CN108533298B - 一种锚固剂药卷结构 - Google Patents
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Abstract
一种锚固剂药卷结构，整体采用圆柱形，包括药卷封皮、基质层及催化剂层，在基质层内添加有若干硬质颗粒物，内含硬质颗粒物的基质层及催化剂层由药卷封皮进行封装；硬质颗粒物采用金属颗粒物或岩石颗粒物，金属颗粒物包括铁砂或钢砂，岩石颗粒物包括玄武岩颗粒或花岗岩颗粒；基质层采用树脂基质或水泥基质；硬质颗粒物的粒径为2mm±0.2mm；每立方厘米的基质层内包含的硬质颗粒物的数量为1～2粒；锚固剂在封装状态下，硬质颗粒物与锚固剂的体积比为0.5％～0.9％。本发明首次将卯榫效应引入锚固剂的设计中，在不改变传统锚固剂药卷基本结构及成分的前提下，仅通过在锚固剂中添加硬质颗粒物，便可实现锚固效果的明显提升。
Description
技术领域
本发明属于巷道安全支护技术领域，特别是涉及一种锚固剂药卷结构。
背景技术
全锚锚杆作为一种主要的岩层控制手段，已广泛应用于各种土木与矿业工程，全锚锚杆通过锚固剂连续地在围岩与锚杆之间传递荷载，从而形成一个稳定的自支撑系统，锚固剂作为自支撑系统中荷载传递的介质，其载荷传递能力一般取决于锚固剂与围岩及锚杆之间的粘结强度，并且锚固剂与锚杆之间的粘结破坏也是造成支护失效的最常见原因。因此，只有进一步提升锚固剂与锚杆之间的锚固效果，才能进一步提升支护可靠性，但是传统锚固剂已经不具备这样的能力了。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种锚固剂药卷结构，首次将卯榫效应引入锚固剂的设计中，在不改变传统锚固剂药卷基本结构及成分的前提下，仅通过在锚固剂中添加硬质颗粒物，便可实现锚固效果的明显提升。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种能够提升锚固效果的锚固剂药卷结构，整体采用圆柱形，包括药卷封皮、基质层及催化剂层，其特点是：在所述基质层内添加有若干硬质颗粒物，内含硬质颗粒物的基质层及催化剂层由药卷封皮进行封装。
所述硬质颗粒物采用金属颗粒物或岩石颗粒物，金属颗粒物包括铁砂或钢砂，岩石颗粒物包括玄武岩颗粒或花岗岩颗粒。
所述基质层采用树脂基质或水泥基质。
所述硬质颗粒物的粒径为2mm±0.2mm。
每立方厘米的基质层内包含的硬质颗粒物的数量为1～2粒。
锚固剂在封装状态下，所述硬质颗粒物与锚固剂的体积比为0.5％～0.9％。
本发明的有益效果：
本发明与现有技术相比，首次将卯榫效应引入锚固剂的设计中，在不改变传统锚固剂药卷基本结构及成分的前提下，仅通过在锚固剂中添加硬质颗粒物，便可实现锚固效果的明显提升。
附图说明
图1为本发明的一种锚固剂药卷结构的示意图；
图2为采用了本发明的锚固剂时锚杆在锚固状态下的局部示意图；
图中，1—药卷封皮，2—基质层，3—催化剂层，4—硬质颗粒物，5—锚杆，6—锚固剂，7—围岩。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，一种锚固剂药卷结构，整体采用圆柱形，包括药卷封皮1、基质层2及催化剂层3，在所述基质层2内添加有若干硬质颗粒物4，内含硬质颗粒物4的基质层2及催化剂层3由药卷封皮1进行封装。
所述硬质颗粒物4采用金属颗粒物或岩石颗粒物，金属颗粒物包括铁砂或钢砂等，岩石颗粒物包括玄武岩颗粒或花岗岩颗粒等。
所述基质层2采用树脂基质或水泥基质。
所述硬质颗粒物4的粒径为2mm±0.2mm。
每立方厘米的基质层2内包含的硬质颗粒物4的数量为1～2粒。
锚固剂在封装状态下，所述硬质颗粒物4与锚固剂的体积比为0.5％～0.9％。
当采用本发明的锚固剂完成锚杆5的安装后，如图2所示，锚固剂6填充粘结在锚杆5与围岩7之间，当锚固剂6被破坏后，锚固剂6内的硬质颗粒物4将与锚杆5的横肋之间产生卯榫效应，直接提升了锚杆5的轴向抗力，锚杆5想要进行轴向位移必须消耗更多的能量，进而增强了锚固效果。
为了更好的说明采用了本发明的锚固剂后，能够有效增强锚固效果，则进行了锚杆拉拔对比试验。
在锚杆拉拔对比试验中，锚固剂6中的硬质颗粒物4选用为直径2mm的铁砂，基质层2选用树脂基质，锚固长度设为75mm，考虑不同锚杆条件下锚固剂中的铁砂对粘结滑移的影响，共测试了3种螺纹钢锚杆。
第一种螺纹钢锚杆的参数为：杆体直径为21mm，横肋的肋间距为11mm，横肋的肋高为2mm，有纵筋；
第二种螺纹钢锚杆的参数为：杆体直径为21.7mm，横肋的肋间距为13mm，横肋的肋高为1.75mm，无纵筋；
第二种螺纹钢锚杆的参数为：杆体直径为18.5mm，横肋的肋间距为12mm，横肋的肋高为2mm，无纵筋；
3种螺纹钢锚杆的拉拔试验均设成两组，第一组作为实验组，在实验组内的锚固剂采用本发明的有铁砂锚固剂，第二组作为对照组，在对照组内的锚固剂采用传统的无铁砂锚固剂。
在拉拔试验中，锚固剂的厚度设为4～5mm，且在实验组内，每40cm3的锚固剂中大约包含50粒铁砂，其体积比为0.52％。
经过拉拔对比试验，得出以下结果：
第一种螺纹钢锚杆(实验组)：拉拔力载荷峰值为126kN，载荷峰值下的锚杆轴向位移量为13.5mm，轴向刚度为54kN/mm，吸能量为1746J；
第一种螺纹钢锚杆(对照组)：拉拔力载荷峰值为101kN，载荷峰值下的锚杆轴向位移量为3.8mm，轴向刚度为42kN/mm，吸能量为1000J；
可见，实验组与对照组相比，拉拔力载荷峰值的增量约为25％，吸能量的增量约为75％。
第二种螺纹钢锚杆(实验组)：拉拔力载荷峰值为101kN，载荷峰值下的锚杆轴向位移量为13.8mm，轴向刚度为41kN/mm，吸能量为1753J；
第二种螺纹钢锚杆(对照组)：拉拔力载荷峰值为90kN，载荷峰值下的锚杆轴向位移量为2.4mm，轴向刚度为49kN/mm，吸能量为810J；
可见，实验组与对照组相比，拉拔力载荷峰值的增量约为12％，吸能量的增量约为116％。
第三种螺纹钢锚杆(实验组)：拉拔力载荷峰值为80kN，载荷峰值下的锚杆轴向位移量为3.1mm，轴向刚度为37kN/mm，吸能量为1115J；
第三种螺纹钢锚杆(对照组)：拉拔力载荷峰值为76kN，载荷峰值下的锚杆轴向位移量为2.7mm，轴向刚度为46kN/mm，吸能量为582J；
可见，实验组与对照组相比，拉拔力载荷峰值的增量约为5.4％，吸能量的增量约为91％。
通过对3种螺纹钢锚杆进行的拉拔试验，可以大致获得以下结论：
①、当锚固剂中掺有铁砂时，拉拔力载荷峰值的增量达到5～25％左右，平均可达11％；
②、当锚固剂中掺有铁砂时，对载荷峰值下的锚杆轴向位移量影响较大，在对照组内，载荷峰值下的锚杆轴向位移量一般约为1/4个横肋间距，而在实验组内，载荷峰值下的锚杆轴向位移量可达1个完整的横肋间距；
③、当锚固剂中掺有铁砂时，能够显著提升能量耗散的能力，同时明显提高吸能总量。
而产生上述结论的原因，主要是因为锚固剂中的铁砂与锚杆横肋之间的相互作用阻碍了锚杆的滑移，便在锚固剂与锚杆之间的破坏界面形成了卯榫效应，那么粘结滑移需有额外的剪胀位移，即高围压，于是锚杆的轴向承载能力也得到增加，也就达到了增强残余强度的效果。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。
Claims (1)
1.一种锚固剂药卷结构，整体采用圆柱形，包括药卷封皮、基质层及催化剂层，其特征在于：在所述基质层内添加有若干硬质颗粒物，内含硬质颗粒物的基质层及催化剂层由药卷封皮进行封装；所述硬质颗粒物采用金属颗粒物或岩石颗粒物，金属颗粒物采用铁砂或钢砂，岩石颗粒物采用玄武岩颗粒或花岗岩颗粒；所述基质层采用树脂基质或水泥基质；所述硬质颗粒物的粒径为2mm±0.2mm；每立方厘米的基质层内包含的硬质颗粒物的数量为1～2粒；锚固剂在封装状态下，所述硬质颗粒物与锚固剂的体积比为0.5%～0.9%；当采用锚固剂药卷完成锚杆的安装后，锚固剂填充粘结在锚杆与围岩之间，当锚固剂被破坏后，锚固剂内的硬质颗粒物将与锚杆的横肋之间产生卯榫效应，直接提升锚杆的轴向抗力，锚杆进行轴向位移必须消耗更多的能量，进而增强锚固效果。
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