陶瓷厂使用膨胀螺栓和化学锚栓时应注意的问题
摘要：本文介绍了膨胀螺栓和化学锚栓的结构、工作机理、失效方式、设计选用、安装质量及其评定，论述了其在安装中应注意的问题。
关键词：膨胀螺栓 化学锚栓 工作机理 失效方式 设计选用
1 引言
胶带输送机是陶瓷厂的关键设备。在日用瓷生产中，胶带输送机可对制品进行修坯、上釉和“贴花”等；在建陶生产中，通过斗式提升机及胶带输送机将陶瓷粉料送入料仓，然后喂入全自动液压压砖机中压制成砖坯。坯体的施釉、干燥、烧结、砖的分类拣选等是依靠胶带输送机实现的。为了缩短设备的安装时间、降低生产成本，通常采用膨胀螺栓和化学螺栓固定无冲击载荷型机械设备。目前，膨胀螺栓和化学锚栓在机械设备的安装固定中已得到广泛应用。研究膨胀螺栓和化学锚栓的结构、工作机理、失效方式、安装质量以及施工中应注意的问题，对于提高陶瓷厂的经济效益等具有重要意义。
2 膨胀螺栓与化学锚栓的结构及其工作机理
膨胀螺栓的安装如图1所示，膨胀螺栓由螺杆、六角螺母、弹簧垫圈、平垫圈和胀管等组成。安装时首先在混凝土地面或墙体上造一适宜的孔洞，将膨胀螺栓敲入孔洞，然后将安装孔套入螺杆，拧紧螺杆顶部的六角螺母，迫使螺杆底部的锥体与胀管（如图2所示）之间产生较大的相对位移（轴向移动），导致胀管撑开并贴紧孔洞内壁，因此混凝土孔洞内壁处就产生很大的挤压应力和摩擦阻力，阻止膨胀螺栓拔出，达到安装固定无冲击载荷型机械设备的作用。
化学锚栓的安装如图3所示，化学锚栓主要由螺杆、六角螺母、弹簧垫圈、平垫圈和化学胶管等组成。安装时首先在混凝土地面或墙体上造一适宜孔洞，清除孔洞内的混凝土细屑，然后将化学胶管塞入孔洞内，最后将螺杆插入孔洞底部。在安装中，化学胶管破碎，化学药剂立即凝固，并产生巨大的粘接结合力，阻止化学锚栓拔出。
因此，膨胀螺栓和化学锚栓的工作机理不同，前者由多种力共同作用阻止膨胀螺栓拔出；后者主要是由化学药剂凝固时所产生的巨大粘接结合力阻止化学锚栓拔出。经检测，化学锚栓的锚固力特强，且对混凝土的强度要求较低，不会破坏混凝土。
3 膨胀螺栓和化学锚栓安装固定的失效方式
膨胀螺栓与化学锚栓安装固定机械设备常见的失效方式主要有以下3种：
（1） 螺杆断裂。主要是螺杆自身的质量缺陷造成的；
（2） 混凝土的锥形破坏，导致膨胀螺栓和化学锚栓与混凝土脱落块一同拔出。主要为膨胀螺栓和化学锚栓承受的拉拔力超过混凝土的抗拉强度，以及混凝土本身的质量缺陷等造成的；
（3） 螺杆与混凝土脱开，但混凝土无明显破坏。主要是膨胀螺栓和化学锚栓的安装操作工艺不规范或施工不到位等，导致螺杆与混凝土结合不紧密而造成的。
实践表明：螺杆的断裂和混凝土锥形破坏的失效方式较少，螺杆与混凝土脱开为膨胀螺栓或化学锚栓中常见的破坏方式。
4 膨胀螺栓和化学锚栓的设计选用
膨胀螺栓和化学锚栓比金属预埋螺栓的联接可靠性差。因此，要求其抗拔强度比抗拔设计计算值大5倍以上，具有较大的抗拔安全系数以及各螺栓应均匀分布。此外，在设计计算单个螺栓的抗拔力时，确定其受力情况，分析其承受的是剪切应力还是拉伸力或两者的共同作用，最后按最恶劣的受力状态，设计计算所需膨胀螺栓或化学锚栓的尺寸。
理论与实践表明：化学锚栓的联接可靠性比膨胀螺栓高，特别是在受力较大、混凝土的强度较低或设备振动较大的工作环境中，应优先选用化学锚栓，尤其是优质不锈钢化学锚栓。不锈钢膨胀螺栓不仅防腐性能好，而且还具有较高的物理机械强度，能确保陶瓷厂无冲击载荷型机械设备的安装质量。值得注意的是，化学锚栓的耐高温性差，所以不能用于联接焊接设备的固定。
5 膨胀螺栓和化学锚栓的安装质量及其评定
化学锚栓是依靠化学药剂与其周围混凝土的粘接结合力提供抗拔力。因此，控制钻孔质量和螺杆的埋入深度最为关键，其次还应重视钻孔后孔洞的清洗工作。膨胀螺栓的抗拔强度与其底部胀管的撑开程度有关，由于胀管敲入混凝土后无法观察撑开程度，所以膨胀螺栓的抗拔强度与埋入深度及顶部六角螺母的拧紧扭矩有关。当埋入深度相同时，顶部六角螺母的拧紧扭矩越大其抗拔强度越高。为了便于检测，在安装中应严格控制其钻孔的精度、表面质量、膨胀螺栓的埋入深度和顶部六角螺母的拧紧扭矩。
膨胀螺栓和化学锚栓安装质量需通过最大抗拔力进行检测和评定，膨胀螺栓和化学锚栓抗拔力检测的结构如图4所示。为了便于检测,当锚固架的底面脱离混凝土构件上表面约1.5mm时，视为膨胀螺栓或化学锚栓被拨出。采用力传感器检测所承受的抗拔力，位移传感器检测所产生的位移大小，即可确定该膨胀螺栓或化学锚栓的最大抗拔力，据此评定膨胀螺栓或化学锚栓的安装质量的优劣。为了检测方便及减少检测误差，通常要求支架内侧至膨胀螺栓或化学锚栓中心线的距离应≥2h（h为膨胀螺栓或化学锚栓埋入混凝土的深度）；位移传感器内侧至膨胀螺栓中心线的距离也应≥1.5h。
6 安装中应注意的问题
膨胀螺栓和化学锚栓的抗拔强度取决于以下几个方面：
（1） 螺栓自身的强度和质量等级，尺寸越大抗拔力越强，生产成本提高；
（2） 混凝土的强度和质量等级，在设计计算设备的安装时应重点考虑；
（3） 膨胀螺栓和化学锚栓的安装质量随工艺变化而变化，优良的施工工艺不但使膨胀螺栓和化学锚栓具有较高的抗拔强度，而且施工方便、快捷、节省安装时间、提高工作效率等。
6.1化学锚栓
化学锚栓的安装施工工艺流程见图5。
由工艺流程可知，化学锚栓是完全依靠化学药剂将螺杆与其周围的混凝土相互粘结成一体的联接方式。化学药剂能否有效将直接影响化学锚栓的抗拔强度。在安装中还应注意以下几方面：
（1） 在混凝土地面或墙体上制作孔洞时，孔径大小需适宜，尽量使用生产厂家提供的配套安装工具进行化学锚栓的安装。孔洞制作后使用无油洁净干燥的压缩空气把孔内的混凝土细屑清除干净，并使用蘸有丙酮或酒精溶液的棉布清洗孔洞内壁，确保孔洞内无混凝土细屑及积水等。螺杆用丙酮或酒精溶液清洗干净，并用无油洁净干燥的压缩空气吹干，确保螺杆表面洁净、干燥、无油污和灰尘等污物。
（2） 使用电锤或电钻及专用安装夹具，低速（约750r/min）将螺杆强力旋转插入化学胶管直至孔洞底，绝不能将螺杆直接敲入孔洞。使用电锤安装时，不能启用冲击档的工作方式。
（3） 化学胶管的保管须符合储存的环境条件，注意储存的温度和存放期限，以免化学药剂变质而影响其粘结能力。
（4） 化学锚栓安装后，确保化学药剂有足够的凝固硬化时间，才能对其进行加载试验。
（5） 化学药剂的耐高温性差，需特别注意其温度的适用范围，不允许对化学锚栓及其联接件进行施焊操作。
（6）某些种类的化学锚栓的药剂需将两种药剂混合使用，应严格控制其配比。否则化学药剂的粘接力差，导致化学锚栓的抗拔力差。
6.2膨胀螺栓
在膨胀螺栓的安装施工中应注意以下几个方面：
（1） 在混凝土地面或墙体上制作孔洞时，应控制好钻孔直径及深度。如在陶瓷加工机械设备的安装过程中采用M12膨胀螺栓，采用Ф15的冲击钻钻头制作的孔洞则较适宜。同时确保钻孔的垂直度和圆度，从而提高膨胀螺栓的抗拨强度。
（2）施工中应避免将膨胀螺栓直接安装在水泥找正校平层上，若混凝土地面敷有水泥找正校平层时，应先将水泥找正校平层凿去，然后再安装膨胀螺栓。否则，螺杆埋入混凝土地面中不能达到规定的深度，对于M12膨胀螺栓，其螺杆埋入混凝土地面中的深度以不小于80mm为宜。
（3） 使用固定扳手拧紧膨胀螺栓顶部的六角螺母，如常用M12的膨胀螺栓，固定扳手的长度约200mm，其拧紧六角螺母的扭矩仅能达到50N·m左右，有时甚至低至30～40N·m，扭矩过低导致膨胀螺栓抗拔强度偏低。
（4） 设备振动，膨胀螺栓安装后，经过一段时间后就会松动。因此机械设备工作一定时间后，应及时拧紧膨胀螺栓顶部的六角螺母，迫使膨胀螺栓胀管有效地撑开，并贴紧混凝土孔洞内壁，以提高膨胀螺栓的抗拔强度。
参考文献
[1] 膨胀螺栓国家标准.JB/ZQ4763—2006.
[2] 不锈钢螺栓、螺钉、螺柱和螺母的机械学性能.GB/T 3098.6—2000.
[3] 螺栓的保证载荷.GB/T 3098.1—2000.
[4] 螺母的保证载荷.GB/T 3098.2—2000.
[5] 章娟.幕墙工程中膨胀螺栓在安装中的常见问题.深圳百业网.