CN103741707A - 盐渍土地区特高压输电线路的大开挖防腐基础及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种盐渍土地区特高压输电线路的大开挖防腐基础及制备方法，该方法包括：制备混凝土垫层；在混凝土垫层上制备混凝土基础主体，混凝土基础主体表面经纬平整度要求2m范围内落差小于2mm；在混凝土垫层顶面及基础主体表面涂刷至少两层HCPE防腐底漆以及至少3层HCPE防腐面漆，每层漆膜厚度40～50μm；该步骤中需控制特定的底材温度、涂料本身温度、施工环境温度及相对湿度。按照本发明的方法制得的基础具有良好的耐久性及防腐性能，适用于盐渍土地区特高压输电线路杆塔建设。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路用基础技术领域，具体是关于一种适用于盐渍土地区的输电线路杆塔大开挖防腐基础及其制备方法，所制得的基础的耐久性较普通基础大幅提高，可使基础在设计使用年限内正常工作。
背景技术
输电线路杆塔基础的安全性和可靠性对于输电线路的安全运行是至关重要的。而在盐渍土地区，容易发生输电线路杆塔基础混凝土受到腐蚀，出现裂缝，逐渐剥落并失去承载能力的现象。
盐渍土是含盐量较大的土壤，是盐土和碱土以及各种盐化、碱化土壤的总称，具有腐蚀、溶陷和盐胀等特性。在盐渍土地区，导致基础混凝土的腐蚀性破坏原因很多，依据盐渍土的特点，主要是由于土中超过一定含量的硫酸盐和氯盐对钢筋混凝土的腐蚀破坏。硫酸盐的破坏机理主要有两类：1、含有一定硫酸盐的环境水，在混凝土毛细管的虹吸作用下，被吸入混凝土体中，混凝土暴露在大气中，蒸发了传递水分，将盐分浓缩析出，残留于混凝土的表面和内部，呈现白迹、白霜，使混凝土遭受硫酸盐结晶时产生的膨胀力，导致混凝土从表层开始破坏，使混凝土强度降低，最后可能导致完全破坏；2、当环境水（地下水和地表水）中含有硫酸盐时，如硫酸钠（Na2SO4）、硫酸钙（CaSO4）、硫酸镁（MgSO4）等，水中的硫酸钠与普通硅酸盐水泥石中的碱性固态游离石灰质及水化铝酸钙发生化学反应，生成石膏和硫铝酸钙，产生体积膨胀，使混凝土产生破坏。氯盐的破坏机理主要过程是：氯盐通过外界介质渗入到钢筋混凝土内部→在钢筋表面氯离子引起宏电池腐蚀发生→腐蚀产物膨胀在混凝土中产生拉应力→混凝土中的拉应力导致开裂剥落。由于盐渍土地区输电线路基础埋于地下，常年与含盐量较高的土壤或者水接触，硫酸根离子和氯离子会慢慢侵入基础内部，使得混凝土发生腐蚀破坏，直至失去承载力，严重威胁到整个线路的安全运行。
目前国内输电线路杆塔基础设计中，没有对盐渍土地区基础设计做出专门的规定。以往输电线路基础设计主要是依据输电线路行业规范《架空送电线路基础设计技术规定》（DL/T5219-2005）（以下简称《技术规定》）这本设计标准，而对于盐渍土地区的基础设计在正文中并没有明确指出，只是在其附录C.2条的条文说明有所要求，即：对于盐渍土地区输电线路中基础的防腐可参考石油管道行业标准《盐渍土地区建筑规范》（SY/T0317-97）（以下简称《盐建规》）中相关规定执行，其综合防腐措施见表1。
表1防腐综合处理措施
上述防腐措施存在以下技术问题或不足之处：
1）混凝强度等级是随着水泥用量的增加和水灰比的降低而逐渐增加的，混凝土的密实度也随之增加，抗腐蚀性也逐渐增强。表1的综合处理措施没有明确不同腐蚀等级下所要采用的混凝土强度等级是多少，设计人员在设计基础时，不易参考取值；
2）水泥本身就含有一定的盐分，品种不同的水泥含盐量也不同，超过一定含盐量的水泥本身对钢筋就具有腐蚀性，表1对水泥品种规定较为宽泛（强腐蚀则没有明确水泥品种），不明确；
此外，按照《盐渍土地区建筑规范》5.5.4条的规定，中强腐蚀地区混凝土的水泥品种应采用中、高抗硫酸盐水泥，而根据《抗硫酸盐硅酸盐水泥》（GB748-2005）的规定，中抗硫酸盐水泥和高抗硫酸盐水泥中氧化钙含量较低(碱度低)，这使得配制成混凝土密实性差，虽然能抵抗SO4 2-的侵蚀，但是在Cl1-腐蚀条件下会引起钢筋锈蚀，从而只适用于单一硫酸盐腐蚀环境的工程，而不适用于同时存在硫酸盐和氯盐腐蚀环境下的工程；因此，在《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》JTJ275等标准中均不推荐采用中抗硫酸盐水泥、高抗硫酸盐水泥，在GB50046-2008中也注明了当介质中除含离子SO4 2-外还含有其他腐蚀性离子时，抗硫酸盐硅酸盐水泥的耐腐蚀性能除确有使用经验外，尚应经过试验确定；此外，抗硫酸盐水泥早期强度低，也不适宜预制构件；
3）表1中，强腐蚀下的处理措施对最小水泥用量做了范围限定，在实际施工配制混凝土的操作中较难实现；
4）沥青类涂料有效使用年限较短，且与混凝土贴合没有树脂类密实；
5）外防护的涂层范围不明确，涂层厚度不明确；
6）大开挖基础底板受力较为复杂，容易出现裂缝，因而更易受到侵蚀，必须设置垫层，表1的综合处理措对于大开挖基础是否设置垫层以及垫层混凝土的等级、厚度，都没有规定。
基于上述现状，提高盐渍土地区输电线路杆塔基础的运行安全性和可靠性具有重大意义。
发明内容
本发明的主要目的在于根据现有的输电线路杆塔基础不适用于盐渍土地区的不足之处，总结各行业设计规定，并结合输电线路工程本身特殊性和大开挖基础自身特点，推出一种新颖的盐渍土地区防腐基础及其制备方法，该基础的耐久性较普通基础大幅提高，可适用于盐渍土地区，在设计使用年限内正常工作。
为达上述目的，本案发明人通过大量的摸索研究实验，做了深入的研究和理论分析，依据安全可靠、经济合理的设计原则，遵循新版《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）和《混凝土结构耐久性设计规范》（GB50476-2008）对于混凝土耐久性的要求，并结合输电线路自身特点，考察了混凝土强度等级、水胶比、水泥用量、水泥类型、防腐涂料品种、施工条件等对基础运作性能的可能影响，提出一种新颖的具良好防腐性能的输电线路杆塔基础建设规范。
一方面，本发明提供了一种盐渍土地区特高压输电线路的大开挖防腐基础的制备方法，该方法包括步骤：
大开挖基坑，制备混凝土垫层；该混凝土垫层经放置、养护和干燥后，表面经纬平整度要求2m范围内落差小于2mm；
在混凝土垫层上制备混凝土基础主体，该混凝土基础主体经放置、养护和干燥后，表面经纬平整度要求2m范围内落差小于2mm；
在混凝土垫层顶面及基础主体表面涂刷至少两层HCPE防腐底漆以及至少3层HCPE防腐面漆，每层漆膜厚度40～50μm；该步骤中，控制底材温度为0℃～50℃且至少高于空气露点温度3℃，涂料本身温度高于15℃，施工环境温度不高于35℃，环境相对湿度75%以下；
涂完最后一层面漆后，待漆膜完全干燥后，回填夯实基坑。
根据本发明的具体实施方案，本发明的盐渍土地区特高压输电线路的大开挖防腐基础的制备方法中，所述混凝土垫层的厚度至少为100mm，垫层宽度为基础主体底板向外沿至少100mm。
根据本发明的具体实施方案，本发明的盐渍土地区特高压输电线路的大开挖防腐基础的制备方法中：
对于中腐蚀地区，涂刷至少两层HCPE防腐底漆以及至少3层HCPE防腐面漆，所述底漆与面漆的干膜总厚≥200μm；
对于高腐蚀地区，涂刷至少两层HCPE防腐底漆以及至少5层HCPE防腐面漆，所述底漆与面漆的干膜总厚≥300μm。
根据本发明的具体实施方案，本发明的盐渍土地区特高压输电线路的大开挖防腐基础的制备方法中：
对于弱腐蚀等级地区，基础主体的混凝土最低强度等级为C30；垫层的混凝土最低强度等级为C20；
对于中腐蚀等级地区，基础主体的混凝土最低强度等级为C35；垫层的混凝土最低强度等级为C25；
对于强腐蚀等级地区，基础主体的混凝土最低强度等级为C40；垫层的混凝土最低强度等级为C25；
并且，垫层混凝土中的水泥与基础主体混凝土中的水泥为同样的品种。
本案发明人还特别比较研究了市面上各种混凝土配方，发现高抗硫酸盐硅酸盐水泥（P?HSR）跟普通硅酸盐水泥相比，混凝土抗氯离子侵入性能偏低。在Cl－与SO4 2-共存环境下，混凝土受硫酸盐腐蚀的情况比在只有5%硫酸钠溶液的环境中轻微。不管是在哪种侵蚀介质中，掺混凝土抗硫酸盐侵蚀防腐剂并没有显著提高抗蚀能力，可以不掺加抗硫酸盐侵蚀防腐剂。采用高抗硫酸盐水泥和抗硫酸盐侵蚀剂以及低粉煤灰掺量的常规防腐蚀混凝土的抗氯离子侵入性能差，不能满足耐久性要求。而复掺20%粉煤灰与30%磨细矿渣粉、低水胶比、采用普硅42.5水泥的C40高性能混凝土可以满足耐久性设计要求。
据此，根据本发明的具体实施方案，本发明的盐渍土地区特高压输电线路的大开挖防腐基础的制备方法中：
对于中腐蚀等级以及强腐蚀等级地区，基础主体的混凝土为复掺10～20%粉煤灰与10～30%5～31.5mm矿渣粉、最大水胶比0.36、采用普硅42.5水泥的C40混凝土。
根据本发明的具体实施方案，本发明的盐渍土地区特高压输电线路的大开挖防腐基础的制备方法中：对于强腐蚀等级地区，基础主体的混凝土为复掺10%粉煤灰与15%5～20mm矿渣粉、5%硅灰、水胶比0.32、采用普硅42.5水泥的C50混凝土。
根据本发明的具体实施方案，本发明的盐渍土地区特高压输电线路的大开挖防腐基础的制备方法中：控制基础主体混凝土的砂率为38%～45%，混凝土的表观密度取值分别为2450kg/M3（C35）、2500kg/M3（C40）、2550kg/M3（C50）。
根据本发明的具体实施方案，本发明的盐渍土地区特高压输电线路的大开挖防腐基础的制备方法中，所述HCPE防腐底漆与面漆满足以下要求：表干≤0.5小时，实干≤24小时，柔韧性≤2mm，耐冲击性≥50cm，固体含量≥50%，附着力（画圈法）/级≤2。在本发明的一优选的实施方案中，所述HCPE防腐底漆为其中HCPE：氯化石蜡=7：3的防腐底漆；所述HCPE防腐面漆为加入部分热塑性丙烯酸树脂、低分子环氧树脂改性的HCPE防腐面漆。满足这些条件要求的HCPE防腐底漆与面漆均可商购获得。
另一方面，本发明还提供了按照上述方法制备的适用于盐渍土地区特高压输电线路的大开挖防腐基础。
具体而言，本发明提供的适用于盐渍土地区特高压输电线路的大开挖防腐基础包括：
混凝土制成的垫层；
设置于垫层上的钢筋混凝土制成的基础主体；
涂刷于垫层顶面以及基础主体表面的至少两层底漆和至少三层面漆构成的防腐涂层，其中，所述防腐涂层总厚度≥200μm。
根据本发明的具体实施方案，本发明的防腐基础中：
对于中腐蚀及弱腐蚀等级地区，涂刷至少两层底漆和至少三层面漆，每层底漆厚度40-50μm，每层面漆厚度40-50μm；
对于强腐蚀等级地区，涂刷至少两层底漆和至少五层面漆，每层底漆厚度40-50μm，每层面漆厚度40-50μm；干膜总厚度≥300μm。
根据本发明的具体实施方案，本发明的防腐基础中：
对于弱腐蚀等级地区，基础主体的混凝土最低强度等级为C30；
对于中腐蚀等级地区，基础主体的混凝土最低强度等级为C35；
对于强腐蚀等级地区，基础主体的混凝土最低强度等级为C40。
根据本发明的具体实施方案，本发明的防腐基础还包括设置在所述基础主体下的垫层，该垫层采用混凝土制成，混凝土中的水泥与基础主体混凝土中的水泥为同样的品种。
根据本发明的具体实施方案，本发明的防腐基础中，所述垫层宽度为基础主体向外沿扩展100mm。
根据本发明的具体实施方案，本发明的防腐基础中：
对于弱腐蚀等级地区，垫层的混凝土最低强度等级为C20；
对于中腐蚀等级地区，垫层的混凝土最低强度等级为C25；
对于强腐蚀等级地区，垫层的混凝土最低强度等级为C25。
根据本发明的具体实施方案，本发明的具良好防腐性能的输电线路杆塔基础主要技术措施见表2.1。
表2.1新型防腐基础技术措施
本发明所采用的HCPE中文名称为高氯化聚乙烯树脂，是一种高效的耐久性强的防腐涂料，为所属领域的现有商品，本发明中要求其主要技术性能应不低于表2.2中各项的要求。
表2.2主要技术性能要求
注：施工单位（人员）在购买HCPE防腐涂料时的主要技术性能可参考上表，但同时HCPE需具有产品质量证明书且满足出厂质量标准，以及满足国家相关检测标准及规定。
对于HCPE防腐涂料的涂刷厚度及涂刷道数，在该基础技术措施中也做了明确规定，见表2.3。
表2.3漆膜厚度表
图1为本发明的大开挖防腐基础的结构示意图。
图2为未涂防腐涂料的基础垫层实体外观图。图3为刷完防腐涂料基础垫层实体外观图。图4为基础浇筑完毕未涂刷涂料的大开挖基础实体图。图5为基础表面全部涂刷HCPE防腐涂料后的实体图。
本发明的有益效果：
1）本发明完全遵循新版《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）和《混凝土结构耐久性设计规范》（GB50476-2008）对于混凝土耐久性的要求，并结合输电线路自身特点，明确了混凝土强度等级、水胶比、水泥用量、水泥类型、防腐涂料品种、施工条件等主要指标参数，使得设计和施工人员在具体操作中有了更确切的依据；
2）本发明中采用特定的HCPE防腐涂料，此类涂料较沥青类涂料的有效使用年限更长，且与混凝土贴合较为紧密，可有效的保护基础混凝土，阻止外界腐蚀介质的侵入；
3）增加了基础混凝土垫层，使得基础底板得到更有效的保护；
4）内防护措施可大幅提高混凝土的密实度，外防护可有效阻止外部侵蚀介质的侵入，这种内外结合的防腐技术，可切实增强混凝土的耐久性，使得线路基础在设计年限内正常工作，确保整条输电线路的运行安全。
本发明的基础能适用于特高压输电线路（特高压输电线路是指电压等级在交流1000kV或直流±800kV以上的输电线路，此类线路设计的重要性系数较一般工程高，要求更为严格）。
本发明的技术方案实施安全、经济；各类技术参数明确；内外防护相结合；贴合输电线路工程特点。
附图说明
图1为本发明的大开挖防腐基础的结构示意图。
图2为未涂防腐涂料的基础垫层实体外观图。
图3为刷完防腐涂料基础垫层实体外观图。
图4为基础浇筑完毕未涂刷涂料的大开挖基础实体图。
图5为基础表面全部涂刷HCPE防腐涂料后的实体图。
图6为未采取防腐措施的混凝土试件。
图7为采取本发明设计理念的防腐措施的混凝土试件。
具体实施方式
以下通过具体实施方案详细说明本发明技术方案的实施和所具有的有益效果，但不能认定为对本发明的可实施范围的任何限定。
实施例1
本发明技术方案在已竣工投产的哈密南-郑州±800kV特高压直流输电线路工程中成功应用，以该工程第8标段的1670#基础为例，具体实施例简要阐述如下：
1670#基础位于甘肃河西走廊的盐渍土地区，按照《岩土工程勘察规范（2009年版）》（GB50021-2001）的判定标准，该基础的地基土对基础混凝土具有强腐蚀，需要对该基础进行防腐处理，提高基础的耐久性，达到设计的使用年限。
1、基础混凝土的强度等级及配合比。参照下表执行：
注：a、C35～C40可以采用5～31.5mm碎石，C50必须采用5～20mm碎石；
b、砂石用量在混凝土试配时确定，建议的砂率为38%～45%，混凝土的表观密度取值分别为2450kg/M3（C35）、2500kg/M3（C40）、2550kg/M3（C50）；根据现场的砂、石进行调整砂率，测出每批砂石的含水量、含石量，然后调整配合比。
c、高效减水剂、阻锈剂和引气剂均为商购的所属领域中的常规添加剂，按照含固量计算。
2、混凝土原材料要求
（1）水泥
本工程要求采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，应该符合《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）的技术要求。
（2）矿物掺合料（矿物外加剂）
粉煤灰、磨细矿渣和硅灰，应由生产厂家专门进行产品检验并出产品合格证书，其技术条件应符合国家标准《高强高性能混凝土用矿物外加剂》（GB/T18736－2002）的规定。
（3）集料
配制本发明混凝土的集料应符合国家标准《建设用砂》（GB/T14684－2011）和《建设用卵石、碎石》（GB/T14685－2011）的技术要求。
（4）化学外加剂
本发明使用的所有化学外加剂，均不得含有氯盐、钠盐、钾盐和硫酸根。高效减水剂和引气剂应符合国家标准《混凝土外加剂》（GB8076－2008）的技术要求；钢筋阻锈剂应该符合国家建筑工程行业标准《钢筋阻锈剂应用技术规程》（JGJ/T192-2009）的技术要求。
（5）拌和水
混凝土拌和用水应符合《混凝土用水标准》（JGJ63-2006）的有关规定。
3、防腐涂料采用商购的HCPE（改性高氯化聚乙烯），其中，HCPE防腐底漆为其中HCPE：氯化石蜡=7：3的防腐底漆；所述HCPE防腐面漆为加入部分热塑性丙烯酸树脂、低分子环氧树脂改性的HCPE防腐面漆。具体技术性能检测符合下表要求，施工要求参照下表：
4、耐久性质量控制指标
强度等级为C40的混凝土，抗冻耐久性指标DF不低于80%，现场腐蚀介质中浸泡12个月的抗腐蚀系数不小于0.95，三维自然扩散法的自由氯离子扩散系数不大于4×10-8cm2/s。
5、具体应用实例及对比实例
参见图1所示，本实施例中，1670#基础垫层12为上述所列C35等级混凝土，基础主体10为上述所列C40等级混凝土，混凝土垫层及混凝土基础主体表面经纬平整度2m范围内落差小于2mm；混凝土垫层的厚度100mm，垫层宽度为基础主体底板向外沿100mm。
混凝土垫层及混凝土基础主体制成并经放置、养护和干燥后，在混凝土垫层顶面及基础主体表面涂刷2层HCPE防腐底漆111以及5层HCPE防腐面漆112（各层漆膜形成防腐涂层11，图中仅示意性显示了3层面漆），每层漆膜厚度40～50μm；所述底漆与面漆的干膜总厚约300μm。在涂刷防腐底漆与防腐面漆涂料过程中，底材（垫层及基础主体）温度为0℃～50℃且至少高于空气露点温度3℃，涂料本身温度高于15℃，施工环境温度不高于35℃，环境相对湿度75%以下。涂完最后一层面漆后，待漆膜完全干燥后，回填夯实基坑。
2002年在同一地点埋设的2组混凝土试件桩，一组未采取防护措施，另外一组即为本实施例上述采用了本发明设计理念的防腐措施的大开挖基准。2013年的调查结果显示：未采取防护措施的混凝土试件已经被腐蚀，而采用本发明设计理念的混凝土试件则完好无损。图6为未采取防腐措施的混凝土试件；图7为采取本发明设计理念的防腐措施的混凝土试件。
从以上调研及科研成果来看，不采取防腐措施的混凝土在强腐蚀介质中10-20年后的强度降低20%-90%，完全不能满足设计使用年年限的要求。
Claims (10)
1.一种盐渍土地区特高压输电线路的大开挖防腐基础的制备方法，该方法包括步骤：
大开挖基坑，制备混凝土垫层；该混凝土垫层经放置、养护和干燥后，表面经纬平整度要求2m范围内落差小于2mm；
在混凝土垫层上制备混凝土基础主体，该混凝土基础主体经放置、养护和干燥后，表面经纬平整度要求2m范围内落差小于2mm；
在混凝土垫层顶面及基础主体表面涂刷至少两层HCPE防腐底漆以及至少3层HCPE防腐面漆，每层漆膜厚度40～50μm；该步骤中，控制底材温度为0℃～50℃且至少高于空气露点温度3℃，涂料本身温度高于15℃，施工环境温度不高于35℃，环境相对湿度75%以下；
涂完最后一层面漆后，待漆膜完全干燥后，回填夯实基坑。
2.根据权利要求1所述的盐渍土地区特高压输电线路的大开挖防腐基础的制备方法，其中，所述混凝土垫层的厚度至少为100mm，垫层宽度为基础主体底板向外沿至少100mm。
3.根据权利要求1所述的盐渍土地区特高压输电线路的大开挖防腐基础的制备方法，其中：
对于中腐蚀地区，涂刷至少两层HCPE防腐底漆以及至少3层HCPE防腐面漆，所述底漆与面漆的干膜总厚≥200μm；
对于高腐蚀地区，涂刷至少两层HCPE防腐底漆以及至少5层HCPE防腐面漆，所述底漆与面漆的干膜总厚≥300μm。
4.根据权利要求1所述的盐渍土地区特高压输电线路的大开挖防腐基础的制备方法，其中：
对于弱腐蚀等级地区，基础主体的混凝土最低强度等级为C30；垫层的混凝土最低强度等级为C20；
对于中腐蚀等级地区，基础主体的混凝土最低强度等级为C35；垫层的混凝土最低强度等级为C25；
对于强腐蚀等级地区，基础主体的混凝土最低强度等级为C40；垫层的混凝土最低强度等级为C25；
并且，垫层混凝土中的水泥与基础主体混凝土中的水泥为同样的品种。
5.根据权利要求1所述的盐渍土地区特高压输电线路的大开挖防腐基础的制备方法，其中：
对于中腐蚀等级以及强腐蚀等级地区，基础主体的混凝土为复掺10～20%粉煤灰与10～30%5～31.5mm矿渣粉、最大水胶比0.36、采用普硅42.5水泥的C40混凝土。
6.根据权利要求1所述的盐渍土地区特高压输电线路的大开挖防腐基础的制备方法，其中：
对于强腐蚀等级地区，基础主体的混凝土为复掺10%粉煤灰与15%5～20mm矿渣粉、5%硅灰、水胶比0.32、采用普硅42.5水泥的C50混凝土。
7.根据权利要求1或5或6所述的盐渍土地区特高压输电线路的大开挖防腐基础的制备方法，其中：
控制基础主体混凝土的砂率为38%～45%，混凝土的表观密度取值分别为2450kg/M3（C35）、2500kg/M3（C40）、2550kg/M3（C50）。
8.根据权利要求1所述的盐渍土地区特高压输电线路的大开挖防腐基础的制备方法，其中，所述HCPE防腐底漆与面漆满足以下要求：
表干≤0.5小时，实干≤24小时，柔韧性≤2mm，耐冲击性≥50cm，固体含量≥50%，附着力（画圈法）/级≤2。
9.根据权利要求1所述的盐渍土地区特高压输电线路的大开挖防腐基础的制备方法，其中：
所述HCPE防腐底漆为其中HCPE：氯化石蜡=7：3的防腐底漆；
所述HCPE防腐面漆为加入部分热塑性丙烯酸树脂、低分子环氧树脂改性的HCPE防腐面漆。
10.一种适用于盐渍土地区特高压输电线路的大开挖防腐基础，该基础是按照权利要求1～9任一项所述的方法制备得到的。
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