1.4　部分研究结果

1.4.1　树脂选用的试验验证

选用几种不同的树脂，配合无碱玻璃纤维纱，进行拉挤-缠绕复合成型（相关内容见第2章）得到GFRP螺纹筋，并测试其力学性能，主要是拉伸强度和弹性模量，分析结果，最终找到合适的树脂配方和工艺。

选用的树脂如下：A公司，不饱和聚酯2931，邻苯型；B公司，MX-1，邻苯型；C公司，MG-2（乙烯基酯）、MG-3（邻、对苯混合型）。相关数据见表1-10～表1-15。

结果分析：试验数据表明，选用的四种树脂均能很好地满足生产和性能的要求（拉伸强度≥550MPa，弹性模量≥40GPa）。考虑到不饱和树脂的耐碱性较差，能否胜任实际应用中的苛刻环境条件，需要进一步进行耐候性试验。同时考虑成本，在初期选用C公司MG-2、MG-3两种树脂，分别为乙烯基酯树脂和邻、对苯混合型不饱和聚酯树脂，对两者均进行耐候性试验。

结果分析：GFRP螺纹筋经碱溶液浸泡后，表面出现较明显的溶胀现象，并伴有发黏、发白的状态，其中浸泡时间为1个月、3个月的两批次螺纹筋较为明显。对螺纹筋表面进行水洗后，发黏的现象消失，但表面发白的现象仍然存在，同时可以发现有少量纤维外露并断裂。分析其原因，碱溶液对树脂有一定的腐蚀作用，导致表面的树脂溶解，进而使纤维外露，但树脂溶解的程度并不严重。乙烯基酯树脂为原料的GFRP螺纹筋的耐碱性较理想，在经过碱溶液浸泡后，其力学性能基本保持（包括拉伸强度和弹性模量），只是略有降低，充分说明MG-2乙烯基酯树脂的耐碱性很优秀，完全符合实际工程中的应用。

结果分析：GFRP螺纹筋浸泡7天、1个月和3个月后，拉伸强度由原样的729.71MPa分别下降到608.17MPa、603.62MPa和588.26MPa，呈不断下降的趋势，下降幅度分别为16.66%、17.28%和19.38%；弹性模量由原样的42.90GPa分别下降到41.06GPa、40.50GPa和40.13GPa，也呈不断下降的趋势，下降幅度分别为4.29%、5.59%和6.46%。

综上所述，MG-2乙烯基酯树脂力学性能优良，耐碱性优异，符合长期实际工程的应用要求，可供批量生产使用；MG-3不饱和树脂的力学性能优良，但耐碱性较差，价格比MG-2稍便宜，可在短期工程和无耐候性要求的工程中应用。

1.4.2　GFRP锚索专用柔性树脂的选择

针对GFRP锚索的研发要求，需要选择一种韧性、刚性均较好的树脂。GFRP锚索的主要优点在于，在固化制成GFRP锚索后可以进行一定弧度的弯曲，从而能盘成一定直径的圆盘，对于长度要求较高的应用领域，可以方便运输；而到施工现场之后，GFRP锚索又能恢复成直线形态，并且对其力学性能没有影响，能够正常的使用。对于这一特殊的性能要求，对多家的树脂供应商进行考察和研究，并对其推荐的多种柔性树脂进行性能测试和分析，确定最终柔性树脂供应商和型号种类，结果见表1-16～表1-18。

通过对D公司、E公司、F公司等厂家的树脂进行比较，得出以下结论。

F公司的树脂A的柔韧性、强度俱佳，是柔性锚索树脂基体的首选，缺点是该树脂的价格较高；D公司的柔性树脂A也具备柔性锚索用树脂基体的潜力，但是否有足够的强度尚待验证；D公司的柔性树脂B是一种极软的树脂，分子中可供反应的交联点极少。在对产品强度要求不高的情况下，可以作为刚性树脂的柔性改性剂。E公司的树脂A也有较好的柔韧性和强度，也可以作为柔性锚索用树脂基体的备选。

运用现有设备，进行GFRP锚索的初步试验和探索，并已制得样品，如图1-1和图1-2所示。

对盘成直径2.5m的GFRP锚索进行力学性能测试，具体数据见表1-19和表1-20。

注：将GFRP锚索盘成直径为2.5m的圆盘，在常温下自由放置1个月后，进行拉伸性能试验的结果。

试验结果表明：F公司提供的专用树脂可以很好地通过拉挤成型与玻璃纤维复合固化制得直径为8mm的GFRP锚索。制得的GFRP锚索可以在不破坏宏观结构的情况下，盘成2.5～3m的圆盘，这样就大大提高超长锚索材料的运输可能性。分别对未盘圈和盘成圈的GFRP锚索进行拉伸试验，结果表明盘圈后再还原成直线状的GFRP锚索，在力学性能上与未盘圈的几乎没有区别。说明盘圈的过程和状态的保持对GFRP锚索本身的性能没有影响。

1.4.3　玻璃纤维选用的试验验证

将中碱玻璃纤维和高碱玻璃纤维制备成直径12mm的GFRP螺纹筋，并测试力学性能，具体数据见表1-21和表1-22。

结果分析：由中碱玻璃纤维制备的GFRP螺纹筋，其拉伸强度达到787.92MPa，弹性模量为44.90GPa，符合GFRP螺纹筋的国家标准GB 50608—2010要求。由高碱玻璃纤维制备的GFRP螺纹筋，其拉伸强度达到655.44MPa，符合GFRP螺纹筋的国家标准GB 50608—2010要求；而弹性模量只有38.42GPa，达不到GB 50608—2010标准中弹性模量大于40GPa的要求。

选用中碱玻璃纤维制备的直径12mm的GFRP螺纹筋，在碱溶液中浸泡不同的时间（7天、1个月、3个月）之后，测试其力学性能，重点考察它的性能损失的大小，是否会影响实际的工程应用，具体试验数据见表1-23。

结果分析：中碱玻璃纤维制备的GFRP螺纹筋经碱水浸泡，随着时间的增长，筋材的强度不断呈现下降的趋势，7天、1个月和3个月的下降幅度分别为13.20%、24.52%和50.30%。浸泡3个月后筋材的平均强度小于400MPa。浸泡后筋材表面树脂遭受腐蚀，直径相对变小，弹性模量只有31.75GPa，达不到国家标准GB 50608—2010中弹性模量大于40GPa的要求。

通过试验发现，中碱玻璃纤维的耐碱性较差，但其本身的力学性能尚可，可以在短期工程和无耐候性要求的工程中应用。

1.4.4　GFRP锚杆表面涂覆抗静电液

煤矿支护中的GFRP锚杆，除力学性能指标外，还包括阻燃性能、抗静电性能。用于阻燃性能的添加剂包括：氢氧化铝、三氧化二锑、十溴联苯等无机、有机添加剂，它们直接添加到液体树脂中，对固化反应影响不大；为了使得GFRP锚杆具有一定的抗静电功能，需要在树脂中添加炭黑，或者在成品锚杆表面涂覆炭黑以增加导电性，但炭黑会阻滞固化且同时增加树脂的可燃烧性能，为此可采用表面涂覆防静电涂料的方案，同时提高阻燃性能。

防静电涂料：将一定量的炭黑分散在酚醛树脂中，对应的固化剂是无机酸或有机酸，常用的酸类固化剂有磷酸、对苯磺酸、苯酚磺酸或者其他磺酸，固化反应温度是常温，采用喷雾或涂刷方式涂覆，常温下数小时就完全固化，炭黑起抗静电作用，而酚醛树脂具有阻燃功能；最终形成的GFRP锚杆需要通过抗静电、阻燃性能测试，并达到MT/T 1061—2008中的指标要求。

对应混凝土用GFRP筋材，如果需要其具有钢筋的外表面，可以采用同样方式处理，只是生产分两个阶段进行，效率不高。