新疆南疆高盐碱地区高压输电线路中钢筋混凝土电杆服役现状分析

洪军，罗志明，孟仝，周扬，王昱珩

（新疆维吾尔自治区产品质量监督检验研究院，新疆 乌鲁木齐 830013）

0 引言

钢筋混凝土电杆大多是由混凝土和钢筋复合，采用离心成型，快速蒸汽养护而成的环形薄壁中空结构。其中，混凝土多采用水泥、砂石骨料及水进行比例搅拌，坍落度一般控制在 30～50mm。

本次钢筋混凝土电杆外观质量数据收集时间为2017 年 9 月至 2018 年 2 月，位于新疆阿克苏地区的四条典型高压电力输送线路（分别以线路一至线路四表示）。线路一全长 5km，输电电压 35kV；线路二全长15km，输电电压 35kV；线路三全长 23km，输电电压35kV；线路四全长 93.621km，输电电压 110kV。四条线路始建于 2007 年至 2009 年，总计使用钢筋混凝土电杆 646 基，其中锥形钢筋混凝土电杆 227 基，等径钢筋混凝土电杆 419 基。使用年限为 8～10 年。电杆损坏情况见表 1和图 1 所示。

1 检测分析方案

表 1 钢筋混凝土电杆损坏情况统计表

钢筋混凝土电杆服役劣化因素可分为外因和内因。外因则可分为电杆根基处水质及土质、大气气候、输电电压等；而内因则是混凝土和钢筋特性。

图 1 可见明显损坏的部分钢筋混凝土电杆

因此，对四条线路沿途存在明显影响到电杆基础的附近地区积水取样，参考标准 GB/T 5750—2006《生活饮用水卫生标准检验方法》，检测其钙含量、镁含量、氯化物含量、碳酸盐含量、碳酸氢盐含量、硫化物含量；在电杆基础附近地表土壤取样，参考标准 GB/T 50123—1999《土工试验方法标准》、JTJ 01—2001《新疆盐渍土地区公路路基路面设计与施工规范》检测其碳酸根、碳酸氢根、氯根、钙离子、镁离子、硫酸根等化学物质含量；在四条线路中外观损伤明显的钢筋混凝土电杆上取混凝土样品，参考标准 GB/T 176—2008《水泥化学分析》检测其碱含量、氯离子、氧化镁、氧化钙、三氧化硫等化学物质含量，同时采用扫描电镜（SEM）、X 射线能谱仪（EDS）等进行混凝土微观形貌观测、化学元素组成及占比分析及矿物相分析；对更换下来的不同线路不同损坏程度的钢筋混凝土电杆，参考标准 GB/T 4623—2006《环形混凝土电杆》，进行力学性能、混凝土保护层厚度、混凝土碳化深度及电杆主钢筋锈蚀检查等进行检测。

2 检测结果及综合分析

2.1 电杆根基处水质及土质检测

电杆根基所处水质检测数据见表 2，土壤样品检测数据见表 3。

表 2 电杆根基处水质检测数据 mg/L

由表 2 和表 3 的检测结果可知，电杆根基处水质及土质氯化物和硫化物含量较高，根据钢筋混凝土破坏劣化机理表明，对混凝土的膨胀型结晶产物（如：钙矾石、石膏）生成提供了有害物质来源，也对钢筋的锈蚀提供了有害物质来源。

2.2 电杆混凝土样品检测

电杆混凝土样品的化学物质含量检测数据见表 4。

由表 4 分析可知：混凝土样品中的氯离子含量均超过了 0.1%，若换算成水泥质量百分比，则氯离子含量远超 0.1%，超过了 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》中的潮湿而含有氯离子环境、盐渍土环境下钢筋混凝土的限值，对混凝土中的钢筋锈蚀的发生有着促进作用，同时也会导致混凝土的膨胀开裂。

表 3 土壤样品检测数据 mmol/kg

表 4 混凝土样品化学物质含量检测数据 %

作为佐证，本文采用扫描电镜（SEM）对混凝土样品进行微观形貌观测，大多数样品中胶凝材料基本完全水化，主要水化产物为水化 CSH 凝胶，同时也观测到了较为显著的钙矾石产物相，对应观测图谱见图 2。

同时，X 射线能谱仪（EDS）对混凝土样品进行元素分析及矿物相分析，结果见表 5。检测结果显示：氯元素的含量较高，同时也存在钙矾石相，也同时与表 4的检测结果具有一致性。

2.3 钢筋混凝土力学及混凝土特性检测

依据国家标准 GB/T 4623—2006《环形混凝土电杆》，对混凝土电杆杆段样品进行力学性能、混凝土保护层厚度、碳化深度、主筋锈蚀检查等进行检测。结果见表 6。

综合表 6，在钢筋混凝土电杆服役 8～10 年后，其承载力检验能基本满足承载力设计要求，但破坏力检验时普遍不满足，此外混凝土保护层厚度普遍不满足设计要求，但碳化深度都普遍较小，主钢筋均有不同程度锈蚀现象。

3 结论

（1）从钢筋混凝土电杆外观质量和力学特性上分析，新疆南疆地区使用 8～10 年的钢筋混凝土电杆，实际承载能力仅仅只能达到设计承载能力，已经完全失去了相应的安全系数，存在着严重的安全隐患。

（2）从钢筋混凝土电杆所处环境介质分析，新疆南疆（阿克苏）地区普遍为高氯盐环境，为钢筋锈蚀加剧提供了有害物质来源。

（3）从混凝土样品中化学组分、扫描电镜以及 X射线能谱仪分析可知，混凝土内部氯盐含量较大，存在钙矾石相。如是在忽略由于混凝土及其原材料引起的情况下，可以认为环境介质中的氯离子侵入到了混凝土中，加剧了钢筋锈蚀，而混凝土碳化深度都普遍较小，主钢筋均有不同程度锈蚀现象则进一步给出了证明。

（4）本文以服役 8～10 年的钢筋混凝土电杆作为研究对象，无法从混凝土所用原材料、钢材质量等内部因素分析，也无法通过运输安装、防腐处理、外界气候特点、高电压环境等外界因素进行分析。

事实上，普通混凝土生产工艺的钢筋混凝土电杆在新疆南疆高盐碱地区环境中实际使用时，仅 2～4 年即会出现混凝土开裂现象。而通过掺入掺合料，如粉煤灰、矿渣料或含硅灰外加剂等，改善混凝土配比，降低外界有害介质侵入性，有针对性地提高混凝土生产工艺，才能使钢筋混凝土电杆的使用年限得以提高。

图 2 混凝土样品（SEM）微观形貌图谱

表 5 混凝土样品 X 射线能谱仪（EDS）分析结果

表 6 钢筋混凝土电杆力学及混凝土特性检测结果