太多； Yg3Vj=
(3) 在使用期内，静力与动力的波动不应减小 =$` EB
纤维增强塑料筋的残余抗拉强度； s G!SSRL@
(4) 环境因素不应较大降低纤维增强塑料筋的 &!x!j ,nT
强度。 N< }{oIsZ+
国外的研究结果表明[2]，纤维增强塑料筋锚杆 8!(4;fN$j.
最好采用粘结型锚具。根据荷载传递机理和纤维增 s,!+wHv _8
强塑料筋拉杆特点，在纤维增强塑料筋锚杆施工中 ROw9l!YF
常用的两种锚固系统为钢套粘结式和楔形粘结式， 5|. _K(M
见图2。其原理是纤维增强塑料筋拉杆通过粘结材料与钢套粘结成为一个整体，通过钢套再与紧固器 &-mPj82R
相连。钢套粘结式锚固系统常用于后张法预应力锚 S:"R/EE(
杆中。单根或多根纤维增强塑料筋平行或成圆锥形 X"0n*UTF,
用灰浆浇筑在钢套中。钢套的内表面成锯齿形以增 ~G+o;N,V
加粘结强度，其外表面成螺纹状以便于锁紧螺帽。 @doo2qqIe]
这种类型的锚固系统适合所有类型的纤维增强塑料 :OT~xU==H
筋。据报道，对CFCC 筋和Technora 筋锚杆，其锚 .'.#bH9K
固效率比可达100%。楔形粘结式锚固系统常用于 T:p,!?kc7
先张法锚杆。用环氧树脂将单根或多根纤维增强塑料筋浇筑在圆锥形钢套内，再用钢楔块握裹单个钢 zZ@]Kq;.s
套。荷载通过粘聚力和横向楔块压力传递。在施工 ?`#)JG,A7
中，楔形粘结式锚固系统适用于横向抗压强度和剪 #
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切强度较低的纤维增强塑料筋。利用这种锚固系统， r+r-[z D(
其锚固效率比可达97%。 A%qlB[!:
5 纤维增强塑料筋锚杆的工程应用 ky0Fm
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纤维增强塑料筋的形式有棒材、索、矩形板
