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贵州水泥电线杆老化的原因分析和综合防治

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贵州水泥电线杆老化的原因分析和综合防治

发布日期:2018-02-01 作者: 点击:


贵州水泥电线杆老化的原因分析和综合防治


贵州水泥电线杆

1、现象


钢筋混凝土电杆(以下简称电杆)普遍应用于0.4-220KV电压等级的送电线路和变电站室外架构中,由于长期暴露在露天环境里,受到风吹雨打和环境水(雨水、泉水、地下水、海水等)的浸蚀及各种外力和内应力的作用,多会出现杆体的横向、纵向与网状裂缝及内部的钢筋浸蚀,电杆表面光滑的浆桶层脱落,露出砂浆及石子,同时杆体还会“出汗、冒碱”。以上的老化病害现象都将会大大缩短电杆的使用寿命,从而影响到电力系统的安全运行。为找出经济可行的对策,以延缓电杆老化,还要从电杆的构成着手分析。


2、电杆的构成


电杆是一种由钢筋、水泥、砂石骨料、毛细孔和水等组成的多相体,其物理、化学和力学特性主要是由水泥决定的。普通硅酸盐水泥的主要矿物成分有五种:硅酸三钙37%-60%、硅酸二钙15%-37%、铝酸三钙7%-15%、铁铝酸四钙10%-18%、石膏2%-5%(适当延缓水泥凝结时间)。在电杆生产过程中,硅酸盐水泥经水化作用后,生成新的化合物,氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙、水化硫铝酸钙等,混凝土的pH值呈碱性。


3、电杆的老化机理


3.1碳化作用对电杆裂缝和杆内钢筋锈蚀的影响


碳化是指当水泥在空气中凝结硬化时,混凝土表层的氢氧化钙与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钙薄壳。碳化一般并不降低电杆的强度,但却使混凝土失去了对钢筋的碱性保护作用,因而导致混凝土内部钢筋表面的钝化膜破坏。随着氧气和水分的不断侵入,钢筋便产生了电化学腐蚀,钢筋锈蚀后产生的锈蚀物体积为钢筋的2倍左右,使混凝土保护层受到逐渐增大的膨胀作用,当膨胀力大于混凝土抗拉强度时,混凝土保护层便顺筋开裂,使钢筋直接与大气接触,混凝土裂缝区的钢筋比碳化区的钢筋锈蚀更加严重,碳化作用和电化学腐蚀急剧加快,导致电杆结构的崩落破坏。


3.2混凝土的抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性对电杆耐久性的影响


3。2。1抗渗性当水分通过电杆内部孔隙形成的连涌渗水孔道进入杆体后,由于冰冻及环境水中浸蚀性介质的作用,混凝土易受冻融和浸蚀的破坏,这些孔道除产生于施工振捣不密实及裂缝外,主要来源于水泥浆中多余水分蒸发而留下的气孔,以及水泥浆的保水性能不好时,水分淅出的地方形成的毛细管孔隙,这都成为混凝土内部的透水通道及石子等骨料下的水隙。渗水孔道的多少,主要与水灰比的大小有关。水灰比小时抗渗性高,反之则抗渗性低。当水灰比大于0。6时,渗透系数剧增,抗渗性显著下降。


3.2.2抗冻性冻融破坏主要由混凝土材料毛细管孔隙内的水结冰引起。水结冰时体积增大约9%,当材料毛细孔隙中充满水受冻时,水首先在材料表层毛细管颈的部位结成冰,形成冰塞将孔隙水严密封堵起来,若温度继续下降,冰体逐渐增大在管内形成巨大的静水压力,可使毛细管壁受到相应的拉应力,当拉应力超过混凝土的抗拉强度时,毛细管壁将发生局部开裂。外部表现为杆体产生细小裂缝,原来光滑的表层产生疤痕甚至大面积脱落,露出砂石骨料。冻融循环次数越多,混凝土材料破坏越严重,这种现象在我国北方很明显。


3.2.3抗浸蚀性电杆受到环境水的物理和化学作用时,混凝土的氢氧化钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙、水化硫铝酸钙等成份结构被逐步破坏,强度降低,称为环境水浸蚀。其中氢氧化钙能够一定程度地溶解于水(特别是软水);而氢氧化钙、水化铝酸钙等碱性物质,与环境水中的酸类和某此盐类反应,生成新的化合物,或易溶于水,或为松软无胶结力的物质,或者能结晶膨胀,形成有害的内应力而破坏混凝土结构,从而影响到混凝土的耐久性,主要的浸蚀类型有以下几种:


①溶出性浸蚀(软水浸蚀)。溶出性浸蚀的强弱与水质的硬度有关。当环境水冲刷和浸蚀电杆时,氢氧化钙不断被溶解,特别是杆体不够密实或有缝隙时,在压力水作用下,水渗入混凝土内部,将氢氧化钙溶解并渗滤出来。这一过程的连续进行,将使水化硅酸钙和水化铝酸钙进一步分解,导致杆体强度下降和毁坏。


②碳酸性浸蚀。环境水中含有的游离碳酸(CO2)与电杆中的氢氧化钙起化学反应,生成碳酸钙,而碳酸钙又与碳酸起反应,生成易溶于水的碳酸氢钙,反应连续进行将导致杆体强度下降和毁坏。其反应式如下:Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O


(1)CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2


(2)③一般酸性浸蚀。某些地下水或工业废水中的盐酸、硫酸等游离酸类与电杆中的氢氧化钙起作用,生成相应的钙盐,反应式如下:Ca(OH)2+2HCI=CaCI2+2H2O


(3)Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4·2H2O(石膏)


(4)其中氯化钙易溶于水,石膏则在泥石孔隙内结晶,体积膨胀,使混凝土破坏。环境水的pH值越小,则浸蚀性越严重。④硫酸盐浸蚀。海水、地下水及盐沼水等矿物水中的硫酸盐类与电杆中的氢氧化钙起作用,生成石膏。石膏在混凝土孔隙中结晶时体积膨胀,使混凝土破坏;更严重的是,石膏与混凝土中的水化铝酸钙起作用,生成含有大量结晶水的水化硫铝酸钙,其体积增大为原有水化铝酸钙体积的2.5倍左右,能对混凝土起巨大的破坏作用。水化硫铝酸钙呈针状结晶,故常称为“水泥杆菌”,也就是我们常说的“冒碱”。3CaO·Al2O3·6H2O+3(CaSO3·2H2O)+19H2O=3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O


(5)⑤镁盐侵蚀。海水、地下水及其它矿物水中的镁盐与杆体中的氢氧化钙作用,其产物如氯化钙易溶于水、氢氧化镁松软无胶结力、石膏则进而产生上面所述的硫酸盐浸蚀。


4、防治


通过分析电杆受空气和环境水的碳化、渗透、冻融、浸蚀等破坏机理,我们可以找出综合防治电杆老化、提高水泥杆使用寿命的对策,这主要分以下三个阶段:


4。1输电线路的设计阶段根据地质、水文、气侯、工业结构、环境污染等资料,选择相应品种的水泥制造钢筋混凝土电杆。制造电杆的水泥主要有以下几种:


(1)425号普通硅酸盐水泥:最基本品种,应用范围最广。


(2)矿渣硅酸盐水泥:抗溶出性及抗硫酸盐浸蚀的能力强。抗酸性水及镁盐能力差,抗渗及抗冻性较差,碳化作用快,钢筋易锈蚀。


(3)火山灰质硅酸盐水泥:泌水性小,抗渗性能好,但抗冻性差。


(4)粉煤灰硅酸盐水泥:干缩性最小,抗裂,抗浸蚀性好。


(5)抗硫酸盐硅酸水泥:抗硫酸盐及抗冻融性好。沿海地区,盐碱地区,枣庄、新汶等硫化矿地区,淄博等工业废水渗入地区,盐酸、硫酸、硫酸盐和镁盐浸蚀严重,宜采用粉煤灰硅酸盐水泥或抗硫酸盐硅酸电杆或铝酸三硅含量低(8%以下)的普通硅酸盐水泥电杆。泰安等鲁中、鲁西地区冻融频繁(年循环大于50次),最冷月月平均温度低于-8℃,电杆老化病害的形式以冻融破坏为主,宜采用硫酸盐、硅酸水泥电杆。结冰较少的河滩、湖区等地,宜采用火山灰质硅酸盐水泥电杆。


4。2生产厂家的控制工艺


(1)制造工艺严格控制水灰配合,电杆浆桶精工压面,可提高电杆的密实性,减少渗透作用,减轻环境水的浸蚀破坏。加厚混凝土保护层,使之大于混凝土的碳化深度,使钢筋得到保护,使之大于混凝土的碳化深度,使钢筋得到保护,可防锈防裂。加入1.5%-2%钢纤维、玻璃纤维、塑料纤维等材料,离心浇筑制成高强度纤维混凝土电杆,能有效抑制微细裂缝的产生。


(2)添加适当掺加剂掺加剂分无机化合物与有机化合物两种。有机化合物多数是一种表面活性剂,如减水剂(木质素磺酸钙)可减少水和水泥用量,降低水灰比,提高混凝土的强度与耐久性;引气剂(松香热聚物)可提高混凝土的抗渗性、抗冻性和抗裂性。无机化合物多数是电解质盐类,如阻锈剂(NaNO2)等,可有效延长混凝土内钢筋的寿命。


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