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            超高性能混凝土电杆配合比的试验与研究

            时间:2019-06-29 17:29 来源:qzhaiyu.com 作者:海煜重工 点击:
            混凝土电杆由于运行维护方便、 节约钢材等优点,大量应用在输变电工程球探足球比分app下载-官网、铁路电气化工程及通信领域,尤其在我国平原和运输条件好的地区 得到广泛的应用。2017年上半年全国规模以上电杆企业电杆总产量为823万根球探足球比分app下载-官网,比2016年同期增长17.2%,混凝土电杆具有非常广阔的市场空间。然而,虽然普通混凝土电杆具有上述优点;

            但同时也存在重量大,容易开裂,耐久性较差等缺点,在电网运行中存在安全隐患。普通混凝土电杆为充分利用杆高而采用浅基础设计,大转角或大荷载情况下,需要安装拉线球探足球比分app下载-官网,占用一定的土地资源球探足球比分app下载-官网。随着城镇化的不断发展,土地资源越来越稀缺球探足球比分app下载-官网,使得传统电杆的不足日渐凸显。

            普通混凝土电杆因承载力较低,在恶劣天气条件下(如冰雪灾害、大风天气)球探足球比分app下载-官网球探足球比分app下载-官网,易出现电杆损坏现象。在2008年冰灾中,我国南方多数地区混凝土电杆受到不同程度的损坏球探足球比分app下载-官网,一定程度影响了配电网的安全运行。据统计报道球探足球比分app下载-官网球探足球比分app下载-官网,其中倒杆基数957基,受损189基,总数达到1146基,破坏情况比较严重球探足球比分app下载-官网。随着输电线路导线截面的增大,杆塔承受的荷载变大,对电杆的强度要求更高。

            超高强混凝土具有强度高、耐久性好等优点球探足球比分app下载-官网,可以有效减轻结构的重量,同时在节约资源和环境;し矫嬉簿哂兄匾囊庖,是混凝土技术未来的发展趋势。国内外学者在超高强混凝土方面已经做了大量的有益探索,取得了许多宝贵的经验,主要有:(1)水泥采用高强度等级,比如42.5,52.5甚至62.5的硅酸盐水泥;(2)添加活性的超细掺合料,例如硅灰、超细粉煤灰等球探足球比分app下载-官网;(3)采用高效减水剂,减水率在25%以上球探足球比分app下载-官网;(4)水胶比一般在0.26以下球探足球比分app下载-官网球探足球比分app下载-官网。

            我国从20世纪70年代就已经开始研究超高强混凝土,目前在实际工程得到一定的应用,比如C100超高强混凝土在国家大剧院工程上的应用,2014年东塔实现C120超高强混凝土超高层的泵送等,但在混凝土电杆中应用鲜有报道球探足球比分app下载-官网。

            超高强度混凝土电杆具有高强度和优良的耐久性球探足球比分app下载-官网,有效地弥补了普通电杆的许多缺陷,可应用于大荷载线路工程、耐腐蚀地区和运输条件不便利的山区球探足球比分app下载-官网,因其不需要安装拉线的优点,在城市线网工程中也可以得到很好的应用。

            超高强电杆混凝土配置宜采用P·O52.5或更高等级普通硅酸盐水泥,骨料宜采用石英砂,掺合料采用优质的活性矿物掺量硅灰,减水剂采用高效减水剂球探足球比分app下载-官网,减水率大于25%球探足球比分app下载-官网,配置超高强混凝土需添加钢纤维球探足球比分app下载-官网;配合比设计时水胶比宜小于0.2,以保证混凝土的强度要求。根据原材料的选用原则挑选材料球探足球比分app下载-官网,设计了8组配合比方案配置混凝土试样球探足球比分app下载-官网,进行抗压强度试验球探足球比分app下载-官网,研究混凝土的破坏形态,分析原材料对强度的影响情况球探足球比分app下载-官网,对于超高强混凝土的配合比研究具有一定的参考球探足球比分app下载-官网。

            1 混凝土配合比设计

            1.1 原材料

            (1)水泥

            在制备超高强混凝土时球探足球比分app下载-官网,水胶比的范围通常在0.18~0.27球探足球比分app下载-官网,甚至更小。文献指出水泥胶砂28天抗压强度不宜小于52MPa球探足球比分app下载-官网,方能保证混凝土的强度,对C100及更高等级的混凝土采用P·O52.5或以上等级更好。

            (2)矿物掺合料

            超高强混凝土强度影响因素最主要是水泥的用量,在一定范围内球探足球比分app下载-官网,随着水泥占比的增加球探足球比分app下载-官网,强度增大。但C80及以上强度等级的混凝土球探足球比分app下载-官网,矿物料的添加是必不可少的球探足球比分app下载-官网。优质的活性矿物料有硅灰、超细粉煤灰、超细矿渣球探足球比分app下载-官网。

            (3)骨料

            有学者认为砂对超高强混凝土的影响主要体现在和易性方面,建议使用细度模数2.6~2.9的中砂。当水胶比较低时,砂率对混凝土的流动性有很大的影响,文献指出当采用中砂时球探足球比分app下载-官网,最优砂率是40%。

            (4)钢纤维

            钢纤维按外形可以分为平直形钢纤维球探足球比分app下载-官网、压棱形钢纤维、波形钢纤维、弯钩形钢纤维等,不同的制取方式产出的钢纤维性能也不一样,混凝土中掺加适量的钢纤维,可提高其抗拉、抗弯强度,并大幅度地提高其韧性和抗冲击强度,同时钢纤维可以有效约束滑移量和裂缝宽度的开展,避免发生脆性破坏。文献指出不同外形钢纤维中,端钩型钢纤维比直线型和波纹型的增强效果更好。

            (5)减水剂

            减水剂是一种在坍落度不变的情况下减少用水量的外加剂,可以改善混凝土拌合物的流动性。按减水能力可以划分为普通减水剂、高效减水剂、高性能减水剂球探足球比分app下载-官网球探足球比分app下载-官网,其中高性能减水剂以聚羧酸系减水剂为代表球探足球比分app下载-官网。高性能减水剂的减水率可以达到25%~35%球探足球比分app下载-官网,可以大幅提高拌合物的流动性和密实度,已广泛应用于水利、水电、水工、海工、桥梁等工程中。

            试验选用以下材料。

            水泥:P·O52.5普通硅酸盐水泥,密度约3000kg/m3,产地河北曲阳县球探足球比分app下载-官网。

            矿物掺合料:II级粉煤灰,表观密度2800kg/m3;S95矿渣球探足球比分app下载-官网,表观密度2900kg/m3球探足球比分app下载-官网;硅灰,表观密度约2300kg/m3球探足球比分app下载-官网球探足球比分app下载-官网,产地河北行唐县。

            粗骨料:5~10mm粒径花岗岩碎石球探足球比分app下载-官网,压碎值6%左右球探足球比分app下载-官网,孔隙率小于43%球探足球比分app下载-官网,产地为河北保定易县球探足球比分app下载-官网。

            细骨料:2区级配中砂,细度模数2.4,表观密度2500kg/m3,产地为保定唐县;石英砂,表观密度2600kg/m3左右,产地为河北石家庄行唐县。

            减水剂:采用聚羧酸型高性能减水剂球探足球比分app下载-官网,减水率25%以上。

            钢纤维:采用30mm端钩型系列球探足球比分app下载-官网。

            1.2 配合比设计方案

            由于超高强混凝土目前没有系统的配合比设计方法,其配合比设计较为困难。为了获得较好的力学性能球探足球比分app下载-官网,在确定最终配合比前,进行配合比试配试验球探足球比分app下载-官网。试验采用通用的技术途径:硅酸盐水泥+活性矿物掺料+高性能减水剂,配合比见表1球探足球比分app下载-官网。配合比方案满足JGJ 55-2011《普通混凝土配合比设计规程》球探足球比分app下载-官网。其中A至C配合比中矿物料只添加硅粉,D和E配合比添加了硅粉和矿渣球探足球比分app下载-官网,F至I配合比中添加了钢纤维,骨料采用石英砂。通过对这8组配合比方案球探足球比分app下载-官网,系统的研究了矿物掺和料、骨料、钢纤维对抗压强度的影响规律。

            2 混凝土抗压强度试验

            由于目前还没有关于超高强混凝土试验的国家标准,因此具体的试验过程参照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》和 T/CEC 143-2017《超高性能混凝土电杆》的规定球探足球比分app下载-官网,采用100mm的立方体试件球探足球比分app下载-官网,抗压强度试验值不乘以折减系数。

            配合比设计方案
            表1 配合比设计方案

            2.1 试样制作

            (1)按照配合比的要求称量,将水泥、砂、碎石、掺合料放入搅拌机中球探足球比分app下载-官网,搅拌均匀。

            (2)将不同的配合比所需的用水量和减水剂用量一起倒入搅拌机中,搅拌3min。

            (3)在钢纤维的配比方案球探足球比分app下载-官网,采用干拌的方法使钢纤维搅拌均匀后球探足球比分app下载-官网,再进行湿拌3min。

            (4)把搅拌均匀的混凝土装入100mm的立方体试模中,先手动插捣密实,再放在振动台上进行振捣后表面收光。

            (5)因试验研究是针对实际工程的应用,因此采用常规工艺进行养护。

            2.2 强度试验结果

            试验设备采用某公司生产的DYE-200电液式压力试验机,如图1所示球探足球比分app下载-官网,测试件养护龄期为7天、28天抗压强度值,加载速率为1.2MPa/s,直至试块破坏试验机停止,自动读取试验数据,强度试验结果见表2。

            电液式压力试验机
            图1 电液式压力试验机

            不同龄期的混凝土抗压强度
            表2 不同龄期的混凝土抗压强度

            3 试验结果分析

            3.1 不同强度混凝土破坏形态

            混凝土立方体试块在受压过程中,会产生纵向和横向的变形球探足球比分app下载-官网。当压力达到一定数值后,变形达到混凝土的极限值;继续加大荷载,裂纹就会扩大最终使试件达到破坏球探足球比分app下载-官网,故砼的受压破坏是内部裂纹扩展的过程球探足球比分app下载-官网;炷猎谄苹敌问缴铣氏忠欢ǖ拇嘈,塑性性能表现较小,如图2所示球探足球比分app下载-官网。

            混凝土试块破坏形态
            图2 混凝土试块破坏形态

            掺加了钢纤维的试块与普通混凝土试块有明显区别,横向变形变小,破坏后的试块形态仍比较完整,表面有多条裂缝,但试块没有散裂,如图3所示。

            3.2 材料对混凝土强度的影响

            3.2.1 粗细骨料对强度影响

            试验砂胶比为1.17:1,A,B,C三组配合比研究掺入不同的骨料对抗压强度的影响,结果见图4。由图4可知, A组试块只添加普通中砂,早期和晚期强度变化很小,几乎没有增长;B组试块添加了普通中砂和和碎石,早期强度比A组稍高些球探足球比分app下载-官网,但是后期强度增长幅度并不明显;C组试块添加了石英砂,强度是三组配比中最高的。通过这三组配比的对比发现,骨料采用石英砂对超高强混凝土强度增长效果较好。

            添加钢纤维试块破坏形态
            图3 添加钢纤维试块破坏形态

            不同骨料对强度的影响
            图4 不同骨料对强度的影响

            3.2.2 矿渣对强度影响

            试验中有D,E共2组配合比添加矿渣材料。图4中将A和D,C和E进行对比分析球探足球比分app下载-官网球探足球比分app下载-官网,矿渣对混凝土抗压强度的增长影响很小。

            3.2.3 钢纤维对强度影响

            随着龄期的延长球探足球比分app下载-官网,混凝土强度持续增长。在普通混凝土中,这种增长呈对数曲线关系。在超高强混凝土中,强度的增长具有自身的特征:早期强度增长的很快,28天后则呈十分缓慢增长的态势球探足球比分app下载-官网。从图5可以看出,添加了钢纤维的试块强度比普通试块的强度较高球探足球比分app下载-官网,且均达到了120MPa以上,这是由于混凝土基体中掺入了钢纤维球探足球比分app下载-官网,有效阻止了混凝土裂纹的扩展,使抗压强度得到提高。

            3.3 工作性能

            A和C组配合比的流动性比B,D,E组要好球探足球比分app下载-官网。通过分析发现,一方面胶凝材料中矿渣掺量为20%的时候对混凝土的流动性能影响不是很明显;另一方面由于粗骨料采用5~10 mm粒径的花岗岩碎石,属于小粒径的粗骨料,其相对比表面积较大,相应的用水量需求也较大,在同等的用水量球探足球比分app下载-官网、胶凝用量条件下,塌落度较小,流动性能也较差。

            钢纤维对强度的影响
            图5 钢纤维对强度的影响

            4 结论

            通过以上配合比设计和强度试验分析,可得到以下结论:

            (1)采用石英砂等材料球探足球比分app下载-官网,配制出28天强度达到136.3MPa的超高强混凝土。

            (2)钢纤维的掺加可以显著提高混凝土的抗压强度,同时大大提高混凝土的塑性。

            (3)对于C120以上的超高强混凝土的配制,建议采用0.21以下的水胶比。

            (4)对于超高强电杆用混凝土,钢纤维的掺量对强度的影响、降低混凝土粘度还需要做进一步研究。

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