周万军:防冻裂抗腐蚀和高强大弯矩混凝土电杆的研制

　　北票电力电杆公司始建于：1980年，公司占地面积15万平方米，建筑面积2万平方米，现有职工400人，其中技术人员40人，具有中级以上技术职称18人，拥有设备380余台套，总资产8000余万元。公司主导产品为环形混凝土电杆、高强大弯矩钢筋混凝土电杆和钢筋混凝土排水管。具备年产三大系列一百余种规格的混凝土电杆12万根，排水管200公里的生产能力。市场覆盖东北三省、河北北部和内蒙古自治区。是东北三省及内蒙古地区规模最大、规格最全的混凝土电杆专业制造企业。

　　在这里，我着重介绍北票电力电杆公司近几年重点研发的防冻裂抗腐蚀电杆和高强大弯矩钢筋混凝土电杆这两项生产技术。

　　北票电力电杆公司针对混凝土电杆在高湿高寒地区使用时，地下水分浸入并积存于电杆埋深段体内，使电杆冻裂、腐蚀，根部断裂，易造成倒杆断电甚至人生伤亡事故的现象，进行了技术攻关并且组织了生产，技术内容主要是将整根电杆改为分段组装电杆，上段为环形预应力或非预应力根端带钢板圈（法兰盘）的普通杆型，下段为稍端带钢板圈（法兰盘）的实芯杆型。电杆埋深段生产从原来的一次离心成形工艺改变为先离心成形再采用芯棒振动浇注抗腐蚀混凝土，使空心杆段改变为实芯杆段。埋深段电杆的生产使用高性能防腐添加剂和硫铝酸盐水泥配制的高密度耐盐碱腐蚀混凝土，网架采用φ12一φ16的HRB3 35钢筋，将保护层从15mm加厚到20mm以上，为防止埋深段电杆内积水，在电杆实心段上端设置向下倾斜的排水孔。防冻裂、抗腐蚀混凝土电杆主要应用于高湿、高寒环境下的输电线路和和变电站所，特别适用于寒冷环境下的盐硷河滩、海滩、苇塘、沼泽地域，使电杆在此环境下寿命达到50年，解决了困扰上述地区电业部门多年的难题。

　　在国内，东南大学材料科学与工程系试验研究利用盐湖专用高性能混凝土技术，采用离心成型工艺开发了盐湖专用抗腐蚀混凝土电杆，但它只解决了混凝土电杆在盐湖条件下的抗腐蚀问题而没有解决电杆的抗冻裂问题；天津大学，天津市电力工业局高压供电公司合作提出在一种水泥中掺入具有防腐蚀性能的缓冲剂，并在电杆根部靠埋设地表之上处沿电杆径向加设金属盲板的方法，但本方法同样也只解决电杆的防腐而没有解决电杆的防冻胀问题；辽宁省铁岭市银州区供电局张凤英提出在混凝土电杆下段埋深段的空心腔里填充有不吸水的泡沫塑料柱，以防止液体浸入电杆埋深段内，但因杆段规格不一，杆体空心腔空间千差万别，所以此方法无法实施。北票电力电杆公司实施的同时具备既防冻裂、又抗腐蚀性能的环形混凝土电杆生产技术，在国内尚属首例，国外也未见相关报道。

　　北票电力电杆公司防冻裂、抗腐蚀电杆的研制技术在三个方面进行了创新：1、结构上的创新：将普通整根空芯混凝土电杆改变为组装杆，其中下段为耐腐蚀混凝土制作的实芯杆；上下段间采用法兰或钢板圈连接；2、工艺上的创新：普通电杆为一次离心成型，而防冻裂、抗腐蚀混凝土电杆下段的实芯杆是先离心再填充，在蒸养前一次成型；3、材料上的创新：普通电杆为普通硅酸盐水泥配置的混凝土制做，而防冻裂、抗腐蚀电杆制做则是采用高性能防腐添加剂和特种水泥配制的高性能高密度耐腐蚀混凝土。通过三个创新手段，保证防冻裂、抗腐蚀混凝土电杆的防冻裂、抗腐蚀性能。该产品获得了国家专利。

　　近几年随着城市电网、通讯塔和高压超高压线路的建设和改造，对杆塔承载力要求越来越大。北票电力电杆公司采用了预应力混凝土用钢棒和热轧带肋钢筋，生产出部分预应力电杆和预应力混凝土用钢棒与热轧带肋钢筋双层配筋的高强大弯矩钢筋混凝土电杆。

　　我国生产的全预应力混凝土电杆大部分电杆的主要受力钢筋由高强钢丝组成，抗裂检验系数大于1.O,此电杆的特点是脆性高、延性小、弯矩值有限，破坏前没有明显的预兆，属刚性构件范畴。北票电力电杆公司针对原来的低部分预应力砼电杆采用HRB335级热轧带肋钢筋成本过高，提高强度不明显但能改善延缓过早出现裂缝的情况，应用了预应力混凝土用钢棒，采用非等强度代换HRB335级热轧带肋钢筋生产有限部分预应力砼电杆，克服了预应力砼电杆脆性大和钢筋砼电杆抗裂性差的缺点，同时又兼备两者的优点。

　　大弯矩的钢筋混凝土电杆的生产，目前国内企业普遍采用热轧带肋钢筋经过冷拔、绑扎或焊接制成钢筋网架，然后在模具内装入混凝土，经过离心成形，应用常压蒸汽养护后脱掉模具成电杆成品。对于长度15m以上的电杆一般分成两段或三段生产，各杆段之间采

　　用钢板圈焊接或法兰盘连接，钢筋网架与钢板圈及法兰盘采用焊接方式连接组合。为了增加电杆弯矩，减少电杆生产成本，一般采用设置斜拉钢筋或按梯次布置主筋的方法，也有采用双层钢筋配置和部分预应力的方法。

　　北票电力电杆公司生产的高强大弯矩电杆创新点是：

　　1、电杆主筋采用PCB钢棒和HRB335级钢筋进行双层网架钢筋配置，实施部分预应力，制造的混凝土电杆与常规工艺生产的电杆相比电杆弯矩值可提高1倍以上，最大限度地满足高压、超高压输变电工程及线路终端、转角等处对更大弯矩电杆的需求；

　　2、应用高压蒸汽养护I艺，使电杆混凝土强度达到C80.普通混凝土电杆均采用常压蒸汽养护，混凝土强度仅达到C60.

　　3、PCB钢棒电杆网架的非焊接成型。因PCB钢棒材料受热后强度降低30%,所以非焊接电杆网架成型是本项目能否进行的技术关键。

　　制作高强大弯矩钢筋混凝土电杆常见的技术控制点：

　　1、锥形电杆是一种变截面构件，稍端截面积比较小，为保证稍端不会因为与压应力过高导致砼压碎或纵向劈裂，预应力配筋受稍端截面积限制故难以配置高承载力的电杆而钢棒电杆则可以通过合理的配筋在电杆内部配置相应的非预应力主筋与预应力主筋共同受力来满足杆体在外荷载作用下的承受能力，使承载力达到更高水平，使用钢棒的电杆要适当增加杆体壁厚10mm一20mm,砼强度等级大于等于C60,强度过低、杆体截面积小容易产生纵向裂纹或砼压碎，在杆体内部非预应力主筋预应力主筋带来的预压应力，在构件没有承受外荷载时非预应力主筋承受压状态，所以砼不需要达到C80以上，从而尽可能改善构件脆性大、延性差的弊端。

　　2、将钢棒电杆的预压应力控制在合理的范围，抗裂性不降低，又可保持砼塑性使杆体有韧性，北票电力电杆公司采用的钢棒材质为35Si2Cr具有可焊性强，强度损失小，用电焊成型钢筋骨架具有整体性同环筋共同作用可抑制外荷载作用下产生的砼弹性变形和砼徐变产生的环向应力，避免产生纵向裂纹提高耐久性同时能够合理分配外荷载产生的应力。

　　3、单独使用钢棒生产电杆钢棒配筋数量不得低于10根，根据我个人经验如果配筋数量少于10根，砼强度为C40,杆体容易产生环向剪切裂纹，因砼抗拉强度为抗压强度的1/17-1/8左右，应力值过高砼纵向产生剪应力，另外尽量减小砼在蒸养过程中产生的变形。钢棒墩头宜采用热墩，冷镦容易出现脆裂，张拉过程中容易出现脱卯造成断筋。

　　4、在网架制作过程中，预应力筋长度相对误差必须控制在1.5/1000以内，非预应力主筋与架力圈必须焊牢，以保证张拉过程中主筋在电杆中预定位置，张拉时张拉机头轴心与电杆轴心同心，否则网架有偏心的可能。

作者:北票电力电杆制造有限公司 周万军

来源:中国混凝土与水泥制品协会电杆工作部