一种玄武岩纤维锚杆制造技术

本发明专利技术揭示了一种玄武岩纤维锚杆，锚杆内布置有玄武岩纤维增强单体，所述玄武岩纤维增强单体由内层的玄武岩纤维长丝、以及包裹玄武岩纤维长丝的改性层构成，所述玄武岩纤维长丝由玄武岩高温熔融挤拉形成，所述改性层由树脂基材内混合超细短切钢纤维和玄武岩纤维长丝通过挤压热控成型包裹在玄武岩纤维长丝上构成。本发明专利技术的玄武岩纤维增强体锚杆凭借其轻量、高强、耐腐蚀、自我检测且易加工的优点，可适应各种工程需要，进行任意规格制作，批量化生产。选用的超弱光栅光纤技术，单根光纤上可服用的光栅光纤传感器数量可达数千个，实现对锚杆体以及相关围岩体的全局监测。锚杆体以及相关围岩体的全局监测。锚杆体以及相关围岩体的全局监测。

【技术实现步骤摘要】
一种玄武岩纤维锚杆


[0001]本专利技术涉及锚杆
，尤其涉及高模量、较强抗剪强度且具有自我检测功能的玄武岩纤维增强锚杆。

技术介绍

[0002]玄武岩纤维复合筋材是以玄武岩纤维为主体材料，以合成树脂为粘结固型材料，并掺入适量固化剂，经过特殊工艺处理和特殊表面处理所形成的一种新型非金属复合材料，与传统钢筋相比，具有抗腐蚀、强度高、重量轻、抗疲劳等特点，被广泛应用于桥梁、公路以及地下结构领域中。
[0003]但是随着应用工程的扩展，对锚杆材料的要求逐渐提高。现有玄武岩锚杆弹性模量低，延性较差，抗剪强度低、单向力学性能制约了玄武岩纤维锚杆的推广应用。
[0004]另一方面，对锚杆的实时监测也是确保锚杆体系安全有效的关键，包括对锚杆受力状态和损伤检测。传统锚杆监测技术多依赖于机械式或电感式监测手段，这些测试方法存易受电磁场干扰、测试误差较大、耐久性差及长期稳定性差等缺点。新型光纤传感技术具有性能稳定、耐久性好、灵敏度高、可实现全时监测等优势，是解决锚杆实时监测的新技术。
[0005]但是在使用推广过程中仍存在以下局限性：
[0006]1、目前大多采用锚杆表面切槽粘贴的方式进行光纤传感器的布设，需对锚杆进行二次加工，对锚杆本身造成损伤且不利于保护\不适用于大批量、粗放式工程应用；
[0007]2、用于粘贴的粘结剂长期稳定性差，且粘结界面质量没有保障，无法确保监测数据的可靠性；
[0008]3、目前常采用的有布里渊光时域反射技术(BOTDR)、布里渊光时域分析技术(BOTDA)和光纤布拉格光栅(FBG)测量技术等，但布里渊散射信号信噪比差、易受环境影响，精度、测量时间、分辨率很难兼顾；传统FBG多采用单点封装，传感器复用数量少，量程小，无法实现多点、高精度的线性测量。

技术实现思路

[0009]本专利技术所要解决的技术问题是实现一种高模量、较强抗剪强度且具有自我检测功能的玄武岩纤维增强锚杆，解决已有玄武岩纤维锚杆的低弹性模量、低抗剪强度、延性较差，抗剪强度低、单向力学性能问题，提升玄武岩纤维锚杆强度并使其具备长期监测能力，使产品能满足实际工程的需要。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种玄武岩纤维锚杆，锚杆内布置有玄武岩纤维增强单体，所述玄武岩纤维增强单体由内层的玄武岩纤维长丝、以及包裹玄武岩纤维长丝的改性层构成，所述玄武岩纤维长丝由玄武岩高温熔融挤拉形成，所述改性层由树脂基材内混合超细短切钢纤维和玄武岩纤维长丝通过挤压热控成型包裹在玄武岩纤维长丝上构成。
[0011]所述玄武岩纤维长丝的表面通过涂覆法附着有纳米二氧化硅粒子，所述玄武岩纤
维长丝上附着的全部纳米二氧化硅粒子的质量为玄武岩纤维长丝质量的2
‑
5％。
[0012]所述玄武岩纤维长丝的表面附着有两层纳米二氧化硅粒子，所述树脂基材为环氧树脂或聚乙烯树脂。
[0013]所述玄武岩纤维锚杆设有轴心区域、以及包裹在轴心区域外的加固区域，均匀分布的所述玄武岩纤维增强单体由树脂基材聚合物填充剂固定构成管状结构的加固区域，所述玄武岩纤维增强单体之间相互平行。
[0014]所述超弱光栅光纤设有一根，所述轴心区域为超弱光栅光纤。
[0015]所述超弱光栅设有至少两根，所述超弱光栅均匀分布在加固区域内，所述轴心区域为中空结构。
[0016]所述超弱光栅光纤上刻写有弱光栅阵列，所述超弱光栅光纤内设有反射率低于0.1％的超弱光纤光栅传感单元，所述超弱光栅光纤的端部伸出玄武岩纤维锚杆。
[0017]所述超弱光栅光纤伸出玄武岩纤维锚杆部分包裹有用于保护的PVC管。
[0018]所述超弱光栅光纤外接定向无线传输装置，所述定向无线传输装置将超弱光栅光纤采集的数据传输到外界服务器中。
[0019]本专利技术的锚杆体是主要由玄武岩纤维长丝和超细短切钢纤维混合组成，在保证原有玄武岩纤维优越性能的前提下，超细短切钢纤维的混入，有效的提高了锚杆体弹性模量(20％
‑
60％)和抗剪强度(1.2
‑
1.5倍)，改善了玄武岩纤维锚杆的侧向力学性能，同时适当的提高了其延性。玄武岩纤维增强复合体树脂基材中聚合物填充剂的添加，进一步提高了玄武岩纤维增强复合体的性能(包括抗剪强度和抗弯强度等)。
[0020]超弱光纤光栅传感器与玄武岩纤维增强单体一同进行挤压成型，形成一个整体杆体，一起协调变形，可实现对锚杆体受力状态和损伤状态的长期、实时稳定监测，为工程建设和安全运营提供直接可靠的数据支撑。
[0021]本专利技术的玄武岩纤维增强体锚杆凭借其轻量、高强、耐腐蚀、自我检测且易加工的优点，可适应各种工程需要，进行任意规格制作，批量化生产。选用的超弱光栅光纤技术，单根光纤上可服用的光栅光纤传感器数量可达数千个，实现对锚杆体以及相关围岩体的全局监测。
附图说明
[0022]下面对本专利技术说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
[0023]图1为玄武岩纤维增强单体结构示意图；
[0024]图2为实心体玄武岩纤维增强锚杆结构示意图；
[0025]图3为中空玄武岩纤维增强锚杆结构示意图；
[0026]图4为超弱光栅光纤传感器分布示意图；
[0027]图5为监测系统组合示意图；
[0028]上述图中的标记均为：1、玄武岩纤维增强单体；2、超弱光栅光纤；3、树脂基材；4、超细短切钢纤维；5、中空注浆孔；6、玄武岩纤维锚杆；7、超弱光栅光纤传感器；101、玄武岩纤维长丝；102、超细短切钢纤维；103、纳米二氧化硅粒子。
具体实施方式
[0029]下面对照附图，通过对实施例的描述，本专利技术的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本专利技术的专利技术构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
[0030]玄武岩纤维锚杆6整体呈杆状结构，玄武岩纤维增强锚杆杆体，包括玄武岩纤维增强单体1、玄武岩纤维增强复合体以及超弱光栅光纤2，如图1所示，玄武岩纤维增强单体1由玄武岩高温熔融挤拉形成玄武岩纤维长丝101，通过添加纳米二氧化硅粒子103进行表面改性处理，然后添加超细短切钢纤4维体作为增强材料，超细短切钢纤4维和玄武岩纤维长丝101一起在树脂基材3中浸润，然后挤压热控成型为玄武岩纤维增强单体1。在生产过程中，通过对生产工艺的控制，使得超细短切钢纤4维均匀分布于玄武岩纤维增强单体1内。
[0031]在制作玄武岩纤维增强单体1的过程中，通过涂覆法将纳米二氧化硅粒子103附着于玄武岩纤维长丝101表面进行纳米改性，增强玄武岩纤维表面粗糙度，当添加的纳米二氧化硅粒子103质量分数为玄武岩纤维长丝101的2
‑
5％时，玄武岩纤维复合材料的力学性能有显著改善，弹性模量较未改性玄武岩纤维增强15％左右。
[0032]将制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种玄武岩纤维锚杆，锚杆内布置有玄武岩纤维增强单体，其特征在于：所述玄武岩纤维增强单体由内层的玄武岩纤维长丝、以及包裹玄武岩纤维长丝的改性层构成，所述玄武岩纤维长丝由玄武岩高温熔融挤拉形成，所述改性层由树脂基材内混合超细短切钢纤维和玄武岩纤维长丝通过挤压热控成型包裹在玄武岩纤维长丝上构成。2.根据权利要求1所述的玄武岩纤维锚杆，其特征在于：所述玄武岩纤维长丝的表面通过涂覆法附着有纳米二氧化硅粒子，所述玄武岩纤维长丝上附着的全部纳米二氧化硅粒子的质量为玄武岩纤维长丝质量的2
‑
5％。3.根据权利要求2所述的玄武岩纤维锚杆，其特征在于：所述玄武岩纤维长丝的表面附着有纳米二氧化硅粒子，所述树脂基材为环氧树脂或聚乙烯树脂。4.根据权利要求1、2或3所述的玄武岩纤维锚杆，其特征在于：所述玄武岩纤维锚杆设有轴心区域、以及包裹在轴心区域外的加固区域，均匀分布的所述玄武岩纤维增强单体由树...

【专利技术属性】
技术研发人员：马伟斌，张金龙，邹文浩，郭小雄，安哲立，杜晓燕，徐湉源，王志伟，赵鹏，李尧，许学良，王子洪，马召辉，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，
类型：发明
国别省市：