环形钢筋混凝土电杆（精选4篇）
环形钢筋混凝土电杆 篇1
0 前言
环形混凝土电杆已广泛应用于我国电力架空输变电线路、通信工程建设之中。 笔者由于长期在电杆生产企业从事电杆配筋设计工作,曾遇到过大量繁杂计算而结果不够准确的电杆配筋设计难题为了解决这个困扰多年的问题,本文根据环形混凝土电杆结构、使用特点及GB50010—2010《混凝土结构设计规范》、GB/T4623—2006 《环形混凝土电杆》及DL/T5154-2012《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》等国家、行业相关标准规定,建立了环形混凝土电杆承载受力函数关系式,确定了关系式中的各项自变量函数式及相关系数、 常数的取值,然后借助Office Excel表格,建立了一套适合环形混凝土电杆配筋快速设计方法,希望能为同行提供一定的帮助。
1 结构设计原则与依据
1.1 结构设计原则
结构设计原则是认真贯彻国家技术经济政策充分满足技术先进、安全适用、经济合理、确保质量等四项基本要求。 基于该原则,我们在电杆结构设计时,首先必须明确用户对电杆在使用状态下的承载情况,即产品外部受力,然后根据电杆外部受力要求,进行电杆结构(主要指规格、混凝土强度等级及钢筋配置)符合性设计,通过特定生产工艺质量控制,使其具有充分满足在使用状态下的承载要求性能。
1.2 结构设计依据
环形混凝土电杆结构设计过程是个综合多因素的制约与协调的过程,首先必须遵循国家及相关行业现行标准、规范的规定,其次要充分考虑用户的质量要求和企业生产工艺实际情况来确定必要的工艺参数,同时还须根据产品用途、安装环境条件,验算其符合性。
环形混凝土电杆结构设计依据是: 1GB50010—2010; 2 GB/T4623—2006; 3 DL/T5154 -2012;4用户特定的技术性能指标要求。
2 结构设计与计算
2.1 函数关系式
环形混凝土电杆一般按沿周边均匀配置纵向钢筋的环形截面受弯构件计算, 因此, 可以依据GB50010—2010 及力学叠加原理,建立其正截面受弯承载力及弯矩函数关系式,具体如下(文中所用符号含义请参考标准GB50010—2010 及DL T5154-2012):
根据环形混凝土电杆在实际使用过程中的受力状态,以及便于计算,可以假定轴向力N=0,并将“Nηei” 用 “KMk” 表示环形混凝土电杆正截面受弯承载力弯矩值,由此可以推导出部分预应力混凝土电杆正截面受弯承载力弯矩函数关系式:
当As=0 时,为预应力混凝土电杆正截面受弯承载力弯矩函数关系式;当Ap=0 时,则为非预应力混凝土电杆正截面受弯承载力弯矩函数关系式。 其
环形混凝土电杆正截面相对含筋率ω应符合:
(1)钢筋混凝土电杆:
(2)预应力混凝土电杆:
(3) 部分预应力混凝土电杆:
2.2 环形混凝土电杆抗裂验算关系式:
σsc-σpc≤0
式中,σsc=Mk/Wo
3 自变量、设计系数及常数的确定
3.1 设计常数的确定
如果确定了杆型,那么该杆型所具有的几何尺寸都可作为常数,如上述环形混凝土电杆正截面受压承载力弯矩函数关系中涉及的A、r1、r2、rs、rp、C、h0、L、L1等;而确定了混凝土强度等级以及所配置钢筋规格,则上述函数关系式中涉及到的混凝土及钢材固有特性值就成为了常数,如fc、 ftk、 fcu′ 、Ec、Es、 fy、fy′、 fpy、 fpy′、fptk、αE等。
3.2 设计系数的确定
根据GB50010—2010、GB4623—2006 可查表得出设计所需的计算系数,如 α1、αcr、γ 等。
3.3 自变量的确定
上述函数关系式中的自变量主要是As、Ap、ααt、σpo、σcon、σL、σl1、σl3、σl4、σl5、Ao、Wo、ρ、σpc、σsc、Mk等这些自变量可以根据假定配置纵向钢筋规格、根数以及各相互关联公式、工艺装备状况等要素予以计算。
因此,在环形混凝土电杆配筋设计时,完全可以采用Office Excel表格来表述环形混凝土电杆正截面受弯承载力弯矩函数关系式,只需明确用户所需产品的荷载等级要求,先假设配置钢筋规格、根数以及混凝土强度等级等决定性要素,并将其与设计所取常数、系数等逐一输入Excel表格中,将计算公式格式化,即可得出环形混凝土电杆正截面开裂检验弯矩值Mk,以及抗裂系数、裂缝宽度是否符合要求。 如果有出入,则可再行假定、输入、验算,直到满足用户产品要求为止。 由此可省去大量而繁杂的工作量,计算结果也相当准确。
4 配筋设计实例
为了快速计算出环形混凝土电杆覫350mm×15m×200k N·m×BY的配筋,首先将上述函数关系式中所需要的设计参数、系数、自变量及其公式导入Excel表格,再将假定的钢筋规格、根数等值逐一输入,通过office Excel表格功能快速计算。 具体操作步骤如下:
(1)先将各相关数据值输入Excel表格并计算如表1 所示。
(2)再对杆段开裂检验荷载作用力点、埋深处及按间隔2m分段配置的螺纹钢进行强度验算(实际断筋时应考虑螺纹钢的锚固长度), 同时将验算结果转换为图表,如图1 所示。
由图1 可以看出,该电杆配筋方案在各杆段,电杆各分段处的配筋弯矩均大于该处的设计弯矩, 同时电杆的配筋率、含筋率、电杆抗裂性能均符合要求。
因此,在进行环形混凝土电杆配筋设计时,对于梢径部位的配筋,可以在充分满足电杆开裂检验弯矩的前提下,尽量减少配筋弯矩与设计弯矩之间的差值,这样既能满足电杆各杆段的受力要求,也可降低电杆所需的钢材用量;同时也增大了电杆梢径部位钢筋骨架纵向钢筋间距,解决了生产大弯矩电杆时,因电杆梢径部位钢筋骨架纵筋间距小而难于喂料的难题;也可以在符合产品结构设计规范要求的前提下,最大限度提高最大弯矩设计值。
5 结语
利用Excel表格进行环形混凝土电杆配筋设计具有如下优势:1配筋设计快捷、方便直观,计算结果准确,减少了大量的工作量;2可以增强设计人员对电杆结构设计要素条件的认识;3设计验算时可以对假定条件予以即时调整,在保证充分满足产品性能要求的前提下,合理配置钢筋,从而做到安全可靠、经济合理。
环形钢筋混凝土电杆 篇2
环形混凝土电杆是中低压架空输电线路的重要组成部分,电杆的质量直接决定了输电线路的安全运行及使用寿命。 目前电杆的供应商绝大多数属于中小企业,尤其以小型企业为主。 而小型企业技术力量相对薄弱,企业管理水平相对较低,质量意识相对较差,工艺控制和检验把关不严等现象比较普遍。 本文通过对环形混凝土电杆的质量抽检资料进行分析,提出了该产品的质量管控措施,希望对全面提高混凝土电杆的生产质量,确保电网建设安全有一定帮助。
1抽检结果
浙江省自2009年起, 每年对全省到达施工现场待施工的环形混凝土电杆组织1~2次集中抽检。 检查范围覆盖全省所有电力施工工地及对浙江省供货的全部电杆供应商,历年检查结果见表1。
由表1可知,2009~2012年电杆的抽检不合格率逐年下降,说明通过不断加强的质量抽检,督促供应商提高了质量意识, 加强了对产品质量控制, 强化了质量管理。
通过对历年汇总的不合格原因进行分析可知, 在现场抽检中, 表面裂缝占不合格总数的35%,为不合格的最大因素;其次为漏浆占27%,内外表面露筋占21%,壁厚超标占12%;其他占5%。
2缺陷形成的原因分析
2.1力学性能
通过力学性能测试能综合反映供应商的技术力量、原材料(水泥、砂、石、钢材)、混凝土配比、张拉工艺、钢筋骨架等质量。 2009年,抽检过程中力学性能试验的样品在施工现场抽取,2010年与2011年,采取施工现场与供应商成品堆场相结合的方式抽取样品,2012年, 力学性能的样品主要在供应商的成品堆场随机抽取。
力学性能试验的总体结果良好,但在2011年5月的抽检中一批电杆力学性能不合格。 采购合同要求覫190mm×12为J级杆, 供应商发货到现场的电杆规格为覫190mm×12(12覫12)级别未标。 经检测, 覫190mm×12(12覫12)电杆在J级的承载力检验弯矩下挠度超标,力学性能不合格。 此案例力学性能不合格的主要原因是因为供应商技术力量薄弱,电杆的设计配筋不合理。 2011年11月起,浙江省电杆供应商均采用统一设计的电杆图纸,已基本能避免此类问题的再次出现。
2.2表面裂缝
在环形混凝土电杆中,表面裂缝的危害主要是裂缝产生后常常成为空气、水分及其它侵蚀介质的通道,降低了混凝土的强度,加速了混凝土的碳化, 使钢筋腐蚀速度变快,从而削弱了钢筋的受力截面积,特别是高强钢丝,因其表面积大而截面积小,锈蚀对其危害更大。 GB/T4623—2006《环形混凝土电杆》中表面裂缝属A类项目,规定预应力混凝土电杆和部分预应力混凝土电杆不得有环向和纵向裂缝。 钢筋混凝土电杆不得有纵向裂缝,环向裂缝宽度不得大于0.05mm。
通过分析抽检结果发现,纵向裂缝占到表面裂缝的68%,产生纵向裂缝的主要原因有:①混凝土脱模强度偏低,脱模时发生碰撞;②电杆离心成型后带模碰撞;③运输、转运装卸过程中发生碰撞;④ 堆放层数过高,未有效放置层间支撑,从而挤压底层电杆产生纵向裂缝;⑤水泥变质。
产生环向裂缝的主要原因有:①堆放场地不平整,电杆局部受力,受拉面产生环向裂缝;②堆放时支点间距过大;③结构设计不合理;④混凝土强度不足;⑤运输、转运吊装时,吊具间距过短或过长。
依据现场的实际情况判断,纵向裂缝形成的主要原因是由于供应商为了赶工期将混凝土尚未养护到设计强度的电杆发送至施工现场, 且在转运、 装卸过程中发生碰撞。 而环向裂缝主要是受现场堆放场地的限制,堆放不平整,电杆局部受力从而产生环向裂缝宽度超标。
2.3漏浆
漏浆包括电杆模边合缝处漏浆和钢板圈(或法兰盘)与杆身结合面漏浆两种情况。 由于产生漏浆, 使得混凝土的密实度受到影响,成为空气、水分及其他侵蚀介质的通道,造成混凝土碳化、钢筋锈蚀等,从而使电杆的使用寿命缩短。 GB/T4623—2006中漏浆属于A类项目,规定不应有漏浆,但模边合缝处漏浆深度不大于10mm、 每处漏浆长度不大于300mm、累计长度不大于杆长的10%、对称漏浆的搭接长度不大于100mm时,允许修补;钢板圈(或法兰盘)与杆身结合面的漏浆深度不大于10mm、环向长不大于1/4周长、 纵向长不大于30mm时, 允许修补。
从抽检结果看, 漏浆是造成电杆不合格的第二大原因,占比27%。 造成漏浆的主要原因有:①生产电杆所用的钢模不符合JC364—2001 《环形预应力混凝土电杆钢模》要求或长时间使用后维护不当造成钢模变形,以致钢模装配的缝隙过大;②在生产过程中,当混凝土浇灌完毕后或每次拆模时未能将合缝处清理干净,造成钢模的分模面和企口残留了硬化的水泥砂浆,使钢模合缝不严,致使合缝处产生漏浆;③在组装钢模时,紧固螺栓方法不当,不能做到对称均匀地拧紧螺栓,甚至有螺栓漏拧的情况,使钢模的两条合缝在长度方向上受力不均,造成合缝局部不严,产生漏浆。
从抽检现场的情况分析, 在施工现场发现漏浆缺陷, 很大一部分是供应商质量管理不到位造成的。 供应商在成品入库及产品发货时,未能对电杆进行认真的检查,许多在允许修补范围内的漏浆,供应商未进行任何处理就发货到了施工现场。
2.4内、外表面露筋
露筋是指电杆内部的钢筋未被混凝土包裹而外露,但不包括电杆端部的纵向预应力钢筋头。 存在露筋的电杆露筋处的钢材直接暴露在空气中,没有混凝土的保护,钢筋极易锈蚀,严重影响电杆的使用寿命。 GB/T4623—2006中露筋属A类项目,规定不允许有露筋。
造成露筋主要原因有:
(1)生产过程中,混凝土填料不足,壁厚偏薄,从而形成露筋。 此类因素形成的缺陷往往和壁厚不足同时出现。
(2)因水灰比过大、离心时间或蒸汽养护时间不足,造成内表面混凝土塌落,或严重漏浆,从而形成露筋。 此类因素形成的缺陷往往和漏浆或混凝土塌落同时出现。
(3)钢筋骨架的保护层垫块移位或垫块太少、脱落、破损,致使离心时钢筋骨架移位紧贴钢模或偏心而形成露筋。 此类因素形成的缺陷往往保护层厚度也不足。
(4)架立圈尺寸设计不合理,致使骨架整体尺寸偏大或偏小,或骨架成型后,因堆放不合理或碰撞造成骨架局部变形,从而造成露筋。
(5)钢筋间距过密,离心时阻碍砂石的流动,使水泥砂浆不能充满钢筋周围,造成露筋。
(6)生产电杆用的钢模或离心机变形,造成电杆偏心,从而在壁厚较薄的一侧形成露筋。
通过对抽检现场有露筋的电杆进行观察分析, 得出, 电杆漏浆主要是由于供应商工艺控制不严格、电杆填料不足、钢模变形和离心时间或蒸汽养护时间过短造成的。
2.5壁厚
电杆壁厚过大对提高电杆的力学性能无明显的作用,反而增加产品成本及运输安装费用;壁厚过小,会对电杆的力学性能造成不利影响,使混凝土过早地呈现破坏状态,同时壁厚偏小也难以保证纵向主筋的保护层厚度, 从而影响电杆的耐久性。 在GB4623—2006中壁厚属于A类项目, 规定壁厚的允许偏差为(-2~+10)mm。
造成壁厚超差的原因主要是:①在向钢模内浇注混凝土时,不能做到定量喂料,模内混凝土时多时少,造成电杆壁厚不均匀;②拌合混凝土时,未控制好用水量,水灰比偏大,离心时混凝土难以密实, 产生的余浆多,离心后也未将余浆倒出,造成壁厚不均匀;③生产电杆的钢模或离心机变形,造成电杆偏心,电杆壁厚一侧偏薄一侧偏厚。
以前,许多电杆供应商,特别是一些老厂,还在使用落后的搅拌方式,且生产管理比较松散,混凝土配料的称量全靠生产工人的主观估算,随意性较大,造成壁厚偏差较大。 近几年,许多新建的电杆制造厂或完成技术改造的老厂,使用电脑控制的混凝土搅拌站(楼)已基本能做到定量喂料,这些制造厂生产的电杆其壁厚偏差已经较小。
2.6其他
从浙江省抽检结果来看,其他缺陷(如局部碰伤、内表面塌落、蜂窝、麻面、粘皮等)仅占比5%。 随着我国基础工业的发展,以及电杆生产工艺技术的不断完善,这些缺陷都已变成偶发性缺陷。 但是如果供应商放松质量意识及生产工艺控制,极易造成电杆不合格的出现。
此外,电杆的混凝土强度以及弯曲度因受条件限制,未能列入抽检的项目中。 所以在抽检结果中也未统计入内。
3质量防控措施
电杆缺陷的形成原因,除去在运输或二次搬运过程中容易出现的纵向裂缝和局部碰伤,其余缺陷绝大多数都是因为供应商生产工艺控制不严造成的。 作为电杆的用户, 对电杆质量的防控主要在督促供应商提高质量意识、加强生产工艺管理水平以及加强收货验收上。
电杆因其长径比大、重量重、易碰伤、运输半径有限等特点,所以电杆的供应商基本以本省企业为主。 在其质量管控上,应做好以下几个方面。
(1)预防
首先应对供应商的生产能力、 质量管理水平等基本情况进行认真调研。 调研时应着重了解企业的生产能力及质量保证体系,应重点对以下内容进行现场检查:①生产设备是否能满足要求;②试验设备是否能满足检验的要求;③生产过程或关键点是否有记录;④工厂的技术力量是否能满足用户的需求等。
通过对企业的调研,将调研中发现的生产能力、 质量管理不佳的企业,以及历年抽检中发现问题比较多的企业加入重点管控企业名单,加大对这些企业的质量监督检查工作的频率。
(2)监督
对供应商的质量抽检工作, 做到国家电网公司的2个100%的要求。 抽检工作可采取供货现场或仓库抽检、供应商库存抽检等方式。
(3)整改
在供应商调研及质量抽检中发现的问题, 除了要求供应商对不合格的产品进行调换以外,还应要求供应商对相应的不合格项进行整改,并对整改的措施及结果进行确认。
(4)验收
电杆的验收应重点检查电杆的外观质量是否合格,以及仔细核对电杆的出厂合格证内的电杆力学等级与合同要求是否相同。
4结语
环形钢筋混凝土电杆 篇3
从1924年我国生产出第1条方型实心水泥电杆至今, 我国的水泥电杆也有近80年的历史。近80年来, 我国水泥电杆的发展一直长盛不衰, 特别是前40年, 经历了一个快速发展的时期。从1924年到1964年的40年间, 我国水泥电杆一共经历了5种杆型的发展 (见表1) , 平均每8年就有一种新的杆型出现, 这相对于当时的历史条件来说, 水泥电杆的发展是比较快的。
现在国内运行的电杆大部分都为环形混凝土电杆[1]。环形混凝土电杆按外形分为锥形杆 (筋混凝土电杆、预应力混凝土电杆和部分预应力混凝土电杆。锥形杆和等径杆均有整根杆和组装杆之分。锥度为1∶75) 和等径杆两种。
电杆主要用于35 kV以下低压线路以及35 kV～220 kV的高压线路。它与一般的构件相比, 有一定的特殊性, 考虑到使用环境、荷载作用形式的不同, 设计过程也比较复杂。目前, 混凝土电杆的应用还是比较普及, 因为它具有较大的优越性和较好的经济效益。
但是, 混凝土电杆由于长年经受风吹日晒、雨水侵蚀等环境作用, 其材料性能及结构构件会发生不同程度的劣化和损伤。例如:混凝土电杆 (环形钢筋混凝土电杆和环形预应力混凝土电杆) 产生裂缝、混凝土保护层脱落、钢板圈生锈、钢筋锈蚀等。这些劣化和损伤都会影响到电杆的耐久性, 也会导致电杆的材料力学性能退化和结构承载能力降低, 严重影响电杆的安全运行。随着国家农网改造的加快, 部分混凝土电杆损伤已经相当严重, 各地在电网改造拆除旧设备作业中, 已发生多起人身伤亡事故。因此, 在电网改造过程中拆除旧设备的安全工作应该受到有关领导和技术部门的注意。
混凝土电杆由于部分埋在土中, 在不开挖的情况下, 其技术状况不能准确掌握。在电网改造作业中, 电杆在施工作业时容易发生杆身断裂现象, 且其断裂位置正处于土中某一位置。为了准备预测电杆杆身断裂位置, 特对电杆进行受力分析, 以为电网改造工作提供技术支持。
1计算分析
1.1 计算假定
(1) 在电杆受力计算分析过程中, 假定土体为半无限弹性均匀材料;
(2) 电杆在混凝土杆身开裂和破坏之前, 土体均不发生破坏, 以保证电杆开裂或破坏之前均不会发生倾覆破坏;
(3) 电杆在杆身开裂和破坏时, 土体均是发生小变形。
电杆直立在土中时, 其受力形式计算简图[2]见图1。
当电杆承受水平作用力γfS0时, 则土压力的计算公式为:
undefined (1)
式中 X—土压力, kPa;
m—土压力参数, kN/m3;
β—等代内摩阻角, (°) ;
y—自设计地面起算的深度, m。
基础为电杆, 其计算宽度由以下两式确定:
b0=bK0 (2)
undefined (3)
式中 b0—电杆的计算宽度, m;
b—电杆的实际宽度, m;
K0—空间增大系数;
ξ—土的侧压力系数, 见表2。
电杆的极限倾覆力为:
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式中 Sj—极限倾覆力;
ht—电杆埋深, m;
H0—S0作用点至设计地面处的距离m;
θ—由表3确定。
当土壤达到极限平衡状态时, 电杆的极限倾覆力与上部结构水平作用力正好相等[3], 则有:
undefined
式中 γf—由表4确定;
S0—上部结构水平作用力设计值, kN。
如图1所示, 当电杆倾覆达到极限平衡时, 根据力平衡方程, 则有:
undefined
整理后为:
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求解上式为:
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设电杆长度为L, 埋深为1/6L, 则有:
undefined (13)
查表4可知, η·μ=59.1, 则有:
undefined
解上式得到:
t=0.12L (15)
在图1中, 土压力X为三角形分布, 则土压力X的作用中心位置为:
undefined
故杆身断裂位置为0.08L处。如电杆杆身长9 m, 埋深1.5 m, 则杆身断裂位置为地面以下0.08×9000=720mm处。
因此, 从以上可以得出, 如需验证杆身技术状况, 只需开挖电杆以下750mm即可。
2结论
由于混凝土电杆部分埋在土中, 在不开挖的情况下, 其技术状况不能准确掌握, 在电网改造作业中, 电杆在施工作业时容易发生杆身断裂现象, 本文首次建立了混凝土电杆的力学模型, 并利用力学对其进行了分析, 找到了混凝土电杆的薄弱点, 从而为电网改造提供了依据。
参考文献
[1]GB/T4623-2006, 环形混凝土电杆[S].北京:中国标准出版社.
[2]DL/T5219-2005, 架空送电线路基础设计技术规程[S].北京:中国标准出版社.
环形钢筋混凝土电杆 篇4
钢筋混凝土电杆在制作、运输、吊装和运行过程中容易产生各种缺陷, 其中最常见的便是裂缝, 即使是预应力混凝土电杆也难以避免。这样电杆长年经受大气和雨水的侵蚀, 尤其低温时裂缝中的水分冻结成冰又促使裂缝扩展, 在反复冻融下导致了裂缝边缘的散裂;当水分接近钢筋以后就会逐渐破坏其四周的碱性保护层, 钢筋便开始锈蚀。铁锈体积的膨胀同样也使裂缝扩大以致散裂, 最终将使结构强度减弱, 使安全运行受到威胁。对于存在各种缺陷的电杆, 其可以继续服役的时间取决于修补方法的可靠性。本文根据钢筋混凝土电杆的裂缝特点, 研制环氧树脂砂浆修复材料, 结合对环形混凝土试件的病害检测, 对部分受损在役钢筋混凝土电杆进行了修补, 取得了良好效果。
1 试验
1.1 原材料
本试验用胶黏剂为无锡树脂厂生产的E-51环氧树脂, 固化剂为江西省西南化工有限公司生产的低分子650聚酰胺树脂, 两者的实测密度分别为1.190 g/m L和0.976 g/m L。用邻苯二甲酸二丁酯 (DBP) 作增韧剂, 掺加501活性稀释剂和KH-550偶联剂。所用填料为南京海螺水泥有限公司生产的P.O 42.5水泥和经冲洗、烘干、过筛的粒径小于0.63 mm的江砂。
1.2 试验方法
根据设定配合比制备环氧树脂砂浆并成型相关试体。参照《环氧树脂砂浆技术规程》D L/T5193-2004测定环氧砂浆的表观密度、固化时间、抗压强度、抗拉强度、弯曲强度。抗压强度测定采用40 mm立方体试体, 抗拉强度测定用“8”字形试体, 弯曲强度测定用尺寸为40 mm×40 mm×160 mm的棱柱型试体。参照《混凝土结构加固设计规范, 附录F:粘结材料粘合加固材与基材的正拉粘结强度实验室测定方法及评价标准》GB 50367-2006制作环氧树脂砂浆与混凝土粘结强度测试试件, 测定环氧树脂砂浆与混凝土基体的粘结性能。混凝土基材的抗压强度为46.3 MPa。
2 试验结果与分析
2.1 可操作时间
2.1.1 固化剂掺量的影响
表1是在25℃时不同环氧树脂:固化剂质量比是粘结剂的可操作时间。在一定范围内, 随着固化剂掺量的增大 (环氧树脂:固化剂质量比减小) , 粘结剂的固化加快, 可操作时间缩短。当固化剂掺量超过一定值后, 会对胶粘剂的力学性能产生不利影响。从表1结果看, 环氧树脂:固化剂质量比在1.1:1到1.5:1之间时可操作时间都是可取的, 从力学性能的角度考虑, 以取环氧树脂:固化剂质量比为1.5:1比较合适。
2.1.2 稀释剂掺量的影响
稀释剂可以降低胶黏剂的粘度, 增加流动性、流平性、浸润性, 改进施工工艺性能。表2是25℃时, 环氧树脂:固化剂质量比为1.5:1时不同稀释剂 (501活性稀释剂) 掺量的胶粘剂的可操作时间。可以看出, 稀释剂可以一定程度延缓固化, 延长可操作时间。试验结果表明, 掺加环氧树脂的15%的501活性稀释剂可以使环氧树脂砂浆的可操作时间延长1/2以上, 超过1 h。
2.1.3 操作温度的影响
表3是掺有环氧树脂质量的10%的501活性稀释剂的不同温度时环氧树脂:固化剂质量比为1.5:1的胶粘剂的可操作时间。从表3中结果可以看出, 温度对胶粘剂的固化时间影响很大, 在夏天温度较高时, 操作时间会缩短, 应适当降低固化剂的掺量, 而冬天气温较低时, 固化和强度发展过慢, 应适当提高固化剂掺量或添加固化促进剂。
2.2 固化强度
2.2.1 固化剂掺量的影响
表4是胶黏剂 (环氧树脂+固化剂) 与填料 (水泥:石英砂=1:3) 质量比为1:4的不同环氧树脂:固化剂质量比的固化体在25℃时的力学性能。从表4结果可知, 环氧树脂与固化剂质量比为1.5:1时胶粘剂有较好的力学性能。当固化剂含量偏低时, 环氧基反应效率低;当固化剂过量时, 则固化效率低;两者均会导致交联密度低, 固化体不能形成理想网状交联状态, 从而未能达到最佳性能。
2.2.2 填料的影响
填料是建筑修补胶中不可缺少的组份。掺加适量的填料, 不仅可以降低原材料成本, 而且可以提高环氧固化体的抗压缩性能。表5是环氧树脂与固化剂质量比为1.5:1的聚合物, 填料为不同水泥和细砂掺量修补材料在25℃时的强度值。从表5结果可知, 每100重量份胶黏剂 (环氧树脂加聚酰胺树脂) 加200~400重量份填料 (水泥和砂子) , 均有利于抗压缩强度的提高, 过多掺入填料就会导致强度的下降。
不同填料掺量环氧固化体与设计值为C50的旧混凝土抗拉粘结强度均大于2.5 MPa, 且均为混凝土内聚破坏。聚合物分子扩散能力强, 渗透到基层材料表面的毛细孔、裂缝中、毛面上对缝隙进行堵塞, 聚合物凝聚时能与基体可靠相连, 并形成机械粘接;同时, 环氧固化剂与填料等牢牢地粘结成坚固的整体, 大大提高了聚合物粘结强度。对面层材料而言, 抗压、抗折强度也是阻止材料开裂的主要参数, 当强度值较大时对收缩有一定的抑制作用, 因此聚合物与填料按为1:4, 水泥与砂子按1:3掺合是抑制开裂最合适的比例。
注:胶黏剂为环氧树脂和固化剂总质量, 填料为水泥和砂子的总质量。
2.2.3 增韧剂的影响
增韧剂可以改善环氧固化体的脆性, 提高其冲击韧性, 但掺量过大会影响固化体的硬度和抗折、抗压强度。向环氧树脂固化体系中引入高分子质量的弹性体, 对于改善胶黏剂的韧性效果最佳。表6是环氧树脂:固化剂质量比为1.5:1, 胶黏剂与填料按1:4, 水泥与砂子按1:3掺合时再掺入不同量 (环氧树脂的百分数) 增韧剂邻苯二甲酸二丁脂 (DBP) 对固化体韧性的影响。在试验范围内, 环氧固化体的柔韧性随着邻苯二甲酸二丁脂掺量的增加而提高, 但强度值随邻苯二甲酸二丁脂掺量的增加而降低, 对于混凝土修补材料而言, 根据表6所示增韧剂 (DBP) 掺量以环氧树脂的10%为宜。
2.2.4 偶联剂的影响
偶联剂引起分子结构中具有两种截然不同的基团, 可分别与有机物和无机物结合, 使有机物和无机物两种性质不同的材料能通过偶联剂的桥梁作用牢固结合起来, 从而改善环氧固化体的性能。表7是环氧树脂:固化剂质量比为1.5:1, 胶黏剂与填料按1:4, 水泥与砂子按1:3掺合时, 掺入不同量KH-550偶联剂的环氧砂浆固化体的性能, 可见掺加环氧树脂重量4%的KH-550偶联剂可以一定程度提高环氧砂浆固化体的抗拉强度。
3 钢筋混凝土电杆修补用环氧树脂砂浆组成及其应用
根据上述试验结果, 确定混凝土电杆修补材料为环氧树脂修补砂浆的各组份配合比见表8, 其中掺加少量炭黑是为了使得修补砂浆固化后的颜色接近水泥浆体, 其性能检测结果见表9。应用该环氧树脂砂浆对苏北某在役输电线路部分受损钢筋混凝土电杆进行了修补。图1和图2分别是对在役钢筋混凝土电杆锈胀剥落和合缝漏浆演变成的缝隙的修补情况。使用结果表明, 这种环氧树脂修补砂浆可操作性好, 固化快, 抗压、抗弯和与旧混凝土粘结强度高, 适用于对在役钢筋混凝土电杆的缝隙和剥落的修复。
单位:MPa
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