新疆地理環(huán)境對(duì)鋼筋混凝土電桿耐久性的影響研究

程亞軍，劉海順，楊經(jīng)綸

（新疆維吾爾自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，新疆 烏魯木齊 830013）

0 引言

隨著國(guó)家電網(wǎng)對(duì)架空線路和變電構(gòu)架的不斷改造升級(jí)，鋼筋混凝土電桿以其耗鋼少、成本低、施工快、維護(hù)少等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電力工程中。然而，隨著時(shí)間的推移和環(huán)境的變化，新疆大部分地區(qū)都普遍存在凍脹破壞和腐蝕性破壞的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了電桿抗腐蝕的能力，使得鋼筋混凝土電桿的耐久性問題已逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。本文根據(jù)新疆地區(qū)某四條輸送電線路中鋼筋混凝土電桿的應(yīng)用現(xiàn)狀實(shí)例，對(duì)影響鋼筋混凝土電桿耐久性的因素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析研究，以便為提高鋼筋混凝土電桿的耐久性和延長(zhǎng)使用年限提供安全可靠的技術(shù)措施或方式方法等。

1 線路概況

（1）35kV 一號(hào)線

該線路長(zhǎng)度 4.32km，單回供電，項(xiàng)目建設(shè)期：2009年6月 10日至 2009年7月 25日。工程 35kV 送電線路在耕地段直線桿選用Φ190 高 15m 及 18m 的拔梢鋼筋混凝土非預(yù)應(yīng)力雙桿，部分跨越采用鐵塔，荒地段采用Φ300 高 18m 的等徑鋼筋混凝土非預(yù)應(yīng)力單桿。轉(zhuǎn)角桿采用Φ300高18m的等徑鋼筋混凝土非預(yù)應(yīng)力雙桿。

（2）35kV 二號(hào)線

該線路長(zhǎng)度 18.42km，單回路架設(shè)，電桿采用非預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土拔梢桿Φ190-12m，15m，18m 及部分鐵塔，項(xiàng)目建設(shè)期 2009年。

（3）35kV 三號(hào)線

該線路長(zhǎng) 19.38km，為改造線路，線路路徑與原線路相同，轉(zhuǎn)角 5 處，全線共用桿塔 104 基，其中鐵塔11 基。計(jì)劃 2009年6月 10日開工，2009年7月 25日竣工。

（4）110kV 四號(hào)線

該線路全長(zhǎng) 93.621km，電壓等級(jí)110kV，單回路架設(shè)，全線共有桿塔 486 基，其中鐵塔 110 基、電桿 376基。本工程分為兩個(gè)標(biāo)段，一標(biāo)段線路長(zhǎng)度為 46km，共有桿塔 223 基，其中混凝土電桿 135 基（直線桿129 基、轉(zhuǎn)角桿 6 基），線路經(jīng)過果園 12km，農(nóng)田地20km，戈壁荒地 4.5km，沙漠 9.5km。二標(biāo)段線路長(zhǎng)47.621km，共有桿塔 263 基，其中混凝土電桿 241 基（直線桿 237 基、轉(zhuǎn)角桿 4 基）、鐵塔 22 基，線路經(jīng)過農(nóng)田地 12km，鹽堿荒地 35.6km。建設(shè)工程設(shè)計(jì)合同注明：設(shè)計(jì)合理使用年限為 10年。

2 研究過程

2.1 巡線檢查

依據(jù) GB/T 4623—2006《環(huán)形混凝土電桿》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)混凝土電桿的表面裂縫情況（縱向裂縫個(gè)數(shù)、最大裂縫長(zhǎng)度、最大裂縫寬度）、外表面露筋、麻面、粘皮及外觀質(zhì)量（外觀顏色變化、混凝土脫落、鋼筋裸露銹蝕）等可見缺陷進(jìn)行了四條線路中全數(shù)量混凝土電桿的現(xiàn)場(chǎng)巡查。四條線路混凝土電桿總計(jì) 646 基，其中錐形混凝土電桿 227 基，等徑混凝土電桿 419 基。其中：35kV一號(hào)線錐形混凝土電桿 15 基，等徑混凝土電桿 2 基；35kV 二號(hào)線錐形混凝土電桿 162 基（原設(shè)計(jì)中有 1 基空缺）；35kV 三號(hào)線錐形混凝土電桿 50 基，等徑混凝土電桿 42 基；110kV 四號(hào)線等徑混凝土電桿 375 基（原設(shè)計(jì)中有 1 基已更換為鐵塔）。

2.2 土質(zhì)、水質(zhì)、電桿混凝土（粉）的取樣及檢驗(yàn)項(xiàng)目

巡線檢查的同時(shí)，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)、水質(zhì)及電桿混凝土（粉）的取樣工作。

土質(zhì)：四條線路分部位共取樣 10 處，參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 176—2008《水泥化學(xué)分析》檢測(cè)其堿含量；依據(jù) GB/T 50123—1999《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》、JTJ 01—2001《新疆鹽漬土地區(qū)公路路基路面設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》檢測(cè)其易溶鹽總量、碳酸根、碳酸氫根、氯根、鈣離子、鎂離子、硫酸根等化學(xué)物質(zhì)含量。

水質(zhì)：四條線路分部位共取樣 6 處，主要參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5750—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》，檢測(cè)其鈣含量、鎂含量、氯化物含量、碳酸鹽含量、碳酸氫鹽含量、硫化物含量等。

電桿混凝土（粉）：四條線路分部位共取樣 15處，參考標(biāo)準(zhǔn) GB/T 176—2008《水泥化學(xué)分析》檢測(cè)其堿含量、氯離子、氧化鎂、氧化鈣、三氧化硫等化學(xué)物質(zhì)含量，并采用 SEM（掃描電鏡）、EDS（能譜分析）等進(jìn)行混凝土微觀形貌觀測(cè)，化學(xué)元素組成及占比分析等。

2.3 混凝土電桿的取樣及檢驗(yàn)項(xiàng)目

四條線路共更換混凝土電桿 16 基，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) GB/T 4623—2006《環(huán)形混凝土電桿》，對(duì)取出的混凝土電桿 16 基共計(jì) 50個(gè)桿段進(jìn)行力學(xué)性能、混凝土保護(hù)層厚度、混凝土碳化深度、防腐層長(zhǎng)度/高度及電桿主鋼筋銹蝕檢查等項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 混凝土電桿外觀質(zhì)量

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，35kV 一號(hào)線：線路混凝土電桿總數(shù) 17基，發(fā)現(xiàn)明顯可見外觀缺陷的電桿基數(shù) 17 基，占比100%；35kV 二號(hào)線：線路混凝土電桿總數(shù) 162 基，發(fā)現(xiàn)明顯可見外觀缺陷的電桿基數(shù) 78 基，占比 48.1%；35kV 三號(hào)線：線路混凝土電桿總數(shù) 92 基，發(fā)現(xiàn)明顯可見外觀缺陷的電桿基數(shù) 75 基，占比 81.5%；110kV 四號(hào)線：線路混凝土電桿總數(shù) 375 基，發(fā)現(xiàn)明顯可見外觀缺陷的電桿基數(shù) 337 基，占比 89.9%。外觀質(zhì)量缺陷巡查結(jié)果匯總見表 1 及表 2，部分線路缺陷混凝土外觀照片見圖 1。

表1 外觀質(zhì)量缺陷巡查結(jié)果匯總表

表2 可見外觀缺陷占比線路總基數(shù)匯總表

圖1 部分線路有缺陷混凝土電桿照

3.2 現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)樣品檢測(cè)

參考標(biāo)準(zhǔn) GB/T 176—2008《水泥化學(xué)分析》；GB/T 50123—1999《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》、JTJ 01—2001《新疆鹽漬土地區(qū)公路路基路面設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》對(duì)現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)樣品進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)見表 3。

結(jié)果分析：現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)樣品中含有氯離子/硫酸根離子濃度較大，對(duì)混凝土電桿中的鋼筋銹蝕/混凝土的膨脹型結(jié)晶產(chǎn)物（如：鈣礬石、石膏）等的生成提供了物質(zhì)來源。

表3 現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)樣品檢測(cè)結(jié)果匯總表

3.3 現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)檢測(cè)

主要參考標(biāo)準(zhǔn) GB/T 5750—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)樣品進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)見表 4。結(jié)果分析：現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)樣品中的氯化物和硫化物含量較高，對(duì)混凝土的膨脹開裂及鋼筋的銹蝕提供了有害物質(zhì)來源。

表4 現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)樣品檢測(cè)數(shù)據(jù)匯總表

3.4 現(xiàn)場(chǎng)混凝土（粉）檢測(cè)

參考標(biāo)準(zhǔn) GB/T 176—2008《水泥化學(xué)分析》檢測(cè)其化學(xué)物質(zhì)含量，混凝土（粉）化學(xué)物質(zhì)含量檢測(cè)結(jié)果見表 5。

結(jié)果分析：參考 GB 50164—92《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》（文中提到的混凝土電桿是在 2009年生產(chǎn)出來并竣工的，所以采用該版標(biāo)準(zhǔn)）第 2.3.4 條 混凝土拌合物總的氯化物總含量（以氯離子重量計(jì)）應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)中“對(duì)在潮濕并含有氯離子環(huán)境中的鋼筋混凝土，不得超過水泥重量的 0.1%”的規(guī)定，混凝土（粉）樣品中的氯離子含量超出了控制范圍，對(duì)混凝土中的鋼筋銹蝕的發(fā)生有著促進(jìn)作用，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致混凝土的膨脹開裂。

表5 部分混凝土（粉）化學(xué)物質(zhì)含量檢測(cè)結(jié)果 %

采用 SEM（掃描電鏡）混凝土微觀形貌觀測(cè)。部分圖譜見圖 2。

觀測(cè)結(jié)果：混凝土（粉）中膠凝材料基本完全水化，水化產(chǎn)物主要為水化 CSH 凝膠，較為顯著的鈣礬石產(chǎn)物相在 35kV 三號(hào)線 017號(hào)線桿、110kV 四號(hào)線115號(hào)線桿、110kV 四號(hào)線 412號(hào)線桿的混凝土樣品中觀測(cè)到。

運(yùn)用 X 射線能譜儀（EDS）對(duì)取自現(xiàn)場(chǎng)的 16個(gè)混凝土（粉）樣進(jìn)行元素含量分析，部分結(jié)果匯總見表 5及表 6。

圖2 部分混凝土（粉）掃描電子顯微鏡下微觀形貌圖

表6 部分混凝土（粉）EDS 檢測(cè)結(jié)果

由表 6 檢測(cè)結(jié)果可知，氯元素的占比為 31.2%，硫元素的占比為 18.8%。樣品中礦物相主要組成為 SiO2、CaCO3、CaMg(CO3)2以及水化硅酸鈣等產(chǎn)物，具體到各個(gè)樣品還略有差異，16個(gè)樣品中鈣礬石相明顯和較明顯的有 8個(gè)，占比樣品總數(shù)為 50%。

3.5 混凝土電桿的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) GB/T 4623—2006《環(huán)形混凝土電桿》，對(duì)更換取出的混凝土電桿桿段樣品進(jìn)行力學(xué)性能、混凝土保護(hù)層厚度、碳化深度、防腐層長(zhǎng)度/高度及主筋銹蝕檢查等項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果匯總見表 7；力學(xué)性能檢測(cè)試驗(yàn)前桿身外觀質(zhì)量檢查匯總見表8；混凝土保護(hù)層厚度、碳化深度、防腐層長(zhǎng)度/高度及主筋銹蝕檢查檢測(cè)結(jié)果匯總見表 9。

表7 部分力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果匯總表

表8 部分力學(xué)性能檢測(cè)試驗(yàn)前桿身外觀質(zhì)量檢查匯總表

表9 部分混凝土保護(hù)層厚度、碳化深度、防腐層長(zhǎng)度/高度及主筋銹蝕檢查檢測(cè)結(jié)果匯總表

統(tǒng)計(jì)分析：力學(xué)性能試驗(yàn)的樣品由未見明顯可見缺陷的 7 基、有可見缺陷但相對(duì)較輕的 5 基、有可見缺陷、嚴(yán)重的 4 基電桿組成，總計(jì) 16 基 50個(gè)桿段。其中：能達(dá)到承載力檢驗(yàn)彎矩試驗(yàn)要求、同時(shí)裂縫寬度及撓度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的有 3個(gè)桿段，均為未見明顯可見缺陷的桿段，（裂縫寬度、撓度及承載力彎矩 3個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目同時(shí)符合要求）占比樣品總數(shù)的 6%；裂縫寬度或撓度結(jié)果不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求但殘余承載力檢驗(yàn)彎矩超過標(biāo)準(zhǔn)要求的有 5個(gè)桿段，占比樣品總數(shù)的 10%；裂縫寬度或撓度結(jié)果不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求但殘余承載力檢驗(yàn)彎矩達(dá)到規(guī)定要求承載力檢驗(yàn)彎矩 76%～99.6% 的有 42個(gè)桿段，占比樣品總數(shù)的 84%。結(jié)合表 7，樣品存在可視外觀缺陷情況下，其可見缺陷的不同嚴(yán)重程度（裂縫的長(zhǎng)度、寬度、數(shù)量及較小面積的混凝土脫落）對(duì)桿身殘余承載力彎矩的影響關(guān)聯(lián)不是十分明顯，但對(duì)試驗(yàn)后的裂縫寬度和撓度的影響關(guān)聯(lián)相對(duì)較為明顯。

統(tǒng)計(jì)分析：（1）混凝土保護(hù)層厚度測(cè)定點(diǎn)數(shù) 150個(gè)，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求點(diǎn)數(shù) 114個(gè)，占比測(cè)點(diǎn)總數(shù) 76%，混凝土保護(hù)層厚度符合標(biāo)準(zhǔn)要求桿段 5個(gè)，占比桿段總數(shù) 10%。（2）碳化深度測(cè)定點(diǎn)數(shù) 100個(gè)，超過 3mm 碳化深度點(diǎn)數(shù) 7個(gè)，占比測(cè)點(diǎn)總數(shù)的 7%，混凝土碳化對(duì)性能的影響程度不明顯。（3）防腐層長(zhǎng)度/高度檢查：35kV 一號(hào)線 1 基 2 桿，符合要求；35kV 二號(hào)線 4 基 4桿，均不符合要求；35kV 三號(hào)線 3 基 4 桿其中 1 桿符合要求，3 桿不符合要求；110kV 四號(hào)線 8 基 16 桿，其中 4 桿符合要求，12 桿不符合要求。（4）力學(xué)性能試驗(yàn)后新破混凝土檢查主筋銹蝕情況，所有 50 桿段樣品的主筋均有不同程度銹蝕現(xiàn)象。

4 結(jié)論

（1）由于新疆地理環(huán)境和施工現(xiàn)場(chǎng)情況的復(fù)雜性，鋼筋混凝土電桿在運(yùn)輸、堆放和施工安裝的過程中，如果在高有害物質(zhì)環(huán)境下無有效的隔離或防護(hù)，自然堆放時(shí)間又較長(zhǎng)，電桿根部的防腐層處理再不符合設(shè)計(jì)要求等，都將直接導(dǎo)致鋼筋混凝土電桿受到外界環(huán)境中硫酸鹽和氯離子等有害物質(zhì)的侵蝕，對(duì)鋼筋混凝土電桿的耐久性產(chǎn)生明顯不利的影響。

（2）鋼筋混凝土電桿在稻田、棉田、果園、荒沙地、荒土地及灘涂地等組成的地理環(huán)境中使用，由于自然及人工作業(yè)等因素，果園、稻田、棉田有季節(jié)性澆灌水作業(yè)，灘涂地有季節(jié)性自然積水，部分荒沙地、荒土地有季節(jié)性洪水浸襲現(xiàn)象，這其中棉田的冬季排堿灌水作業(yè)及灘涂地的嚴(yán)重自然積水，在冬春季節(jié)形成了自然環(huán)境下的含水較高的凍融循環(huán)。經(jīng)本研究發(fā)現(xiàn)，棉田環(huán)境及灘涂地自然積水嚴(yán)重地塊環(huán)境中的鋼筋混凝土電桿，相對(duì)損傷數(shù)量及損傷程度均明顯高于其它地塊環(huán)境中混凝土電桿的損傷情況，有排堿灌水作業(yè)的地塊環(huán)境或自然積水嚴(yán)重的地塊環(huán)境，更是大大縮短了鋼筋混凝土電桿的有效使用年限。