新疆地理环境对钢筋混凝土电杆耐久性的影响研究

程亚军，刘海顺，杨经纶

（新疆维吾尔自治区产品质量监督检验研究院，新疆 乌鲁木齐 830013）

0 引言

随着国家电网对架空线路和变电构架的不断改造升级，钢筋混凝土电杆以其耗钢少、成本低、施工快、维护少等优点，被广泛应用于电力工程中。然而，随着时间的推移和环境的变化，新疆大部分地区都普遍存在冻胀破坏和腐蚀性破坏的现象，严重影响了电杆抗腐蚀的能力，使得钢筋混凝土电杆的耐久性问题已逐渐成为人们关注的焦点。本文根据新疆地区某四条输送电线路中钢筋混凝土电杆的应用现状实例，对影响钢筋混凝土电杆耐久性的因素进行统计分析研究，以便为提高钢筋混凝土电杆的耐久性和延长使用年限提供安全可靠的技术措施或方式方法等。

1 线路概况

（1）35kV 一号线

该线路长度 4.32km，单回供电，项目建设期：2009年6月 10日至 2009年7月 25日。工程 35kV 送电线路在耕地段直线杆选用Φ190 高 15m 及 18m 的拔梢钢筋混凝土非预应力双杆，部分跨越采用铁塔，荒地段采用Φ300 高 18m 的等径钢筋混凝土非预应力单杆。转角杆采用Φ300高18m的等径钢筋混凝土非预应力双杆。

（2）35kV 二号线

该线路长度 18.42km，单回路架设，电杆采用非预应力钢筋混凝土拔梢杆Φ190-12m，15m，18m 及部分铁塔，项目建设期 2009年。

（3）35kV 三号线

该线路长 19.38km，为改造线路，线路路径与原线路相同，转角 5 处，全线共用杆塔 104 基，其中铁塔11 基。计划 2009年6月 10日开工，2009年7月 25日竣工。

（4）110kV 四号线

该线路全长 93.621km，电压等级110kV，单回路架设，全线共有杆塔 486 基，其中铁塔 110 基、电杆 376基。本工程分为两个标段，一标段线路长度为 46km，共有杆塔 223 基，其中混凝土电杆 135 基（直线杆129 基、转角杆 6 基），线路经过果园 12km，农田地20km，戈壁荒地 4.5km，沙漠 9.5km。二标段线路长47.621km，共有杆塔 263 基，其中混凝土电杆 241 基（直线杆 237 基、转角杆 4 基）、铁塔 22 基，线路经过农田地 12km，盐碱荒地 35.6km。建设工程设计合同注明：设计合理使用年限为 10年。

2 研究过程

2.1 巡线检查

依据 GB/T 4623—2006《环形混凝土电杆》标准对混凝土电杆的表面裂缝情况（纵向裂缝个数、最大裂缝长度、最大裂缝宽度）、外表面露筋、麻面、粘皮及外观质量（外观颜色变化、混凝土脱落、钢筋裸露锈蚀）等可见缺陷进行了四条线路中全数量混凝土电杆的现场巡查。四条线路混凝土电杆总计 646 基，其中锥形混凝土电杆 227 基，等径混凝土电杆 419 基。其中：35kV一号线锥形混凝土电杆 15 基，等径混凝土电杆 2 基；35kV 二号线锥形混凝土电杆 162 基（原设计中有 1 基空缺）；35kV 三号线锥形混凝土电杆 50 基，等径混凝土电杆 42 基；110kV 四号线等径混凝土电杆 375 基（原设计中有 1 基已更换为铁塔）。

2.2 土质、水质、电杆混凝土（粉）的取样及检验项目

巡线检查的同时，进行了现场土质、水质及电杆混凝土（粉）的取样工作。

土质：四条线路分部位共取样 10 处，参考标准GB/T 176—2008《水泥化学分析》检测其碱含量；依据 GB/T 50123—1999《土工试验方法标准》、JTJ 01—2001《新疆盐渍土地区公路路基路面设计与施工规范》检测其易溶盐总量、碳酸根、碳酸氢根、氯根、钙离子、镁离子、硫酸根等化学物质含量。

水质：四条线路分部位共取样 6 处，主要参考标准GB/T 5750—2006《生活饮用水卫生标准检验方法》，检测其钙含量、镁含量、氯化物含量、碳酸盐含量、碳酸氢盐含量、硫化物含量等。

电杆混凝土（粉）：四条线路分部位共取样 15处，参考标准 GB/T 176—2008《水泥化学分析》检测其碱含量、氯离子、氧化镁、氧化钙、三氧化硫等化学物质含量，并采用 SEM（扫描电镜）、EDS（能谱分析）等进行混凝土微观形貌观测，化学元素组成及占比分析等。

2.3 混凝土电杆的取样及检验项目

四条线路共更换混凝土电杆 16 基，依据标准 GB/T 4623—2006《环形混凝土电杆》，对取出的混凝土电杆 16 基共计 50个杆段进行力学性能、混凝土保护层厚度、混凝土碳化深度、防腐层长度/高度及电杆主钢筋锈蚀检查等项目的现场检测。

3 数据分析

3.1 混凝土电杆外观质量

经统计，35kV 一号线：线路混凝土电杆总数 17基，发现明显可见外观缺陷的电杆基数 17 基，占比100%；35kV 二号线：线路混凝土电杆总数 162 基，发现明显可见外观缺陷的电杆基数 78 基，占比 48.1%；35kV 三号线：线路混凝土电杆总数 92 基，发现明显可见外观缺陷的电杆基数 75 基，占比 81.5%；110kV 四号线：线路混凝土电杆总数 375 基，发现明显可见外观缺陷的电杆基数 337 基，占比 89.9%。外观质量缺陷巡查结果汇总见表 1 及表 2，部分线路缺陷混凝土外观照片见图 1。

表1 外观质量缺陷巡查结果汇总表

表2 可见外观缺陷占比线路总基数汇总表

图1 部分线路有缺陷混凝土电杆照

3.2 现场土质样品检测

参考标准 GB/T 176—2008《水泥化学分析》；GB/T 50123—1999《土工试验方法标准》、JTJ 01—2001《新疆盐渍土地区公路路基路面设计与施工规范》对现场土质样品进行检测，检测数据见表 3。

结果分析：现场土质样品中含有氯离子/硫酸根离子浓度较大，对混凝土电杆中的钢筋锈蚀/混凝土的膨胀型结晶产物（如：钙矾石、石膏）等的生成提供了物质来源。

表3 现场土质样品检测结果汇总表

3.3 现场水质检测

主要参考标准 GB/T 5750—2006《生活饮用水卫生标准检验方法》对现场水质样品进行检测，检测数据见表 4。结果分析：现场水质样品中的氯化物和硫化物含量较高，对混凝土的膨胀开裂及钢筋的锈蚀提供了有害物质来源。

表4 现场水质样品检测数据汇总表

3.4 现场混凝土（粉）检测

参考标准 GB/T 176—2008《水泥化学分析》检测其化学物质含量，混凝土（粉）化学物质含量检测结果见表 5。

结果分析：参考 GB 50164—92《混凝土质量控制标准》（文中提到的混凝土电杆是在 2009年生产出来并竣工的，所以采用该版标准）第 2.3.4 条 混凝土拌合物总的氯化物总含量（以氯离子重量计）应符合标准中“对在潮湿并含有氯离子环境中的钢筋混凝土，不得超过水泥重量的 0.1%”的规定，混凝土（粉）样品中的氯离子含量超出了控制范围，对混凝土中的钢筋锈蚀的发生有着促进作用，同时也会导致混凝土的膨胀开裂。

表5 部分混凝土（粉）化学物质含量检测结果 %

采用 SEM（扫描电镜）混凝土微观形貌观测。部分图谱见图 2。

观测结果：混凝土（粉）中胶凝材料基本完全水化，水化产物主要为水化 CSH 凝胶，较为显著的钙矾石产物相在 35kV 三号线 017号线杆、110kV 四号线115号线杆、110kV 四号线 412号线杆的混凝土样品中观测到。

运用 X 射线能谱仪（EDS）对取自现场的 16个混凝土（粉）样进行元素含量分析，部分结果汇总见表 5及表 6。

图2 部分混凝土（粉）扫描电子显微镜下微观形貌图

表6 部分混凝土（粉）EDS 检测结果

由表 6 检测结果可知，氯元素的占比为 31.2%，硫元素的占比为 18.8%。样品中矿物相主要组成为 SiO2、CaCO3、CaMg(CO3)2以及水化硅酸钙等产物，具体到各个样品还略有差异，16个样品中钙矾石相明显和较明显的有 8个，占比样品总数为 50%。

3.5 混凝土电杆的现场检测

依据标准 GB/T 4623—2006《环形混凝土电杆》，对更换取出的混凝土电杆杆段样品进行力学性能、混凝土保护层厚度、碳化深度、防腐层长度/高度及主筋锈蚀检查等项目的现场检测。力学性能检测结果汇总见表 7；力学性能检测试验前杆身外观质量检查汇总见表8；混凝土保护层厚度、碳化深度、防腐层长度/高度及主筋锈蚀检查检测结果汇总见表 9。

表7 部分力学性能检测结果汇总表

表8 部分力学性能检测试验前杆身外观质量检查汇总表

表9 部分混凝土保护层厚度、碳化深度、防腐层长度/高度及主筋锈蚀检查检测结果汇总表

统计分析：力学性能试验的样品由未见明显可见缺陷的 7 基、有可见缺陷但相对较轻的 5 基、有可见缺陷、严重的 4 基电杆组成，总计 16 基 50个杆段。其中：能达到承载力检验弯矩试验要求、同时裂缝宽度及挠度达到标准要求的有 3个杆段，均为未见明显可见缺陷的杆段，（裂缝宽度、挠度及承载力弯矩 3个检测项目同时符合要求）占比样品总数的 6%；裂缝宽度或挠度结果不能满足标准要求但残余承载力检验弯矩超过标准要求的有 5个杆段，占比样品总数的 10%；裂缝宽度或挠度结果不能满足标准要求但残余承载力检验弯矩达到规定要求承载力检验弯矩 76%～99.6% 的有 42个杆段，占比样品总数的 84%。结合表 7，样品存在可视外观缺陷情况下，其可见缺陷的不同严重程度（裂缝的长度、宽度、数量及较小面积的混凝土脱落）对杆身残余承载力弯矩的影响关联不是十分明显，但对试验后的裂缝宽度和挠度的影响关联相对较为明显。

统计分析：（1）混凝土保护层厚度测定点数 150个，不符合标准要求点数 114个，占比测点总数 76%，混凝土保护层厚度符合标准要求杆段 5个，占比杆段总数 10%。（2）碳化深度测定点数 100个，超过 3mm 碳化深度点数 7个，占比测点总数的 7%，混凝土碳化对性能的影响程度不明显。（3）防腐层长度/高度检查：35kV 一号线 1 基 2 杆，符合要求；35kV 二号线 4 基 4杆，均不符合要求；35kV 三号线 3 基 4 杆其中 1 杆符合要求，3 杆不符合要求；110kV 四号线 8 基 16 杆，其中 4 杆符合要求，12 杆不符合要求。（4）力学性能试验后新破混凝土检查主筋锈蚀情况，所有 50 杆段样品的主筋均有不同程度锈蚀现象。

4 结论

（1）由于新疆地理环境和施工现场情况的复杂性，钢筋混凝土电杆在运输、堆放和施工安装的过程中，如果在高有害物质环境下无有效的隔离或防护，自然堆放时间又较长，电杆根部的防腐层处理再不符合设计要求等，都将直接导致钢筋混凝土电杆受到外界环境中硫酸盐和氯离子等有害物质的侵蚀，对钢筋混凝土电杆的耐久性产生明显不利的影响。

（2）钢筋混凝土电杆在稻田、棉田、果园、荒沙地、荒土地及滩涂地等组成的地理环境中使用，由于自然及人工作业等因素，果园、稻田、棉田有季节性浇灌水作业，滩涂地有季节性自然积水，部分荒沙地、荒土地有季节性洪水浸袭现象，这其中棉田的冬季排碱灌水作业及滩涂地的严重自然积水，在冬春季节形成了自然环境下的含水较高的冻融循环。经本研究发现，棉田环境及滩涂地自然积水严重地块环境中的钢筋混凝土电杆，相对损伤数量及损伤程度均明显高于其它地块环境中混凝土电杆的损伤情况，有排碱灌水作业的地块环境或自然积水严重的地块环境，更是大大缩短了钢筋混凝土电杆的有效使用年限。