新疆南疆高鹽堿地區(qū)高壓輸電線路中鋼筋混凝土電桿服役現(xiàn)狀分析

洪軍，羅志明，孟仝，周揚，王昱珩

（新疆維吾爾自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)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(yǎng)護而成的環(huán)形薄壁中空結(jié)構(gòu)。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(zhì)量數(shù)據(jù)收集時間為2017 年 9 月至 2018 年 2 月，位于新疆阿克蘇地區(qū)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(tǒng)計表

鋼筋混凝土電桿服役劣化因素可分為外因和內(nèi)因。外因則可分為電桿根基處水質(zhì)及土質(zhì)、大氣氣候、輸電電壓等；而內(nèi)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(chǔ)的附近地區(qū)積水取樣，參考標準 GB/T 5750—2006《生活飲用水衛(wèi)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(chǔ)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(qū)公路路基路面設(shè)計與施工規(guī)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(zhì)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(zhì)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(huán)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(jié)果及綜合分析

2.1 電桿根基處水質(zhì)及土質(zhì)檢測

電桿根基所處水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)見表 2，土壤樣品檢測數(shù)據(jù)見表 3。

表 2 電桿根基處水質(zhì)檢測數(shù)據(jù) mg/L

由表 2 和表 3 的檢測結(jié)果可知，電桿根基處水質(zhì)及土質(zhì)氯化物和硫化物含量較高，根據(jù)鋼筋混凝土破壞劣化機理表明，對混凝土的膨脹型結(jié)晶產(chǎn)物（如：鈣礬石、石膏）生成提供了有害物質(zhì)來源，也對鋼筋的銹蝕提供了有害物質(zhì)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(zhì)含量檢測數(shù)據(jù)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(zhì)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(shè)計規(guī)程》中的潮濕而含有氯離子環(huán)境、鹽漬土環(huán)境下鋼筋混凝土的限值，對混凝土中的鋼筋銹蝕的發(fā)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(shù)據(jù) mmol/kg

表 4 混凝土樣品化學物質(zhì)含量檢測數(shù)據(jù) %

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(shù)樣品中膠凝材料基本完全水化，主要水化產(chǎn)物為水化 CSH 凝膠，同時也觀測到了較為顯著的鈣礬石產(chǎn)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(jié)果見表 5。檢測結(jié)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(jié)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(jù)國家標準 GB/T 4623—2006《環(huán)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(jié)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(shè)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(shè)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(xiàn)象。

3 結(jié)論

（1）從鋼筋混凝土電桿外觀質(zhì)量和力學特性上分析，新疆南疆地區(qū)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(shè)計承載能力，已經(jīng)完全失去了相應的安全系數(shù)，存在著嚴重的安全隱患。

（2）從鋼筋混凝土電桿所處環(huán)境介質(zhì)分析，新疆南疆（阿克蘇）地區(qū)普遍為高氯鹽環(huán)境，為鋼筋銹蝕加劇提供了有害物質(zhì)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(nèi)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(huán)境介質(zhì)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(xiàn)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(zhì)量等內(nèi)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(huán)境等外界因素進行分析。

事實上，普通混凝土生產(chǎn)工藝的鋼筋混凝土電桿在新疆南疆高鹽堿地區(qū)環(huán)境中實際使用時，僅 2～4 年即會出現(xiàn)混凝土開裂現(xiàn)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(zhì)侵入性，有針對性地提高混凝土生產(chǎn)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(jié)果

表 6 鋼筋混凝土電桿力學及混凝土特性檢測結(jié)果