电力杆塔地脚螺栓的防腐处理研究

甘徐

(广西电网有限责任公司玉林供电局，广西 玉林 537000)

1 引言

随着我国社会和经济的飞速发展，电力需求日益增长推动着电网规模的快速扩张。电力杆塔是输电线路的基本构成部分，在电力传输的过程中发挥着重要作用。电力杆塔由塔身、杆塔基础、接地线、绝缘子以及各类金具组成，在实际投入运行过程中，杆塔各部分所受外力会对由地脚螺栓固定的杆塔基础形成上拔力及下压力，并通过基础传导至大地。然而电力杆塔长期暴露于野外的复杂环境下，作为杆塔基础重要构成的地脚螺栓因经常处于各种恶劣环境中，导致材料性能下降，有时在运维过程中就被发现存在各类锈蚀的问题，对电力杆塔的正常运行造成严重威胁。因此有必要对电力杆塔地脚螺栓开展防腐处理研究，稳固杆塔基础保障杆塔安全稳定运行，进而保障电力的可靠传输，提高企业社会经济效益。

2 电力杆塔地脚螺栓腐蚀防护现状

电力杆塔长期暴露于复杂环境中会对杆塔各部分机械结构带来的不可避免的腐蚀，轻则导致杆塔设备运行寿命缩短，重则导致杆塔倒塌，因此防腐投入在此类设备的运行维护成本中占有较大的比重。根据相关统计结果显示，2014年我国因腐蚀造成的金属失效价值约为GDP的3.34%，成本超过2万亿人民币，其中类似于电力杆塔等设备所产生的腐蚀损耗超过50%[1，2]。电力杆塔由于其高度较高、横截面较小，对风载荷敏感，所以电力杆塔的基础牢固程度显得十分重要，而地脚螺栓又是杆塔基础中至关重要的组成部分。现目前的地脚螺栓防腐处理现状存在以下问题。

(1)长期暴露在复杂环境中，影响螺栓使用寿命。传统的防腐处理方法通常是在地脚螺栓的表面涂上一层油漆。短时间内可以起到比较好的作用，但是长时间下来，随着雨水冲刷和氧气的腐蚀容易导致油漆防护失效，地脚螺栓出现锈蚀问题，影响杆塔稳定性。

(2)螺栓保护帽与塔座板接触面腐蚀。对于地脚螺栓另一个较为有效的防腐措施是安装螺栓保护帽，可防止螺栓的裸露部分出现大面积腐蚀。但由于安装紧固性的问题，保护帽与塔座板结合面存在氧气浓度差异且容易积水，因此在结合面上容易发生腐蚀，长时间发展将会进一步地腐蚀到地脚螺栓本体。

(3)安装、拆卸难度较大。当地脚螺栓受到腐蚀、氧化的损伤时，需要对其进行维护与更换，但由于腐蚀的地脚螺栓存在不稳定问题，导致安全和拆卸工作的进行十分困难。

3 电力杆塔地脚螺栓常见腐蚀原因分析

3.1 介质引起的腐蚀

金属材料受周围介质的影响容易发生腐蚀，按腐蚀机制可将金属腐蚀分为化学腐蚀、电化学腐蚀及物质腐蚀三类，按腐蚀环境可分为大气腐蚀、土壤腐蚀、海水腐蚀、生物腐蚀、高温气体腐蚀、熔盐腐蚀等多种类别。此外，电力杆塔地脚螺栓还易受到缝隙腐蚀与尖端腐蚀两种电化学腐蚀的影响。缝隙腐蚀通常发生在地脚螺栓表面与垫片、垫圈、保护帽的接触面、表面沉积物等部分，并且比通常铁锈发生的电化学腐蚀程度更加迅速、严重[3]。尖端腐蚀是由于尖端部位电荷聚发生电荷转移现象导致电化学腐蚀，通常发生在地脚螺栓的棱角、螺纹等部分。

在杆塔地脚螺栓的实际使用过程中除了环境因素会造成腐蚀，材料、外力在结构方面对地脚螺栓的影响也是造成腐蚀的重要原因。

3.2 选材及连接问题造成的腐蚀

金属材料对于地脚螺栓防腐非常重要，材料选用不当或构成成分偏离要求、加工不良都会严重影响地脚螺栓的耐腐蚀性能。部分杆塔的地脚螺栓采用42CrMo碳钢，螺母和垫片为40钢或碳钢。不同材质之间电连接并存在电解质时，阳极将会发生电偶腐蚀。

图1 地脚螺栓腐蚀

3.3 应力、载荷变化引起的腐蚀

地脚螺栓在实际投入运行的过程中，杆塔承受的载荷力以及各类外力会以上拔力与下压力的形式传导至地脚螺栓，应力和载荷变化的共同作用加剧了螺栓的腐蚀，导致开裂、疲劳断裂等问题。

4 电力杆塔地脚螺栓防腐处理措施

4.1 螺栓材质选择与改良

电力杆塔地脚螺栓通常选用Q235、Q345、35号碳素钢、45碳素钢等碳钢作为螺栓主体材料，存在易断、焊接困难、抗腐蚀性较弱等问题。在某些特殊应用情况下，可以采用在钢材料中添加铬元素的以及钼元素的40Cr、42CrMo合金钢。在钢中添加铬元素后将使合金钢内部铁钝化以提升抗腐蚀能力，加入钼能促使不锈钢表面钝化，增强合金钢材料的抗点腐蚀和缝隙腐蚀的能力。在部分对地脚螺栓强度及混凝土裹握力要求不高，但对抗腐蚀性要求较高的情况下，可以用耐腐蚀性更强的镁铝合金和铜质金属进行地脚螺栓材质改良，但此类螺栓适用范围较小，加工周期长，因此在进行螺栓材质选择时应综合考虑各方面因素确定地脚螺栓应选用何种材质。

4.2 螺栓金属电镀层防护

金属电镀利用电极通过电流使特定金属附着在地脚螺栓表面，通常采用抗腐蚀性较强的金属如铬、镍、锌、锡在地脚螺栓表面形成一层电镀层，将螺栓与外界环境进行物理隔离，达到防腐的目的。电镀层与空气的氧气接触还会氧化形成一层氧化物薄膜，该层氧化物薄膜可有效减缓地脚螺栓的腐蚀进程。在正常完整的情况下，氧化物薄膜抗腐蚀性较强，腐蚀速度较慢；当薄膜出现破损时，较为活泼的电镀层金属还可通过牺牲阳极的电化学腐蚀来实现对螺栓的长时间保护。但由于电镀层会降低地脚螺栓与土壤之间的裹握力，此类保护方法的适应范围有限，可用于中小型钢结构工程。

4.3 螺栓表面涂层防护

对于地脚螺栓防腐处理，另一种有效且较为常见的措施是在螺栓表面涂刷非金属镀层类的防锈油漆涂料。油漆涂料的涂层体系由底漆、中层漆和面漆组成，三层构成从防蚀、抗渗、据物理侵入方面形成有效防护整体。底漆常采用富锌涂料，需要有较好的附着力能够与地脚螺栓形成紧密贴合，并且能够延缓腐蚀；中层漆为过渡层，有抵抗雨水、污秽渗透的作用；面漆则是最外层防线，起着抵抗各类腐蚀物质与外部应力的作用。与富锌涂料相匹配的中层、面层涂料有环氧树脂类、聚氨酯类、氟碳类等。其他的涂层防护还可在表面涂抹黄油、机油等防锈类油脂以达到短期防腐的目的。在实际使用油漆涂层防护的过程中，需要定期对地脚螺栓涂层进行维护，重新涂刷油漆保障防腐措施有效性。

4.4 螺栓及基础一体化防腐处理

除对地脚螺栓进行涂层防腐处理之外，还可将地脚螺栓与杆塔基础实施一体化防腐处理，采用耐蚀材料对螺栓与基础进行整体包裹，将地脚螺栓与外界环境彻底隔离，有效防止腐蚀物质渗透。

4.5 安装螺栓防护帽

螺栓防护帽是安装在地脚螺栓帽头部分的物理隔离，可以有效防止雨水、腐蚀性物质接触到地脚螺栓，且螺栓防护帽安装拆卸维护简单，是一种较好的防腐措施，缺点就是成本较高以及可能存在缝隙腐蚀的问题。

5 结论

电力杆塔地脚螺栓是杆塔基础的重要组成部分，起着维护杆塔稳固的作用，地脚螺栓的腐蚀问题将会间接导致各类安全问题，带来严重的安全隐患。因此本文在分析电力杆塔地脚螺栓防腐保护处理的基础上，对地脚螺栓腐蚀原因进行研究，并探讨了相关可行的处理措施，对实际防腐工作有一定指导意义。