CN102251702B - 高强度高导电性的活性粉末混凝土电杆及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种高强度高导电性的活性粉末混凝土电杆，包括活性粉末混凝土电杆基体，在活性粉末混凝土电杆基体内置有若干根钢筋，其特征是：所述的活性粉末混凝土电杆基体包括组分SiO2，CaO，钢纤维，聚丙烯，水泥，硅粉，水和减水剂；若干根钢筋均附着导电防蚀层。其制作方法，包含有钢筋附着导电防蚀层用磁性聚苯胺聚合物溶液的制作、活性粉末混凝土的制作和活性粉末混凝土电杆成品的制作。导电防蚀层具有高导电性能，在雷电作用电杆上时，能够使雷电流顺畅导入大地。活性粉末混凝土增强了混凝土的抗压强度和抗裂性能。制作方法科学合理，制作的高强度高导电性的活性粉末混凝土电杆质量好，使用寿命长，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及输配电线路工程技术领域，是一种高强度高导电性的活性粉末混凝土电杆及其制作方法。
背景技术
活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，RPC)是一种新型的混凝土，具有轻质、强度较高等优点，在我国已被广泛应用。现有的电杆是采用活性粉末混凝土，在活性粉末混凝土中置入钢筋制作而成的，电杆内置的钢筋除具有增加电杆强度外，还具有接地导电性能，雷电通过电杆内置的钢筋导入大地，避免电杆遭到雷电的灼伤损毁。但现有的活性粉末钢筋混凝土的电杆在具有所述轻质、强度较高的优点外，由于活性粉末混凝土中的诸多化学成分对钢筋有极强的腐蚀作用，现有技术采用化学防腐制剂直接涂敷在钢筋表面，形成氧化防蚀层，虽然现有的氧化防蚀层对钢筋起到一定的防腐蚀作用，但不能从根本上防止活性粉末混凝土中诸多化学成分离子对钢筋的侵蚀。在雷电频繁作用送电线路地区，杆塔结构若采用电杆，电杆一般不架设地线，雷电流须通过电杆内的钢筋导入大地，因此钢筋除了必须具备抗拉强度外，还必须具备导电能力。而钢筋的锈蚀和腐烂现象将改变钢筋的电场分布和导电性能，钢筋的氧化防蚀层不是导电体，不具有导电性能，仅以钢筋作为雷电的导体，当电杆遭到雷电时难以保证将雷电通过钢筋导入大地而保证电杆及输电线路的安全。因此，通常只能通过缩短电杆的使用期限，间接保证电杆使用的质量，以防止因电杆遭到雷电引起的事故，这无疑增加了输电线路的维护成本。
发明内容
本发明的目的是，对现有技术进行实质性改进和创新，提供一种使用寿命长，成本低，具有导电防蚀层，高强度高导电性的活性粉末混凝土电杆。
本发明的另一目的是提供高强度高导电性的活性粉末混凝土电杆的制作方法。
实现本发明目的所采用的技术方案是，一种高强度高导电性的活性粉末混凝土电杆，它包括活性粉末混凝土电杆基体，在活性粉末混凝土电杆基体内置有若干根钢筋，所述的活性粉末混凝土电杆基体包括组分和重量份的SiO2，CaO，8-12mm钢纤维100-130份，聚丙烯，水泥，硅粉，水和减水剂，其特征是：SiO2 33-40份，CaO 33-40份，聚丙烯120-140份，水泥725-730份，硅粉210-220份，水110-120份和减水剂33-40份；若干根钢筋均附着导电防蚀层，所述的导电防蚀层为以磁性聚苯胺聚合粒子为主体的聚苯胺聚合物。
实现本发明另一目的所采用的技术方案是，一种高强度高导电性的活性粉末混凝土电杆的制作方法，其特征是：它包含有钢筋附着导电防蚀层用磁性聚苯胺聚合物溶液的制作、活性粉末混凝土的制作和活性粉末混凝土电杆成品的制作，
1)钢筋附着导电防蚀层用磁性聚苯胺聚合物溶液的制作步骤包括：
(1)合成氧化三铁/聚苯胺聚合粒子溶液：在搅拌状态下，将组分和重量份的240-250份聚苯胺加入到385-395份四氧化三铁液体中，在氮气保护环境及冰火浴条件下，向所述组分和含量的聚苯胺和四氧化三铁混合液中缓慢滴加1000份的水溶液，制得四氧化三铁/聚苯胺聚合粒子溶液；
(2)合成磁流体溶液：将组分和重量份的195-205份磁粉、195-205份蒸馏水同时加入170-180份聚乙二醇中，将所述组分和含量的磁粉、蒸馏水和聚乙二醇溶液移入装有电动搅拌器、冷凝管、氮气入口的容器中；同时加入145-155份0.179mol/L的Fecl2溶液和48-52份0.007％的过氧化氢溶液，搅拌速度为480520r/min，以600mol/L的NaOH溶液调整PH值至13，45-55℃下充氮气反应3.5-4.5小时，制作成棕黑色的磁流体，用蒸馏水涤至PH值为中性；
(3)配制磁性聚苯胺聚合物溶液：将组分和重量份的磁流体溶液28-32份，装入装有电动搅拌器，冷凝管，氮气入口的容器中；加入395-405份蒸馏水，368-372份无水乙醇，416-420份四氧化三铁/聚苯胺聚合粒子溶液，78-79份苯乙烯，5-6份丙烯酸，1-2份二乙烯基苯，23-25份过氧化苯甲酰，搅拌速度300r/min，65-75℃下充氮气反应11-13小时，制作成磁性聚苯胺聚合物溶液；
2)活性粉末混凝土的制作步骤包括：将组分和重量份的SiO2 33-40份，CaO 33-40份，8-12毫米钢纤维100-130份，聚丙烯120-140份，水泥725-730份，硅粉210-220份，水110-120份和减水剂33-40份，用搅拌机，搅拌速度为480-520r/min制备活性粉末混凝士；
3)活性粉末混凝土电杆成品的制作：在微波穿透离心系统的内模与外模之间架设钢筋，将磁性聚苯胺聚合物溶液盛于喷雾器中，均匀喷涂在钢筋上，常温放置3-6小时使钢筋附着导电防蚀层；在所述的内模与外模上，按电杆轴向均匀布置若干个磁极，使活性粉末混凝土中的钢纤维和导电防蚀层中的磁性聚苯胺聚合粒子按照磁力线分布方向有序排列，启动微波穿透离心系统，1200-1500W微波穿透加热，加热时间为25-40分钟，经过微波使钢筋附着导电防蚀层固化，脱模制成活性粉末混凝土电杆成品。
本发明的高强度高导电性的活性粉末混凝土电杆，由于采用活性粉末混凝土电杆基体，若干根钢筋均附着导电防蚀层，导电防蚀层为以磁性聚苯胺聚合粒子为主体的聚苯胺聚合物的结构，其有益效果体现在：
1.导电防蚀层为磁性聚苯胺聚合粒子为主体的聚苯胺聚合物具有导磁性，在外加磁场作用下，粒子能够按照磁力线分布方向有向排列，从而大大增强导电性能，并且产生的附加重量非常小，能克服无机材料附加重量大的缺点。
2.导电防蚀层为磁性聚苯胺聚合粒子为主体的聚苯胺聚合物在微波频段能够有效地吸收电磁辐射，在微波固化过程中能够直接结合在钢筋基体表面上，形成致密、均匀的保护层，能够有效的保护钢筋不受活性粉末混凝土侵蚀。
3.导电防蚀层利用聚苯胺的优异的导电性能，防腐性能和微波吸收性能，利用微波固化技术将聚苯胺为主体的磁性聚苯胺聚合物固化在钢筋表面，使导电防蚀层具备低电阻率的导电能力，防蚀功能，因聚苯胺单体与四氧化三铁粒子聚合，形成在分子水平聚合的导电聚合物四氧化三铁/聚苯胺，并在导电聚合物溶液中加入磁粉，在碱性条件下，磁粉与四氧化三铁/聚苯胺中的四氧化三铁形成磁性氧化铁内核；而聚苯胺高分子吸附缠绕在磁核表面，四氧化三铁起到联系聚苯胺和磁流体的作用；通过控制PH值，过氧化氢用量，亚铁盐浓度，聚乙二醇相对分子质量和含量，最终合成外部为聚苯胺的核壳式磁流体，即：磁性聚苯胺聚合物，该聚合物粒子表现出软磁性，与聚苯胺单体相比较，磁滞损耗大大降低，导电性能得到改善。
4.导电防蚀层具有高导电性能，在雷电作用电杆上时，能够使雷电流顺畅通过，导入大地。
5.活性粉末混凝土中的SiO2与CaO经微波作用反应生成CaSiO3，有效地增强了混凝土的抗压强度和抗裂性能。
本发明的制作方法科学合理，制作的高强度高导电性的活性粉末混凝土电杆质量好，使用寿命长，成本低。
附图说明
图1为高强度高导电性的活性粉末混凝土电杆结构剖面示意图。
图2为微波穿透离心系统电路原理图。
图3为微波穿透离心系统平面布置图。
图中：1活性粉末混凝土电杆基体，2钢筋，3导电防蚀层，4微波穿透离心系统，5外壳、6穿透空间、7观察门，8磁控管，9高压二极管，10高压电容器，11漏感变压器，12风扇电机，13照明灯，14单片机控制电路，15离心机，16联锁微动开关，17热断路器保护开关，18保险管，19风扇热动开关，20功率控制继电器，21定时控制继电器，22外模，23内模，24工作台。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细描述。
参照图1，本发明的高强度高导电性的活性粉末混凝土电杆，包括活性粉末混凝土电杆基体1，在活性粉末混凝土电杆基体1内置有若干根钢筋2，所述的活性粉末混凝土电杆基体1包括组分和重量份的SiO2 25-40份，CaO 25-40份，8-12mm钢纤维100-130份，聚丙烯100-140份，水泥720-730份，硅粉200-220份，水100-120份和减水剂25-40份；若干根钢筋2均附着导电防蚀层3，所述的导电防蚀层3为以磁性聚苯胺聚合粒子为主体的聚苯胺聚合物。
本发明的高强度高导电性的活性粉末混凝土电杆的制作方法，包含有钢筋附着导电防蚀层用磁性聚苯胺聚合物溶液的制作、活性粉末混凝土的制作和活性粉末混凝土电杆成品的制作。
实施例1：钢筋附着导电防蚀层用磁性聚苯胺聚合物溶液的制作步骤包括：
合成氧化三铁/聚苯胺聚合粒子溶液：在搅拌状态下，240g聚苯胺加入到385g四氧化三铁液体中，在氮气保护环境及冰火浴条件下，向所述组分和含量的聚苯胺和四氧化三铁混合液中缓慢滴加1000ml的水溶液，制得四氧化三铁/聚苯胺聚合粒子溶液；
合成磁流体溶液：将195g磁粉、195ml蒸馏水同时加入170g聚乙二醇中，将所述组分和含量的磁粉、蒸馏水和聚乙二醇溶液移入装有电动搅拌器、冷凝管、氮气入口的容器中；同时加入145ml，0.179mol/L的Fecl2溶液和48ml，0.007％的过氧化氢溶液，搅拌速度为480r/min，以600mol/L的NaOH溶液调整PH值至13，45℃下充氮气反应3.5小时，制作成棕黑色的磁流体，用蒸馏水涤至PH值为中性；
配制磁性聚苯胺聚合物溶液：将磁流体溶液28ml，装入装有电动搅拌器，冷凝管，氮气入口的容器中；加入390ml蒸馏水，368ml无水乙醇，416ml四氧化三铁/聚苯胺聚合溶液，78g苯乙烯，5g丙烯酸，1g二乙烯基苯，23g过氧化苯甲酰，搅拌速度300r/min，65℃下充氮气反应11小时，制作成磁性聚苯胺聚合物溶液。
实施例2：钢筋附着导电防蚀层用磁性聚苯胺聚合物溶液的制作步骤包括：
合成氧化三铁/聚苯胺聚合粒子溶液：在搅拌状态下，245g聚苯胺加入到390g四氧化三铁液体中，在氮气保护环境及冰火浴条件下，向所述组分和含量的聚苯胺和四氧化三铁混合液中缓慢滴加1000ml的水溶液，制得四氧化三铁/聚苯胺聚合粒子溶液；
合成磁流体溶液：将200g磁粉、200ml蒸馏水同时加入175g聚乙二醇中，将溶液移入装有电动搅拌器、冷凝管、氮气入口的容器中；同时加入150ml，0.179mol/L的Fecl2溶液和50ml，0.007％的过氧化氢溶液，搅拌速度为500r/min，以600mol/L的NaOH溶液调整PH值至13，50℃下充氮气反应4小时，制作成棕黑色的磁流体，用蒸馏水涤至PH值为中性；
配制磁性聚苯胺聚合物溶液：吸取磁流体溶液30ml，移入装有电动搅拌器，冷凝管，氮气入口的容器中；加入400ml蒸馏水，370ml无水乙醇，418ml四氧化三铁/聚苯胺聚合溶液，78.5g苯乙烯，5.5g丙烯酸，1.5g二乙烯基苯，24g过氧化苯甲酰，搅拌速度300r/min，70℃下充氮气反应12小时，制作成磁性聚苯胺聚合物溶液。
实施例3：钢筋附着导电防蚀层用磁性聚苯胺聚合物溶液的制作步骤包括：
合成氧化三铁/聚苯胺聚合溶液：在搅拌状态下，250g聚苯胺加入到395g份四氧化三铁液体中，在氮气保护环境及冰火浴条件下，向所述组分和含量的聚苯胺和四氧化三铁混合液中缓慢滴加1000ml的水溶液，制得四氧化三铁/聚苯胺聚合粒子溶液；
合成磁流体溶液：将205g磁粉、205ml蒸馏水同时加入180g聚乙二醇中，将所述组分和含量的磁粉、蒸馏水和聚乙二醇溶液移入装有电动搅拌器、冷凝管、氮气入口的容器中；同时加入155ml，0.179mol/L的Fecl2溶液和52ml，0.007％的过氧化氢溶液，搅拌速度为520r/min，以600mol/L的NaOH溶液调整PH值至13，55℃下充氮气反应4.5小时，制作成棕黑色的磁流体，用蒸馏水涤至PH值为中性；
配制磁性聚苯胺聚合物溶液：将磁流体溶液32ml，装入装有电动搅拌器，冷凝管，氮气入口的容器中；加入405ml蒸馏水，372ml无水乙醇，420ml四氧化三铁/聚苯胺聚合溶液，79g苯乙烯，6g丙烯酸，2g二乙烯基苯，25g过氧化苯甲酰，搅拌速度300r/min，75℃下充氮气反应13小时，制作成磁性聚苯胺聚合物溶液。
制备活性粉末混凝土的实施例1-3各原料的重量配比见下表。
重量单位g
| 例号 | SiO2 | CaO | 8-12mm钢纤维 | 聚丙烯 | 水泥 | 硅粉 | 水 | 减水剂 |
| 1 | 25 | 25 | 100 | 100 | 720 | 200 | 100 | 25 |
| 2 | 33 | 33 | 120 | 120 | 725 | 210 | 110 | 33 |
| 3 | 40 | 40 | 130 | 140 | 730 | 220 | 120 | 40 |
以实施例2为例，按各组分和含量的比例用离心机制备活性粉末混凝土。
参照图1-3，活性粉末混凝土电杆成品的制作：在微波穿透离心系统4的内模23与外模22之间架设钢筋2，将磁性聚苯胺聚合物溶液盛于喷雾器中，均匀喷涂在钢筋2上，常温放置3-6小时使钢筋2附着导电防蚀层3；在所述的内模23与外模22上，按电杆轴向均匀布置若干个磁极，本具体实施方式在微波穿透离心系统4中的离心机15外模22和内模23按电杆轴向均匀布置磁极32个，使活性粉末混凝土电杆基体1中的钢纤维和导电防蚀层3中的磁性聚苯胺聚合粒子按照磁力线分布方向有序排列，启动微波穿透离心系统4，1200-1500W微波穿透加热，加热时间为25-40分钟，经过微波使钢筋2附着导电防蚀层3固化，脱模制成活性粉末混凝土电杆成品。
参照图2和图3，所述的微波穿透离心系统4由外壳5、穿透空间6、在穿透空间6设置的工作台24、与外壳5相固连的观察门7和微波控制电路构成。微波控制电路由磁控管8串接高压二极管9与高压电容器10并接于漏感变压器11上，漏感变压器11分别与风扇电机12、照明灯13、单片机控制电路14、离心机15并接，联锁微动开关16、热断路器保护开关17与风扇热动开关19依次串接，在微波控制电路上串接有保险管18。单片机控制电路14连接有功率控制继电器20和定时控制继电器21。
当启动微波穿透离心系统4，微波穿透离心系统4加220V交流电压，产生1000V高压交流电，经过倍压整流后，产生2000V直流电压，加到磁控管8的阳极上，形成1200-1500W微波能量，微波进入加热空间6，并在加热空间6中反射穿透离心机15，使离心机15中的SiO2与CaO分子高频振动，摩擦生热，生成CaSiO3，SiO2与CaO经微波作用反应生成CaSiO3，同时经离心机15作用，最终制成高强度高导电性活性粉末混凝土电杆。
磁控管8是微波穿透离心系统4的重要元件，用于发射微波能，漏感变压器11和高压电容器10，高压二极管9构成的被压整流电路为磁控管8提供脉动直流阳极电压和阴极电压。功率控制继电器20用于调节磁控管8的输出功率，定时控制继电器21用于调节磁控管8的工作时间。联锁微动开关16是微波穿透离心系统4的重要安全装置，通过观察门7凸轮臂来闭合功率控制继电器20和定时控制继电器21的触点，为漏感变压器11初级绕组提供电流通路，当观察门7打开时，联锁微动开关16切断电路，微波穿透离心系统4停止工作。
热断路器保护开关17用于监控磁控管8和微波穿透空间6的工作温度，当工作温度超过限值时，热断路器保护开关17自动切断电源，使微波穿透离心系统4停止工作，观察门7上布置监控开关，与联锁微动开关16的开闭情况相反，在观察门7打开后关闭，观察门7闭合后断开，其作用是为联锁微动开关16失灵或损坏时，使试验系统停止工作。
当启动微波穿透离心系统4，微波穿透离心系统4加220V交流电压，产生1000V高压交流电，经过倍压整流后，产生2000V直流电压，加到磁控管8的阳极上，形成1200-1500W微波能量，微波进入加热空间6，并在加热空间6中反射穿透离心机15，使离心机15中的SiO2与CaO分子高频振动，摩擦生热，生成CaSiO3，SiO2与CaO经微波作用反应生成CaSiO3，同时经离心机15作用，最终制成高强度高导电性活性粉末混凝土电杆。
本发明所用原料易得，均为市售产品。
本发明所用电气元件选择如下：
磁控管8型号：CK611，工作频率50Hz。
高压二极管9型号：ZCLG200。
高压电容器10型号：TAL3-01。
保险管18型号：T2AH250V。
热断路器保护开关17型号：JECPS-32，工作频率50Hz。
联锁微动开关16型号：LXW9，工作频率50Hz，机械寿命15000000次。
风扇电机19型号：K03001013，工作电压220V。
功率控制继电器20型号：GDK系列03节能型。
定时控制继电器21型号：DIN48。
单片机控制电路14的单片机型号：D404054，日本索尼公司。
本发明高强度高导电性的活性粉末混凝土电杆的样品经12个月试用，实现了本发明的目的和获得了显著的技术效果。
经检测本发明高强度高导电性的活性粉末混凝土电杆的抗压强度200Mpa在以上，抗拉强度15MPa，抗渗性大于P16，其导电防蚀层的电阻率为0.73×10-8Ωm。
Claims (2)
1.一种高强度高导电性的活性粉末混凝土电杆，它包括活性粉末混凝土电杆基体，在活性粉末混凝土电杆基体内置有若干根钢筋，所述的活性粉末混凝土电杆基体包括组分和重量份的SiO2，CaO，8-12mm钢纤维100-130份，聚丙烯，水泥，硅粉，水和减水剂；其特征是：SiO233-40份，CaO 33-40份，聚丙烯120-140份，水泥725-730份，硅粉210-220份，水110-120份和减水剂33-40份；若干根钢筋均附着导电防蚀层，所述的导电防蚀层为以磁性聚苯胺聚合粒子为主体的聚苯胺聚合物。
2.一种高强度高导电性的活性粉末混凝土电杆的制作方法，其特征是：它包含有钢筋附着导电防蚀层用磁性聚苯胺聚合物溶液的制作、活性粉末混凝土的制作和活性粉末混凝土电杆成品的制作，
1)钢筋附着导电防蚀层用磁性聚苯胺聚合物溶液的制作步骤包括：
(1)合成氧化三铁/聚苯胺聚合粒子溶液：在搅拌状态下，将组分和重量份的240-250份聚苯胺加入到385-395份四氧化三铁液体中，在氮气保护环境及冰火浴条件下，向所述组分和含量的聚苯胺和四氧化三铁混合液中缓慢滴加1000份的水溶液，制得四氧化三铁/聚苯胺聚合粒子溶液；
(2)合成磁流体溶液：将组分和重量份的195-205份磁粉、195-205份蒸馏水同时加入170-180份聚乙二醇中，将所述组分和含量的磁粉、蒸馏水和聚乙二醇溶液移入装有电动搅拌器、冷凝管、氮气入口的容器中；同时加入145-155份0.179mol/L的Fecl2溶液和48-52份0.007％的过氧化氢溶液，搅拌速度为480-520r/min，以600mol/L的NaOH溶液调整PH值至13，45-55℃下充氮气反应3.5-4.5小时，制作成棕黑色的磁流体，用蒸馏水涤至PH值为中性；
(3)配制磁性聚苯胺聚合物溶液：将组分和重量份的磁流体溶液28-32份，装入装有电动搅拌器，冷凝管，氮气入口的容器中；加入395-405份蒸馏水，368-372份无水乙醇，416-420份四氧化三铁/聚苯胺聚合粒子溶液，78-79份苯乙烯，5-6份丙烯酸，1-2份二乙烯基苯，23-25份过氧化苯甲酰，搅拌速度300r/min，65-75℃下充氮气反应11-13小时，制作成磁性聚苯胺聚合物溶液；
2)活性粉末混凝土的制作步骤包括：将组分和重量份的SiO2 33-40份，CaO 33-40份，8-12毫米钢纤维100-130份，聚丙烯120-140份，水泥725-730份，硅粉210-220份，水110-120份和减水剂33-40份，用搅拌机，搅拌速度为480-520r/min制备活性粉末混凝土；
3)活性粉末混凝土电杆成品的制作：在微波穿透离心系统的内模与外模之间架设钢筋，将磁性聚苯胺聚合物溶液盛于喷雾器中，均匀喷涂在钢筋上，常温放置3-6小时使钢筋附着导电防蚀层；在所述的内模与外模上，按电杆轴向均匀布置若干个磁极，使活性粉末混凝土中的钢纤维和导电防蚀层中的磁性聚苯胺聚合粒子按照磁力线分布方向有序排列，启动微波穿透离心系统，1200-1500W微波穿透加热，加热时间为25-40分钟，经过微波使钢筋附着导电防蚀层固化，脱模制成活性粉末混凝土电杆成品。
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