1.4　部分研究結果

1.4.1　樹脂選用的試驗驗證

選用幾種不同的樹脂，配合無堿玻璃纖維紗，進行拉擠-纏繞復合成型（相關內容見第2章）得到GFRP螺紋筋，并測試其力學性能，主要是拉伸強度和彈性模量，分析結果，最終找到合適的樹脂配方和工藝。

選用的樹脂如下：A公司，不飽和聚酯2931，鄰苯型；B公司，MX-1，鄰苯型；C公司，MG-2（乙烯基酯）、MG-3（鄰、對苯混合型）。相關數據見表1-10～表1-15。

結果分析：試驗數據表明，選用的四種樹脂均能很好地滿足生產和性能的要求（拉伸強度≥550MPa，彈性模量≥40GPa）。考慮到不飽和樹脂的耐堿性較差，能否勝任實際應用中的苛刻環境條件，需要進一步進行耐候性試驗。同時考慮成本，在初期選用C公司MG-2、MG-3兩種樹脂，分別為乙烯基酯樹脂和鄰、對苯混合型不飽和聚酯樹脂，對兩者均進行耐候性試驗。

結果分析：GFRP螺紋筋經堿溶液浸泡后，表面出現較明顯的溶脹現象，并伴有發黏、發白的狀態，其中浸泡時間為1個月、3個月的兩批次螺紋筋較為明顯。對螺紋筋表面進行水洗后，發黏的現象消失，但表面發白的現象仍然存在，同時可以發現有少量纖維外露并斷裂。分析其原因，堿溶液對樹脂有一定的腐蝕作用，導致表面的樹脂溶解，進而使纖維外露，但樹脂溶解的程度并不嚴重。乙烯基酯樹脂為原料的GFRP螺紋筋的耐堿性較理想，在經過堿溶液浸泡后，其力學性能基本保持（包括拉伸強度和彈性模量），只是略有降低，充分說明MG-2乙烯基酯樹脂的耐堿性很優秀，完全符合實際工程中的應用。

結果分析：GFRP螺紋筋浸泡7天、1個月和3個月后，拉伸強度由原樣的729.71MPa分別下降到608.17MPa、603.62MPa和588.26MPa，呈不斷下降的趨勢，下降幅度分別為16.66%、17.28%和19.38%；彈性模量由原樣的42.90GPa分別下降到41.06GPa、40.50GPa和40.13GPa，也呈不斷下降的趨勢，下降幅度分別為4.29%、5.59%和6.46%。

綜上所述，MG-2乙烯基酯樹脂力學性能優良，耐堿性優異，符合長期實際工程的應用要求，可供批量生產使用；MG-3不飽和樹脂的力學性能優良，但耐堿性較差，價格比MG-2稍便宜，可在短期工程和無耐候性要求的工程中應用。

1.4.2　GFRP錨索專用柔性樹脂的選擇

針對GFRP錨索的研發要求，需要選擇一種韌性、剛性均較好的樹脂。GFRP錨索的主要優點在于，在固化制成GFRP錨索后可以進行一定弧度的彎曲，從而能盤成一定直徑的圓盤，對于長度要求較高的應用領域，可以方便運輸；而到施工現場之后，GFRP錨索又能恢復成直線形態，并且對其力學性能沒有影響，能夠正常的使用。對于這一特殊的性能要求，對多家的樹脂供應商進行考察和研究，并對其推薦的多種柔性樹脂進行性能測試和分析，確定最終柔性樹脂供應商和型號種類，結果見表1-16～表1-18。

通過對D公司、E公司、F公司等廠家的樹脂進行比較，得出以下結論。

F公司的樹脂A的柔韌性、強度俱佳，是柔性錨索樹脂基體的首選，缺點是該樹脂的價格較高；D公司的柔性樹脂A也具備柔性錨索用樹脂基體的潛力，但是否有足夠的強度尚待驗證；D公司的柔性樹脂B是一種極軟的樹脂，分子中可供反應的交聯點極少。在對產品強度要求不高的情況下，可以作為剛性樹脂的柔性改性劑。E公司的樹脂A也有較好的柔韌性和強度，也可以作為柔性錨索用樹脂基體的備選。

運用現有設備，進行GFRP錨索的初步試驗和探索，并已制得樣品，如圖1-1和圖1-2所示。

對盤成直徑2.5m的GFRP錨索進行力學性能測試，具體數據見表1-19和表1-20。

注：將GFRP錨索盤成直徑為2.5m的圓盤，在常溫下自由放置1個月后，進行拉伸性能試驗的結果。

試驗結果表明：F公司提供的專用樹脂可以很好地通過拉擠成型與玻璃纖維復合固化制得直徑為8mm的GFRP錨索。制得的GFRP錨索可以在不破壞宏觀結構的情況下，盤成2.5～3m的圓盤，這樣就大大提高超長錨索材料的運輸可能性。分別對未盤圈和盤成圈的GFRP錨索進行拉伸試驗，結果表明盤圈后再還原成直線狀的GFRP錨索，在力學性能上與未盤圈的幾乎沒有區別。說明盤圈的過程和狀態的保持對GFRP錨索本身的性能沒有影響。

1.4.3　玻璃纖維選用的試驗驗證

將中堿玻璃纖維和高堿玻璃纖維制備成直徑12mm的GFRP螺紋筋，并測試力學性能，具體數據見表1-21和表1-22。

結果分析：由中堿玻璃纖維制備的GFRP螺紋筋，其拉伸強度達到787.92MPa，彈性模量為44.90GPa，符合GFRP螺紋筋的國家標準GB 50608—2010要求。由高堿玻璃纖維制備的GFRP螺紋筋，其拉伸強度達到655.44MPa，符合GFRP螺紋筋的國家標準GB 50608—2010要求；而彈性模量只有38.42GPa，達不到GB 50608—2010標準中彈性模量大于40GPa的要求。

選用中堿玻璃纖維制備的直徑12mm的GFRP螺紋筋，在堿溶液中浸泡不同的時間（7天、1個月、3個月）之后，測試其力學性能，重點考察它的性能損失的大小，是否會影響實際的工程應用，具體試驗數據見表1-23。

結果分析：中堿玻璃纖維制備的GFRP螺紋筋經堿水浸泡，隨著時間的增長，筋材的強度不斷呈現下降的趨勢，7天、1個月和3個月的下降幅度分別為13.20%、24.52%和50.30%。浸泡3個月后筋材的平均強度小于400MPa。浸泡后筋材表面樹脂遭受腐蝕，直徑相對變小，彈性模量只有31.75GPa，達不到國家標準GB 50608—2010中彈性模量大于40GPa的要求。

通過試驗發現，中堿玻璃纖維的耐堿性較差，但其本身的力學性能尚可，可以在短期工程和無耐候性要求的工程中應用。

1.4.4　GFRP錨桿表面涂覆抗靜電液

煤礦支護中的GFRP錨桿，除力學性能指標外，還包括阻燃性能、抗靜電性能。用于阻燃性能的添加劑包括：氫氧化鋁、三氧化二銻、十溴聯苯等無機、有機添加劑，它們直接添加到液體樹脂中，對固化反應影響不大；為了使得GFRP錨桿具有一定的抗靜電功能，需要在樹脂中添加炭黑，或者在成品錨桿表面涂覆炭黑以增加導電性，但炭黑會阻滯固化且同時增加樹脂的可燃燒性能，為此可采用表面涂覆防靜電涂料的方案，同時提高阻燃性能。

防靜電涂料：將一定量的炭黑分散在酚醛樹脂中，對應的固化劑是無機酸或有機酸，常用的酸類固化劑有磷酸、對苯磺酸、苯酚磺酸或者其他磺酸，固化反應溫度是常溫，采用噴霧或涂刷方式涂覆，常溫下數小時就完全固化，炭黑起抗靜電作用，而酚醛樹脂具有阻燃功能；最終形成的GFRP錨桿需要通過抗靜電、阻燃性能測試，并達到MT/T 1061—2008中的指標要求。

對應混凝土用GFRP筋材，如果需要其具有鋼筋的外表面，可以采用同樣方式處理，只是生產分兩個階段進行，效率不高。