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性能优异的UHPC电杆介绍

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性能优异的UHPC电杆介绍

发布日期:2017-11-02 作者: 点击:

贵州电杆生产为您介绍性能优异的UHPC电杆

UHPC电杆作为一种新材料电杆具有“木杆一样轻、钢杆一样强、水泥杆一样廉、岩石一样久”的突出特性,随着国网公司将该产品列入标准物料目录后,作为传统杆塔的升级换代产品将逐渐被越来越多的人们认知和接受,为了让大家对该产品有所了解,本文将介绍一下该产品的相关情况。

一、产品研发背景

法国人在20世纪90年代研发出一种新型水泥复合材料:活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,简称RPC),该材料的本质是一种超高性能水泥砂浆,由于活性粉末混凝土是一种专利产品,欧洲将采用RPC制备原理制成的水泥基材料称为超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,简称UHPC)。与传统混凝土相比,UHPC具有优异的力学性能,包括极高的抗压强度,优良的抗冲击、抗疲劳性能,另外,UHPC材料内部致密,故具有极佳的耐久性。近十多年来,在欧、美、日及我国UHPC材料在海洋工程、军工、桥梁、高层建筑、高铁、风电等领域已有许多应用案例,目前该材料的国家标准GB/T31387-2015已经颁布。

本产品由鞍山铁塔开发研制中心的研发团队历时十年研发,成功将UHPC材料引入到电杆生产,充分发挥该材料的强度高、耐侵蚀能力强、材料用量少等特点,使电杆产品的性能在多方面得到大幅提升。产品在保留混凝土杆价格优势的前提下,力学性能达到配电线路所有铁塔和钢管杆的承载能力,使用年限将远超镀锌钢管杆和铁塔,随着“住建部和工信部关于推广应用高性能混凝土的若干意见”(建标2014 第117号)文件的贯彻和落实,将使目前配电线路杆塔市场由铁塔、钢管杆和混凝土杆三分天下的格局被打破。

二、UHPC电杆的技术创新

本产品的研发共获得十多项专利,其中发明专利五项,这些技术的运用使得本产品具有以下创新点:

1。 杆体具有轻质超高强特性 

在辽宁省工程质量检测中心和鞍山铁塔开发研制中心力学实验室对UHPC杆的基体材料做了一系列性能测试,试验结果表明UHPC 具有极好的力学性能(见下表)。

由于UHPC杆的基体材料具有超出传统混凝土一倍以上的强度,经中国电科院和电力工业杭州线路器材检测中心多次荷载测试证明,杆体的壁厚减少一半仍可达到传统杆型的承载力,相应杆体重量也降低50%左右,实现了杆体的轻型化。重量的大幅降低大大减轻了运输和安装的负荷,这不仅意味着节省人力和成本,还意味着安装速度的加快。

2。优异的耐候性 

传统混凝土杆、钢管杆和铁塔在含有酸、碱、盐及有机溶剂等腐蚀介质的环境中抗腐蚀性能较差,维护费用高,使用寿命短。本产品使用的UHPC材料具有较高的密实度,使其具有极低的渗透性、很高的抗环境介质侵蚀能力和抗高寒地区冻融循环破坏能力,从而提高了UHPC杆的耐久性。

UHPC材料在欧美和日本等地在严重腐蚀环境和超长年限需求环境都有许多应用,如被用做钢管桩防蚀层,在海水中浸泡实验表明UHPC有很强的防蚀能力,钢管桩表面无锈蚀仍有金属光泽。还有用于海底输气管道的隧洞衬砌、海底核废料库的支护、海上采油平台后张预应力管道孔的封堵以及码头混凝土受海水腐蚀部位的修补等普通混凝土无法满足要求的环境中使用,防腐效果都非常明显。贵州电杆生产由此可以推断,用UHPC材料制作的杆体特别适合于盐碱河滩、沿海地区、内陆盐渍土,经常使用融雪剂的道路两侧,以及工业区和酸雨多发地区等对传统混凝土杆、钢管杆和铁塔有特殊防腐要求的环境中使用,可有效地提高杆塔的可靠性和耐久性。另外由于基体材料的抗压强度不低于普通岩石的抗压强度,因而其具有很强的抗气蚀、抗冲磨能力,可在有上述性能需求的环境中长期使用,是一种免维护或低维护结构。

3.  微观结构的改进 

传统混凝土中沙的含泥量较大,粗骨料有微裂纹,存在较多离散性缺陷,影响产品的品质。UHPC杆所选用的是高标号水泥和不含杂质、级配优良的石英砂为主要原料,取消了传统混凝土中的粗骨料,而且添加了比水泥微粒更细的硅灰,根据最大密实度理论,使各种颗粒达到最大密实化,内部的缺陷(空隙与微裂缝)减少到最小,使基体材料的性能保持稳定,进一步增加了产品的可靠性。

4.成型工艺的改进 

9号福彩网优惠由于采用内、外模双模成型这项专利技术,产品的尺寸精度大幅提高,杆体壁厚均匀,双模使杆体的内、外表面均光滑美观,无传统的离心工序,直接灌注成型,无跑浆、漏浆等现象发生,生产环境得到改善。

5。 减少了杆体产生纵向裂纹的可能性 

由于采用带环向预应力的混凝土杆及其制作方法这项专利技术,可以有效防止混凝土杆在混凝土凝固收缩时产生纵向裂纹,使杆体中裂缝处的钢筋锈蚀而带来安全隐患的问题,有效提高混凝土杆的成品率。

6. 承载能力提高 

由于采用内置螺旋弹簧这项专利技术, 在构件的混凝土基体内的纵向筋外周设置了螺旋弹簧,实现了对纵向筋周围的混凝土进行二次约束,因为设置的螺旋弹簧到构件外表面的净距离小于环向筋到构件外表面的净距离,使得位于环向筋外侧的表层混凝土也得到了来自螺旋弹簧的约束,使得构件表层混凝土性能得到改善,大大提高构件的承载力和变形能力,使混凝土脆性破坏变为延性破坏,提高了混凝土基体的抗压、抗弯和抗冲击能力。

三、UHPC杆与传统混凝土杆和钢管杆的对比

HPC杆按承载力可分为替代传统混凝土杆的轻型杆和替代钢管杆的大弯矩杆,轻型杆壁厚一般为25mm至30mm,重量为传统杆的一半左右,大弯矩杆壁厚一般为50mm至60mm,重量比相同强度的钢管杆重30%左右,针对不同的替代产品对比分析如下:

1.  与传统混凝土杆的对比 

除了重量上大幅减少、方便运输和安装这一明显的优势,UHPC杆相比于传统产品还有很多明显的差异,主要包括以下几个方面:

1。1。价格方面(部分预应力UHPC杆与传统钢筋混凝土杆相比)

9号福彩网优惠UHPC杆的基体材料成本比普通混凝土杆基体材料成本高一倍左右,但由于其用量减少一半,所以基体材料的造价与后者基本持平,但由于工艺上的差异,使得成本上也产生了一定差异,具体体现为:

低荷载等级杆型(L级以下):为保证薄壁抗冲击的要求,使得UHPC材料在制造低级别杆时会有一定的余量,因此成本高于传统杆型,除运输困难地区(尤其是需要人力搬运地区)外在低端市场竞争力较差;

中等荷载杆型(10KV主要杆型,M级至P级):成本与传统杆接近,若考虑运输和安装方面的因素,UHPC杆可参与市场竞争;

高荷载杆型(Q级以上):成本不高于传统杆型,直径普遍小于传统杆,加之全寿命周期成本的降低,UHPC杆具有较强的市场竞争力。

9号福彩网优惠1。2。成型工艺和设备

9号福彩网优惠UHPC杆成型工艺的优点:混凝土直接浇注成型工艺,简化了装料过程,模具由内、外两个锥形钢管构成,不需要多个跑轮,混凝土直接浇注成型,因而使得产品的直径和锥度变化灵活,在制造超大直径及超大弯矩杆型时没有技术障碍,只要厂房起重设备允许,可以制造出直径2~4米、开裂弯矩大于5000千牛∙米的用于高压输电和风力发电的大型杆体。另外双模成型有利于制作部分预应力杆型,由于传统工艺在制作部分预应力杆型时需要两次制作钢筋笼,生产效率较低,因此在典设中只有大弯矩杆采用部分预应力杆型,而常用杆型都是非预应力杆,本工艺制作的部分预应力UHPC杆相比于10KV典设中的钢筋混凝土杆即具有不脆断的特性,又使得杆体的开裂弯矩提高一倍,再加上特殊的环向预应力防开裂专利技术,使得杆体的可靠性大幅提高,进而提高了使用寿命,降低了维护成本;

UHPC杆成型工艺的缺点:由于是双模浇注成型,浇注和脱模需要专用的设备,技术门槛高,设备投资较大。另外养护时间长、模具24小时周转一次,需要的模具量较大。

1.3.品质对比

传统产品中品质好的骨料越来越少,存在较多离散性缺陷,影响产品的品质,离心时内表面为自由状态,经常出现凸凹不平、水泥浆过多或不足的情况,造成保护层厚度不均且影响产品的质量。UHPC杆所选用的是不含杂质、级配优良的石英砂为主要原料,取消了传统混凝土中的粗骨料,而且添加了比水泥粒径小两个数量级的硅灰,使各种颗粒达到最大密实化,内部的缺陷(空隙与微裂缝)减少到最小,使基体材料的抗渗性能和抗压能力大幅提高。UHPC杆的钢筋布置采用内外模双向定位,保证钢筋保护层厚度均匀一致,另外由于不含粗骨料,钢筋密度可以增加,强度等级得以进一步提高。独创的防开裂配置使得薄壁杆体在受外力冲击时不易破碎,同时避免纵向产生裂缝,不仅产品的外表美观,产品的品质也进一步提升。

1.4 .发展潜力对比

传统杆由于混凝土强度的制约,想进一步提高承载力,只能是加大直径或超量配筋,造成成本快速上升,UHPC材料强度比传统杆的高出一倍,如果将UHPC杆的强度优势充分发挥出来,在设计时适当加大档距,比如将原有的50米档距加大到75米,这样电杆的数量可减少三分之一,杆体总的造价并没有提高,而横担、绝缘子的数量相应减少,进而节约占地、减少基础施工和安装成本,总的工程造价也随之降低。另外,在通常的情况下,对于耐张杆和转角杆一般是采用带拉线的混凝土杆或钢管杆,带拉线的混凝土杆需要较大的占地面积,如拉线位置在非机动车道内,则拉线的设置会影响城市美观和行人的安全。利用UHPC杆强度高的特点,代替一些传统的拉线杆,实现在没有拉线时也能满足承载力的要求。

1.5. 社会效益的体现

与传统混凝土杆相比,使用UHPC杆更有利于保护环境。贵州电杆生产由于UHPC强度高,单位工程的水泥用量比普通混凝土杆的用量减少一半左右,这将有利于减少资源消耗,保护环境,与“住建部和工信部关于推广应用高性能混凝土的若干意见”(建标2014 第117号)文件的内容相契合。

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