新疆南疆高鹽堿地區高壓輸電線路中鋼筋混凝土電桿服役現狀分析

洪軍，羅志明，孟仝，周揚，王昱珩

（新疆維吾爾自治區產品質量監督檢驗研究院，新疆 烏魯木齊 830013）

0 引言

鋼筋混凝土電桿大多是由混凝土和鋼筋復合，采用離心成型，快速蒸汽養護而成的環形薄壁中空結構。其中，混凝土多采用水泥、砂石骨料及水進行比例攪拌，坍落度一般控制在 30～50mm。

本次鋼筋混凝土電桿外觀質量數據收集時間為2017 年 9 月至 2018 年 2 月，位于新疆阿克蘇地區的四條典型高壓電力輸送線路（分別以線路一至線路四表示）。線路一全長 5km，輸電電壓 35kV；線路二全長15km，輸電電壓 35kV；線路三全長 23km，輸電電壓35kV；線路四全長 93.621km，輸電電壓 110kV。四條線路始建于 2007 年至 2009 年，總計使用鋼筋混凝土電桿 646 基，其中錐形鋼筋混凝土電桿 227 基，等徑鋼筋混凝土電桿 419 基。使用年限為 8～10 年。電桿損壞情況見表 1和圖 1 所示。

1 檢測分析方案

表 1 鋼筋混凝土電桿損壞情況統計表

鋼筋混凝土電桿服役劣化因素可分為外因和內因。外因則可分為電桿根基處水質及土質、大氣氣候、輸電電壓等；而內因則是混凝土和鋼筋特性。

圖 1 可見明顯損壞的部分鋼筋混凝土電桿

因此，對四條線路沿途存在明顯影響到電桿基礎的附近地區積水取樣，參考標準 GB/T 5750—2006《生活飲用水衛生標準檢驗方法》，檢測其鈣含量、鎂含量、氯化物含量、碳酸鹽含量、碳酸氫鹽含量、硫化物含量；在電桿基礎附近地表土壤取樣，參考標準 GB/T 50123—1999《土工試驗方法標準》、JTJ 01—2001《新疆鹽漬土地區公路路基路面設計與施工規范》檢測其碳酸根、碳酸氫根、氯根、鈣離子、鎂離子、硫酸根等化學物質含量；在四條線路中外觀損傷明顯的鋼筋混凝土電桿上取混凝土樣品，參考標準 GB/T 176—2008《水泥化學分析》檢測其堿含量、氯離子、氧化鎂、氧化鈣、三氧化硫等化學物質含量，同時采用掃描電鏡（SEM）、X 射線能譜儀（EDS）等進行混凝土微觀形貌觀測、化學元素組成及占比分析及礦物相分析；對更換下來的不同線路不同損壞程度的鋼筋混凝土電桿，參考標準 GB/T 4623—2006《環形混凝土電桿》，進行力學性能、混凝土保護層厚度、混凝土碳化深度及電桿主鋼筋銹蝕檢查等進行檢測。

2 檢測結果及綜合分析

2.1 電桿根基處水質及土質檢測

電桿根基所處水質檢測數據見表 2，土壤樣品檢測數據見表 3。

表 2 電桿根基處水質檢測數據 mg/L

由表 2 和表 3 的檢測結果可知，電桿根基處水質及土質氯化物和硫化物含量較高，根據鋼筋混凝土破壞劣化機理表明，對混凝土的膨脹型結晶產物（如：鈣礬石、石膏）生成提供了有害物質來源，也對鋼筋的銹蝕提供了有害物質來源。

2.2 電桿混凝土樣品檢測

電桿混凝土樣品的化學物質含量檢測數據見表 4。

由表 4 分析可知：混凝土樣品中的氯離子含量均超過了 0.1%，若換算成水泥質量百分比，則氯離子含量遠超 0.1%，超過了 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規程》中的潮濕而含有氯離子環境、鹽漬土環境下鋼筋混凝土的限值，對混凝土中的鋼筋銹蝕的發生有著促進作用，同時也會導致混凝土的膨脹開裂。

表 3 土壤樣品檢測數據 mmol/kg

表 4 混凝土樣品化學物質含量檢測數據 %

作為佐證，本文采用掃描電鏡（SEM）對混凝土樣品進行微觀形貌觀測，大多數樣品中膠凝材料基本完全水化，主要水化產物為水化 CSH 凝膠，同時也觀測到了較為顯著的鈣礬石產物相，對應觀測圖譜見圖 2。

同時，X 射線能譜儀（EDS）對混凝土樣品進行元素分析及礦物相分析，結果見表 5。檢測結果顯示：氯元素的含量較高，同時也存在鈣礬石相，也同時與表 4的檢測結果具有一致性。

2.3 鋼筋混凝土力學及混凝土特性檢測

依據國家標準 GB/T 4623—2006《環形混凝土電桿》，對混凝土電桿桿段樣品進行力學性能、混凝土保護層厚度、碳化深度、主筋銹蝕檢查等進行檢測。結果見表 6。

綜合表 6，在鋼筋混凝土電桿服役 8～10 年后，其承載力檢驗能基本滿足承載力設計要求，但破壞力檢驗時普遍不滿足，此外混凝土保護層厚度普遍不滿足設計要求，但碳化深度都普遍較小，主鋼筋均有不同程度銹蝕現象。

3 結論

（1）從鋼筋混凝土電桿外觀質量和力學特性上分析，新疆南疆地區使用 8～10 年的鋼筋混凝土電桿，實際承載能力僅僅只能達到設計承載能力，已經完全失去了相應的安全系數，存在著嚴重的安全隱患。

（2）從鋼筋混凝土電桿所處環境介質分析，新疆南疆（阿克蘇）地區普遍為高氯鹽環境，為鋼筋銹蝕加劇提供了有害物質來源。

（3）從混凝土樣品中化學組分、掃描電鏡以及 X射線能譜儀分析可知，混凝土內部氯鹽含量較大，存在鈣礬石相。如是在忽略由于混凝土及其原材料引起的情況下，可以認為環境介質中的氯離子侵入到了混凝土中，加劇了鋼筋銹蝕，而混凝土碳化深度都普遍較小，主鋼筋均有不同程度銹蝕現象則進一步給出了證明。

（4）本文以服役 8～10 年的鋼筋混凝土電桿作為研究對象，無法從混凝土所用原材料、鋼材質量等內部因素分析，也無法通過運輸安裝、防腐處理、外界氣候特點、高電壓環境等外界因素進行分析。

事實上，普通混凝土生產工藝的鋼筋混凝土電桿在新疆南疆高鹽堿地區環境中實際使用時，僅 2～4 年即會出現混凝土開裂現象。而通過摻入摻合料，如粉煤灰、礦渣料或含硅灰外加劑等，改善混凝土配比，降低外界有害介質侵入性，有針對性地提高混凝土生產工藝，才能使鋼筋混凝土電桿的使用年限得以提高。

圖 2 混凝土樣品（SEM）微觀形貌圖譜

表 5 混凝土樣品 X 射線能譜儀（EDS）分析結果

表 6 鋼筋混凝土電桿力學及混凝土特性檢測結果