CN109516726A - 适用于水流紊动区锚索的封锚材料 - Google Patents

适用于水流紊动区锚索的封锚材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于水流紊动区锚索的封锚材料，属于水利水电工程技术领域。本发明针对目前在水流紊动区预应力锚索封锚施工时，粘贴强度较低，封锚材料易受紊动区水流冲刷作用破坏，引起锚索锚固力损失和耐久性变差等技术问题，提供了一种适用于水流紊动区锚索的封锚材料，其由以下质量份原料制得：环氧树脂200～300份、乙二胺80～90份、丙酮50～55份、水泥350～380份、细集料571～1141份和粗集料571～1141份。本发明制得的封锚材料的1d抗压强度不小于40MPa，7d抗压强度不小于50MPa，28d抗压强度不小于60MPa，粘结强度不小于3MPa，非常适合用于水流紊动区锚索锚具端的封锚处理。

Description

适用于水流紊动区锚索的封锚材料
技术领域
本发明属于水利水电工程技术领域，具体涉及一种适用于水流紊动区锚索的封锚材料。
背景技术
水电站泄洪消能区水流紊动严重，临边流速大，水流紊乱且湍动能耗散率大，为防止岸坡淘刷破坏，常需设置锚索来进行防护。
常规的预应力锚索施工时，一般先浇筑下部锚墩混凝土，锚索张拉锁定后采用常规混凝土最后进行封锚，所采用的封锚材料均为传统混凝土材料。但是，对水流紊动区锚索而言，采用常规混凝土作为封锚材料会造成以下较严重问题：A、封锚不够紧密严实；B、混凝土内部存在空洞和孔隙率过大；C、与锚墩下部及周边贴坡混凝土粘结强度低，甚至封锚材料直接脱落无法封锚；D、凝结时间较长，工作效率低；E、封锚材料易受紊动区水流冲刷作用进而导致破坏；F、锚索的锚固效果和耐久性得不到保证。因此，急需开发一种专用于水流紊动区锚索的封锚材料以替换常规混凝土。
发明内容
本发明解决的技术问题是目前在水流紊动区预应力锚索封锚施工时，采用传统封锚材料封锚，粘贴强度较低，封锚材料易受紊动区水流冲刷作用破坏，进而引起锚索锚固力损失和耐久性变差等。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是提供了一种适用于水流紊动区锚索的封锚材料，其由以下质量份原料制备得到：环氧树脂200～300份、乙二胺80～90份、丙酮50～55份、水泥350～380份、细集料571～1141份和粗集料571～1141份。
其中，上述所述的适用于水流紊动区锚索的封锚材料中，所述细集料和粗集料的重量比为0.67～1.5。
优选的，上述所述的适用于水流紊动区锚索的封锚材料中，所述细集料和粗集料的重量比为0.8～1.2。
其中，上述所述的适用于水流紊动区锚索的封锚材料中，所述细集料为粒径为0～5mm的沙石。
其中，上述所述的适用于水流紊动区锚索的封锚材料中，所述粗集料为粒径为5～15mm的沙石。
其中，上述所述的适用于水流紊动区锚索的封锚材料中，所述细集料和粗集料的含泥量均不超过1.0％，含水率均不超过0.5％。
本发明还提供了上述所述的适用于水流紊动区锚索的封锚材料的制备方法，包括以下步骤：
A、将环氧树脂加热至至胶水状；
B、向步骤A制得的胶水状环氧树脂中加入乙二胺和丙酮，混合均匀，得混合物A；
C、向步骤B制得的混合物A中加入水泥和细集料，混合均匀，得粘稠状混合物B；
D、向步骤C制得的混合物B中加入粗集料，混合均匀，即得适用于水流紊动区锚索的封锚材料。
其中，上述所述的适用于水流紊动区锚索的封锚材料的制备方法中，步骤B中，所述加热的条件为温度70～100℃，时间3～5min。
其中，上述所述的适用于水流紊动区锚索的封锚材料的制备方法中，步骤B中，所述混合均匀的时间为2～5min。
其中，上述所述的适用于水流紊动区锚索的封锚材料的制备方法中，步骤C中，所述混合均匀的时间为5～10min。
其中，上述所述的适用于水流紊动区锚索的封锚材料的制备方法中，步骤D中，所述混合均匀的时间为5～10min。
本发明的有益效果是：
本发明通过对混凝土组分、集料的粒度和用量优化，使制得的环氧混凝土具有适宜的粘结性和易和性，其1d抗压强度不小于40MPa，7d抗压强度不小于50MPa，28d抗压强度不小于60MPa，粘结强度不小于3MPa，非常适合用于水流紊动区锚索锚具端的封锚处理。
具体实施方式
具体的，适用于水流紊动区锚索的封锚材料，其由以下质量份原料制备得到：环氧树脂200～300份、乙二胺80～90份、丙酮50～55份、水泥350～380份、细集料571～1141份和粗集料571～1141份。
环氧树脂起胶结作用，使集料与其他用料充分拌和，并增强环氧树脂混凝土的粘聚性，保证强度，其用量与集料的空隙率有关，集料的空隙率越小，环氧树脂的用量就越少，越经济；而本发明中，对细集料和粗集料的用量比例进行了优化，试验发现，环氧树脂为200～300质量份时，可使封锚材料具有较好的抗压强度、粘聚性及和易性。
水泥作为填充料，在环氧树脂混凝土中起到填充增量作用，可减少环氧树脂用量，降低环氧树脂混凝土成本，改善环氧树脂混凝土的性能。外加剂主要有固化剂(乙二胺)和稀释剂(丙酮)；固化剂用量过多，混凝土硬化将过快，不便于现场施工人员捣实，环氧树脂混凝土将不密实，性能差；固化剂用量过少，混凝土硬化不完全，影响环氧树脂混凝土的性能，因此本发明可通过调节固化剂的用量来调节封锚材料的静止时间，当乙二胺用量为80～90质量份，可使混凝土在适当时间内硬化，并保证环氧树脂混凝土的粘聚性与强度。稀释剂主要用于调整及优化环氧树脂混凝土的和易性，当丙酮用量为50～55质量份时，可使不同粗细集料比例的封锚材料都具有较好的和易性。
本发明中，细集料为粒径为0～5mm的沙石，粗集料为粒径为5～15mm的沙石。需要说明的是，本发明中对粗细集料的区分采用如下方式：先将沙石用孔径15mm孔筛进行筛分，得到筛下物，将筛下物再用孔径5mm孔筛进行筛分，筛下物即为细集料，筛上物即为粗集料。
粗集料在环氧混凝土中主要起支撑骨架的作用，粗集料与环氧树脂之间的粘结性基本决定了环氧混凝土的抗压性能，但是粗集料的粒径不宜过大，否则封锚混凝土外露面容易变得粗糙；细集料均匀填充于各骨架之间，一方面可以提高环氧混凝土的均匀性，另一方面也可增加其易和性，并减少环氧树脂用量，降低造价；此外，适宜粒度的细集料能增加封锚混凝土外露面的光滑度，进一步降低紊动水流对封锚混凝土的影响。综合考虑上述因素，发明人对粗细集料的粒度进行了大量创造性劳动，采用粒径0～5mm的沙石为细集料、粒径5～15mm的沙石为粗集料，可显著提高封锚混凝土性能，降低其成本。
试验过程中发现，环氧树脂对砂石含水、含泥敏感，集料的含泥量和含水率对材料的性能有较大影响，因此集料在使用前应认真用清水清洗，并充分晾干或烘干，使其含泥量不超过1.0％，含水率不超过0.5％。
试验发现，细集料和粗集料的重量比对封锚材料的性能也有较大影响，当细集料较少，粗集料偏多时，虽然可以提高材料强度，但其和易性较差，不利于进行小仓面的封锚施工；当细集料偏多，粗集料较少时，材料的和易性良好，但材料强度有所降低；因此，经过大量创造性劳动后，获得了较优的细集料和粗集料的重量比为0.67～1.5；更优选的，细集料和粗集料的重量比为0.8～1.2。
需要指出的是，本发明提供的封锚材料与普通水泥混凝土相比，由于环氧树脂的粘度较大，环氧树脂混凝土拌和物的和易性较普通水泥混凝土差，环氧混凝土的强度增长较快，因此在现场施工时要注意施工的速度；并且，由于环氧混凝土封锚方量一般较小，环氧树脂材料每次配制数量一般不超过5kg，尽可能做到随用随配。
本发明还提供了上述所述的适用于水流紊动区锚索的封锚材料的制备方法，包括以下步骤：
A、将环氧树脂在温度70～100℃条件下加热3～5min至胶水状；
B、向步骤A制得的胶水状环氧树脂中加入乙二胺和丙酮，混合均匀，得混合物A；
C、向步骤B制得的混合物A中加入水泥和细集料，混合均匀，得粘稠状混合物B；
D、向步骤C制得的混合物B中加入粗集料，混合均匀，即得适用于水流紊动区锚索的封锚材料。
为保证各物料充分混合，步骤B中，所述混合均匀的时间为2～5min；步骤C中，所述混合均匀的时间为5～10min；步骤D中，所述混合均匀的时间为5～10min。
本发明制得的封锚材料的1d抗压强度不小于40MPa，7d抗压强度不小于50MPa，28d抗压强度不小于60MPa，粘结强度不小于3MPa，非常适合用于水流紊动区锚索锚具端的处理。
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此将本发明保护范围限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例的封锚材料，以重量份为单位，包括以下原料：环氧树脂205份、乙二胺82份、丙酮51份、水泥350份、细集料685份和粗集料1027份；
所述的细集料粒径为0～5mm；所述的粗集料粒径为5～15mm；
所述的细集料和粗集料在使用前需用清水清洗，并充分晾干或烘干，含泥量不超过1.0％，含水率不超过0.5％。
封锚材料的制备方法，包括以下步骤：
A、75℃加热5min，使环氧树脂呈胶水状；
B、向步骤A制得的胶水状环氧树脂中加入乙二胺、丙酮，充分混合搅拌5min，得混合物A；
C、向步骤B制得的混合物A中加入水泥、细集料，充分混合搅拌10min，并充分拌和成粘稠状，得混合物B；
D、向步骤C制得的混合物B中加入粗集料，充分混合搅拌10min，得封锚材料。
实施例2
本实施例的封锚材料，以重量份为单位，包括以下原料：环氧树脂205份、乙二胺82份、丙酮51份、水泥350份、细集料856和粗集料856；
所述的细集料粒径为0～5mm；所述的粗集料粒径为5～15mm；
所述的细集料和粗集料在使用前需用清水清洗，并充分晾干或烘干，含泥量不超过1.0％，含水率不超过0.5％。
封锚材料的制备方法，包括以下步骤：
A、90℃加热4min，使环氧树脂呈胶水状；
B、向步骤A制得的胶水状环氧树脂中加入乙二胺、丙酮，充分混合搅拌5min，得混合物A；
C、向步骤B制得的混合物A中加入水泥、细集料，充分混合搅拌10min，并充分拌和成粘稠状，得混合物B；
D、向步骤C制得的混合物B中加入粗集料，充分混合搅拌10min，得封锚材料。
实施例3
本实施例的封锚材料，以重量份为单位，包括以下原料：环氧树脂205份、乙二胺82份、丙酮51份、水泥350份、细集料1027份和粗集料685份；
所述的细集料粒径为0～5mm；所述的粗集料粒径为5～15mm；
所述的细集料和粗集料在使用前需用清水清洗，并充分晾干或烘干，含泥量不超过1.0％，含水率不超过0.5％。
封锚材料的制备方法，包括以下步骤：
A、10℃加热3min，使环氧树脂呈胶水状；
B、向步骤A制得的胶水状环氧树脂中加入乙二胺、丙酮，充分混合搅拌5min，得混合物A；
C、向步骤B制得的混合物A中加入水泥、细集料，充分混合搅拌10min，并充分拌和成粘稠状，得混合物B；
D、向步骤C制得的混合物B中加入粗集料，充分混合搅拌10min，得封锚材料。
对比例1
《水工混凝土结构设计规范》(DL/T 5057-2009)中常规的C25混凝土材料。
对比例2
《水工混凝土结构设计规范》(DL/T 5057-2009)中常规的C35混凝土材料。
在标准养护条件下，检测实施例1～3和对比例1～2的封锚材料性能，结果如表1所示。
表1封锚材料性能检测
由表1数据可知，本发明制得的封锚材料抗压强度等各项性能显著高于现有技术的常规封锚混凝土性能。
综合分析实施例1～3的数据可知，当细集料和粗集料的重量比为0.67时，环氧树脂混凝土的和易性较差，粘聚性一般，材料强度指标最高；当细集料和粗集料的重量比为1.5时，环氧树脂混凝土的和易性良好，粘聚性较差，材料强度指标最低；当细集料和粗集料的重量比为1时，环氧树脂混凝土的和易性良好，粘聚性良好，材料强度指标仅略低于重量比为0.67情况，实施例2为较优实施例。

Claims (9)

1.适用于水流紊动区锚索的封锚材料，其特征在于：由以下质量份原料制备得到：环氧树脂200～300份、乙二胺80～90份、丙酮50～55份、水泥350～380份、细集料571～1141份和粗集料571～1141份。
2.根据权利要求1所述的适用于水流紊动区锚索的封锚材料，其特征在于：所述细集料和粗集料的重量比为0.67～1.5。
3.根据权利要求1所述的适用于水流紊动区锚索的封锚材料，其特征在于：所述细集料和粗集料的重量比为0.8～1.2。
4.根据权利要求1～3任一项所述的适用于水流紊动区锚索的封锚材料，其特征在于：所述细集料为粒径为0～5mm的沙石。
5.根据权利要求1～3任一项所述的适用于水流紊动区锚索的封锚材料，其特征在于：所述粗集料为粒径为5～15mm的沙石。
6.根据权利要求1～5任一项所述的适用于水流紊动区锚索的封锚材料，其特征在于：所述细集料和粗集料的含泥量均不超过1.0％，含水率均不超过0.5％。
7.权利要求1～6任一项所述的适用于水流紊动区锚索的封锚材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、将环氧树脂加热至胶水状；
B、向步骤A制得的胶水状环氧树脂中加入乙二胺和丙酮，混合均匀，得混合物A；
C、向步骤B制得的混合物A中加入水泥和细集料，混合均匀，得粘稠状混合物B；
D、向步骤C制得的混合物B中加入粗集料，混合均匀，即得适用于水流紊动区锚索的封锚材料。
8.根据权利要求7所述的适用于水流紊动区锚索的封锚材料的制备方法，其特征在于：步骤A中，所述加热的条件为温度70～100℃，时间3～5min。
9.根据权利要求7或8所述的适用于水流紊动区锚索的封锚材料的制备方法，其特征在于：至少满足下列的一项：
步骤B中，所述混合均匀的时间为2～5min；
步骤C中，所述混合均匀的时间为5～10min；
步骤D中，所述混合均匀的时间为5～10min。
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