CN108252730A - 一种自修复的注浆锚杆及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是为了解决现有技术中注浆体的后期修复以及加固技术存在的缺陷，提供了一种自修复的注浆锚杆及使用方法，属于地下工程和岩石边坡建筑材料技术领域。本发明的自修复的注浆锚杆，由管式灌浆锚杆和用于注入所述锚杆内部和锚杆外周的含有巴氏芽孢杆菌的注浆液组成。该锚杆主要是利用巴氏芽孢杆菌在新陈代谢过程中产生大量脲酶的生理特性，脲酶对环境中的尿素进行分解并生成CO3 2‑，不断缓慢沉积出CaCO3颗粒，最终达到修复混凝土裂缝的作用，从而延长锚杆的使用寿命和长期加固效果。
Description
技术领域
本发明属于地下工程和岩石边坡建筑材料技术领域，特别涉及一种自修复的注浆锚杆及使用方法。
背景技术
锚杆与混凝土注浆加固是目前地下工程和岩石边坡的主要支护形式之一，对岩体稳定性的维护起着重要的作用，尤其是在节理裂隙岩体中。近年来人们研发出了各种形式的锚杆，从材质到锚固形式都得到了不断的强化，使得锚杆加固技术得到了更广泛的应用。但是现在的锚杆改进大多都是基于锚杆自身材质结构以及混凝土成分的事前改进，很少有人会针对锚杆注浆后的后期维护以及后期加固进行改进，我们都知道锚杆与注浆体之间以及注浆体与地层结合处之间在受到围岩应力的作用下会不断产生裂隙，进而出现锚杆松动甚至脱落的情形；另外，混凝土材料由于在长期的使用过程中以及周围复杂环境的影响下，会不可避免地产生微小裂缝等局部损伤，这些问题在很大程度上都大大缩短了锚杆的使用寿命和长期加固效果，所以对于注浆体的后期修复以及加固是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中注浆体的后期修复以及加固技术存在的缺陷，提供了一种自修复的注浆锚杆及使用方法。该锚杆主要是利用巴氏芽孢杆菌在新陈代谢过程中产生大量脲酶的生理特性，脲酶对环境中的尿素进行分解并生成CO3 2-，不断缓慢沉积出CaCO3颗粒，最终达到修复混凝土裂缝的作用，从而延长锚杆的使用寿命和长期加固效果。
本发明的技术方案之一为，一种自修复的注浆锚杆，由管式灌浆锚杆和用于注入所述锚杆内部和锚杆与钻孔间的含有巴氏芽孢杆菌的注浆液组成；
其中，所述管式灌浆锚杆为两端开口的中空管式杆体，所述杆体一端为用于插入钻孔中的插入端，所述杆体另一端为用于注入所述注浆液的注入端，所述杆体的中空部分用于灌入所述注浆液，靠近所述插入端的杆体外壁固定有数个均匀分布的楔块，所述杆体注入端还设有套接在所述杆体上的方形垫板和用于密封所述杆体注入端的螺母；
所述注浆液由巴氏芽孢杆菌菌液、胶结液和混凝土组成。
进一步的，上述的注浆锚杆，所述楔块为非等腰直角三角形，较长的直角边固定于所述杆体外壁，较短的直角边与所述插入端在一个平面上。
进一步的，上述的注浆锚杆，所述注浆液中巴氏芽孢杆菌菌液、胶结液和混凝土的重量比为：60 : 5~8 : 200~240。
进一步的，上述的注浆锚杆，所述巴氏芽孢杆菌菌液浓度为1.0~3.0×1010个/mL。
进一步的，上述的注浆锚杆，所述胶结液为含有浓度0.06~0.10g/ml的尿素和浓度0.2~0.4mol/ml的CaCl2的水溶液。
进一步的，上述的注浆锚杆，所述混凝土的pH为11~12。
进一步的，所述注浆液的制备方法，包括如下步骤：
1）在摇床中繁殖巴氏芽孢杆菌，并通过离心得到巴氏芽孢杆菌菌液；
2）搅拌混凝土，并调配混凝土的pH范围为11~12；
3）按比例将巴氏芽孢杆菌菌液、胶结液和混凝土混合均匀，形成注浆液。
本发明的技术方案之二为，上述自修复的注浆锚杆的使用方法，具体为：
1）将中空的管式杆体插入事先打好的钻孔中，钻孔的最深处与注入端间有一定缝隙，并且钻孔内壁与杆体外壁间有一定的缝隙；
2）通过锚杆的注入端向中空的管式杆体中注浆，注浆液充满管式杆体内部，并在注入端处喷出并布满钻孔内壁，当注浆液流到钻孔外时，停止注浆，再将方形垫板套在管式杆体上，在钻孔口处压实，再将螺母封堵在注入端，等待注浆液冷却与围岩形成一个坚固的形成注浆液实体，对围岩产生一个整体的支护力；
3）当楔块与注浆液实体之间、注浆液实体与管式杆体之间产生裂缝时，通过裂缝渗入的空气和湿气使注浆液实体中均匀分布的好氧巴氏芽孢杆菌激活，巴氏芽孢杆菌利用胶结液中的尿素和CaCl2在裂缝中生成CaCO3晶体，填充并修复裂缝。
本发明自动修补裂缝的原理是：
锚杆在后期支护过程中，由于受到地应力的作用，三角形楔块与注浆液实体之间以及注浆液实体与管式杆体之间会不断产生裂缝，削弱锚杆的支护能力，渗入的空气和湿气使注浆液实体中均匀分布的好氧巴氏芽孢杆菌激活，新陈代谢变得旺盛起来，在这一过程中逐渐产生大量的脲酶，对环境中的尿素进行分解生成CO3 2-，在新陈代谢过程中产生大量脲酶，脲酶对环境中的尿素进行分解并生成CO3 2-，同时巴氏芽孢杆菌菌体细胞膜界面处带负电荷能够不断结合周围溶液中的Ca2+，形成CaCO3颗粒，通过在裂缝处不断缓慢沉积出的CaCO3颗粒，最终达到修复混凝土裂缝的作用，在这一过程中需要在环境中提供尿素和Ca2+溶液，以使巴氏芽孢杆菌产生足够的矿化碳酸钙进行有效的填充混凝土之间的裂缝，确保修复混凝土裂缝的效果，从而延长锚杆的使用寿命。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1、本锚杆采用中空杆体设计，与传统的实心杆体相比，不但可以获得更好的刚度和抗剪强度，而且可以更加方便的灌注水泥浆液；本锚杆的锚固段采用长三角形楔块均匀四周分布，有助于锚杆在注浆后获得更大的锚固力，增加了锚杆的锚固效果。
2、本锚杆提出的是一种全新的概念，可以在锚杆注浆液实体后期的使用过程中自动修复裂缝，避免了裂缝的进一步扩大和裂缝之间的相互连接，使得混凝土岩体更好的保持了一个完整的岩体，减少了锚杆的移动和脱落的情形，增加了锚杆对岩体的锚固时间，延长了锚杆的使用寿命和长期加固效果。
附图说明
图1、实施例1中的注浆锚杆结构示意图；
图2、实施例1中的楔块与管式杆体连接示意图；
1、管式杆体，2、插入端，3、注入端，4、注浆液，5、楔块，6、方形垫板，7、螺母，8、围岩。
具体实施方式
一种自修复的注浆锚杆，下面结合附图进一步说明具体实施方式，虽然将结合实施例描述本发明，但应当理解该描述并非要把本发明限制于该示范例中，相反，本发明将不仅覆盖该示范例，而且还覆盖各种替换的、改变的、等效的和其他实施例，其可包含在所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内。
实施例1
一种自修复的注浆锚杆，由管式灌浆锚杆和用于注入所述锚杆内部的含有科氏芽孢杆菌的注浆液组成；
其中，所述管式灌浆锚杆为两端开口的中空的管式杆体1，所述杆体一端为用于插入围岩8钻孔中的插入端2，所述杆体另一端为用于注入所述注浆液的注入端3，所述杆体的中空部分用于灌入所述注浆液4，所述杆体外壁、靠近插入端固定有数个均匀分布的楔块5，所述楔块5为非等腰直角三角形，较长的直角边固定于所述杆体的外壁，较短的直角边与所述插入端在一个平面上，所述杆体注入端还设有套接在所述杆体上的方形垫板6和用于密封所述杆体注入端的螺母7。
所述注浆液的制备方法为：在摇床中繁殖巴氏芽孢杆菌，并通过离心得到浓度为1.0~1.5×1010个/mL巴氏芽孢杆菌菌液；搅拌混凝土，并调配混凝土的pH范围为11~12；取尿素和CaCl2，配制成含有浓度0.06g/ml的尿素和浓度0.2mol/ml的CaCl2的水溶液作为胶结液；再将巴氏芽孢杆菌菌液、胶结液和混凝土按重量比60 : 5 : 200充分混合均匀，形成注浆液。
上述自修复的注浆锚杆的使用方法，具体为：
1）将固定有楔块的中空的管式杆体插入事先打好的钻孔中，钻孔的最深处与注入端间有一定缝隙，并且钻孔内壁与杆体外壁间有一定的缝隙；
2）通过锚杆的注入端向中空的管式杆体中注浆，注浆液充满管式杆体内部，并在注入端处喷出并布满钻孔内壁，当注浆液流到钻孔外时，停止注浆，再将方形垫板套在管式杆体上，在钻孔口处压实，再将螺母封堵在注入端，等待注浆液冷却与围岩形成一个坚固的形成注浆实体，对围岩产生一个整体的支护力；
3）当楔块与注浆体之间、注浆体与管式杆体之间产生裂缝时，渗入的空气和湿气使注浆体中均匀分布的好氧巴氏芽孢杆菌激活，巴氏芽孢杆菌利用胶结液中的尿素和CaCl2在裂缝中生成CaCO3晶体，填充并修复裂缝，如图1的放大部分所示。
实施例2
一种自修复的注浆锚杆，所述注浆锚杆的结构和使用方法同实施例1。区别在于：所述注浆液的制备方法为：在摇床中繁殖巴氏芽孢杆菌，并通过离心得到浓度为1.8~2.2×1010个/mL巴氏芽孢杆菌菌液；搅拌混凝土，并调配混凝土的pH范围为11~12；取尿素和CaCl2，配制成含有浓度0.08g/ml的尿素和浓度0.3mol/ml的CaCl2的水溶液作为胶结液；再将巴氏芽孢杆菌菌液、胶结液和混凝土按重量比60 : 7 : 220充分混合均匀，形成注浆液。
实施例3
一种自修复的注浆锚杆，所述注浆锚杆的结构和使用方法同实施例1。区别在于：所述注浆液的制备方法为：在摇床中繁殖巴氏芽孢杆菌，并通过离心得到浓度为2.5~3.0×1010个/mL巴氏芽孢杆菌菌液；搅拌混凝土，并调配混凝土的pH范围为11~12；取尿素和CaCl2，配制成含有浓度0.10g/ml的尿素和浓度0.4mol/ml的CaCl2的水溶液作为胶结液；再将巴氏芽孢杆菌菌液、胶结液和混凝土按重量比60 : 8 : 240充分混合均匀，形成注浆液。
Claims (8)
1.一种自修复的注浆锚杆，其特征在于，由管式灌浆锚杆和用于注入所述锚杆内部和锚杆与钻孔间的注浆液组成；
其中，所述管式灌浆锚杆为两端开口的中空管式杆体，所述杆体一端为用于插入钻孔中的插入端，所述杆体另一端为用于注入所述注浆液的注入端，所述杆体的中空部分用于灌入所述注浆液，靠近所述插入端的杆体外壁固定有数个均匀分布的楔块，所述杆体注入端还设有套接在所述杆体上的方形垫板和用于密封所述杆体注入端的螺母；
所述注浆液由巴氏芽孢杆菌菌液、胶结液和混凝土组成。
2.根据权利要求1所述的一种自修复的注浆锚杆，其特征在于，所述楔块为非等腰直角三角形，较长的直角边固定于所述杆体的外壁，较短的直角边与所述插入端在一个平面上。
3.根据权利要求1所述的一种自修复的注浆锚杆，其特征在于，所述注浆液中巴氏芽孢杆菌菌液、胶结液和混凝土的重量比为：60 : 5~8 : 200~240。
4.根据权利要求1所述的一种自修复的注浆锚杆，其特征在于，所述巴氏芽孢杆菌菌液浓度为1.0~3.0×1010个/mL。
5.根据权利要求1所述的一种自修复的注浆锚杆，其特征在于，所述胶结液为含有浓度0.06~0.10g/ml的尿素和浓度0.2~0.4mol/ml的CaCl2的水溶液。
6.根据权利要求1所述的一种自修复的注浆锚杆，其特征在于，所述混凝土的pH为11~12。
7.根据权利要求1所述的一种自修复的注浆锚杆，其特征在于，所述注浆液的制备方法，包括如下步骤：
1）在摇床中繁殖巴氏芽孢杆菌，并通过离心得到巴氏芽孢杆菌菌液；
2）搅拌混凝土，并调配混凝土的pH；
3）按比例将巴氏芽孢杆菌菌液、胶结液和混凝土混合均匀，形成注浆液。
8.权利要求1所述的一种自修复的注浆锚杆的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将管式杆体插入事先打好的钻孔中，钻孔的最深处与注入端间有一定缝隙，并且钻孔内壁与杆体外壁间有一定的缝隙；
2）通过锚杆的注入端向管式杆体中注浆，注浆液充满管式杆体内部，并在注入端处喷出并布满钻孔内壁，当注浆液流到钻孔外时，停止注浆，再将方形垫板套在管式杆体上，在钻孔口处压实，再将螺母封堵在注入端，等待注浆液凝固后即与围岩形成坚固的注浆液实体；
3）当楔块与注浆液实体之间、注浆液实体与管式杆体之间产生裂缝时，通过裂缝渗入的空气和湿气使注浆体中均匀分布的好氧巴氏芽孢杆菌激活，巴氏芽孢杆菌利用胶结液中的尿素和CaCl2在裂缝中生成CaCO3晶体，填充并修复裂缝。
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