CN105016670A - 一种混凝土环形电杆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于建筑材料领域，提供了一种混凝土环形电杆及其制备方法。所述混凝土环形电杆由超高性能粉末混凝土及钢筋网组成，所述超高性能粉末混凝土包括如下重量份数的下列配方组分：硅酸盐水泥500～650份；硅粉140～160份；矿粉80～90份；河沙1250～1400份；高效减水剂18～22份；水135～160份；聚丙烯纤维0.4～0.6份；钢纤维90～150份。本发明提供的混凝土环形电杆具有抗碳化性好、抗冻融性好、抗压强度高、抗裂强度好且重量轻；可用作普通电杆、部分预应力电杆、预应力电杆等，适用于各种电网等建设。

Description

一种混凝土环形电杆及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，尤其涉及一种混凝土环形电杆及其制备方法。

背景技术

活性粉末混凝土是由法国等西方国家在二十世纪90年代初开发出的一种超高强度、高韧性、高耐久性、体积稳定的新型混凝土材料，该材料性能分为200MPa级和500MPa、800MPa级。主要原理是采用堆积密度原理设计混凝土材料组份，通过减小颗粒间的体积比来提高界面强度和致密度，通过钢纤维来调整抗折性能。现国内主要应用推广级别为200MPa级，性能抗压指标可达120～200MPA，抗折强度可达14～40MPA，弹性模量在45GPa以上，抗渗性能一般在P30以上，28天碳化检测为0，电通量小于40库伦。在国内活性粉末材料混凝土现已经在不断研究和发展，主要使用在铁路工程、桥梁预制上，在其他方面工程中应用还是空白。

目前输电混凝土电杆主要使用的是普通混凝土制作的预应力电杆、部分预应力电杆及普通混凝土电杆，电杆自重大，运输费用高、安装需要大型设备吊装、抗酸碱盐腐蚀性差，抗冻融性差、温差大易产生收缩裂纹等缺点，而且普通电杆自重过大特别对于自然灾害等抢修电力时带来极大不便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种重量轻、强度高、抗冲击韧性好、温差影响自收缩小、抗冻融性和抗酸碱盐腐蚀性好，且耐用、成本低廉的混凝土环形电杆，旨在解决现有混凝土电杆存在的上述问题。

本发明是这样实现的，一种混凝土环形电杆，所述混凝土环形电杆由超高性能粉末混凝土及钢筋网组成，所述超高性能粉末混凝土包括如下重量份数的下列配方组分：

以及，一种混凝土环形电杆的制备方法，包括如下步骤：

按上述混凝土环形电杆的配方称取各组分；

将钢纤维、聚丙烯纤维、河沙进行混合处理后，加入硅酸盐水泥、硅粉、矿粉进一步混合后形成混合物料，向所述混合物料中加入高效减水剂和水形成超高性能粉末混凝土；

将上述超高性能粉末混凝土通过布料机均匀分布在保护层厚度为8～12毫米钢网混凝土电杆模具内，采用离心工艺密实成型，静停1～2小时后，置于蒸汽养护窑中升温，养护恒温温度为85～95℃，养护6～12小时养护后，脱模。

本发明提供的混凝土环形电杆，所述超高性能粉末混凝土中采用了大量硅灰、矿粉，充分利用了废渣资源，大大降低了制作产品的综合成本；更重要的是，所述混凝土环形电杆重量轻，是普通混凝土类电杆的1/2～1/3，重量大幅降低，降低了运输及安装等费用，加快了施工进程。

本发明实施例提供的混凝土环形电杆的制备方法，只需将各成分进行充分有序混合即可，方法简单可控，可操作性强，且生产出来的混凝土环形电杆重量轻、强度高、抗冲击韧性好、温差影响自收缩小、抗冻融性和抗酸碱盐腐蚀性好，且耐用、成本低廉。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种混凝土环形电杆，所述混凝土环形电杆由超高性能粉末混凝土及钢筋网组成，所述超高性能粉末混凝土包括如下重量份数的下列配方组分：

具体地，由于混凝土环形电杆中，虽然混凝土硬度很大，但是其韧性很差，因此，在受力的情况下很容易弯曲碎裂。为了提高本发明实施例所述混凝土环形电杆的韧性，所述混凝土环形电杆中编织有钢筋网。作为优选实施例，所述钢筋网是由Ф≥3mm的预应力钢丝作主筋、由Ф≥2.5mm的冷拔高强丝做环向筋编制成。使用Ф≥3mm的预应力钢丝作主筋，一方面，增加了钢筋网的强度，提高混凝土环形电杆的刚性；另一方面，由于混凝土与钢筋拉应变之间的差距减小，可以提高混凝土环形电杆的抗裂性、抗渗性。使用Ф≥2.5mm的冷拔高强丝做环向筋，可以提高钢筋网的承载强度。同时使用由Ф≥3mm的预应力钢丝作主筋、由Ф≥2.5mm的冷拔高强丝来编织钢筋网，不仅可以充分发挥两种钢筋的不同作用，提高电杆高强、高韧、抗裂、抗渗、耐久性的性能；还能在合理使用了原理的基础上，控制了混凝土环形钢筋的成本。

进一步地，为了使所述混凝土环形电杆均布受力效果更好，所述混凝土环形电杆的钢筋网厚度为8～10㎜，所述钢筋网两端50～100cm环向筋间距为10～30cm，其余位置环向筋间距为40～80cm，。

本发明实施例中，超高性能粉末混凝土是环形电杆的结构基础。所述硅酸盐水泥作为本发明实施例超高性能粉末的基体组分之一，其与水一起形成胶凝材料发挥胶凝作用。所述硅酸盐水泥与水反应后形成坚固的水泥石，将混凝土中的集料颗粒牢固的粘结成整体，使混凝土具有一定的物理力学性能包裹集料表面并填充集料的空隙，使混凝土具有所需要的强度、耐久性等重要技能。作为本发明优选实施例，所述硅酸盐水泥选用粒径为20～60μm的52.5等级硅酸盐水泥。选用该硅酸盐水泥，能够在水泥掺量较低的情况下，提供更多的OH根离子，便于矿物组分的二次反应，可相对提高材料的抗压。作为具体实施例，所述硅酸盐水泥的具体重量份数为500份、520份、530份、550份、580份、600份、620份、625份、650份等具体份数。

本发明实施例所述硅粉是工业电炉在高温熔炼工业硅及硅铁的过程中，随废气逸出的烟尘经特殊的捕集装置收集处理而成的工业废料。由于硅粉颗粒小、比水泥颗粒小20～100倍，其粘合性好，且硬度也高，能代替部分水泥作为混凝土的原料。混凝土中使用硅粉后，可以大大降低混凝土水化浆体中的孔隙尺寸，改善了孔隙尺寸分布，从而使混凝土强度提高；且硅粉可以充填到水泥颗粒中间的空隙中，使混凝土密实性提高；同时，硅粉的二次水化作用，新的生成物堵塞混凝土中渗透通道，使硅粉混凝土的抗渗能力很强。此外，混凝土中加入硅粉还可控制混凝土材料的离析和泌水，减少或避免混凝土出现蜂窝、麻面、薄弱夹层、裂缝和乳皮等缺陷。作为本发明优选实施例，为了进一步增强硅粉在混凝土中发挥的上述作用，所述硅粉的粒径为0.02～0.40μm，其中，SiO₂的质量百分含量在85％以上，当SiO₂的质量百分含量达到85％以上时，可以有效大护盾增加硅粉的活性指数，增加球状体颗粒数量，使其浆体大幅度提高流动度作用。进一步地，所述硅粉的粒径为0.18μm，其中，SiO₂的质量百分含量在85％以上。作为具体实施例，所述硅粉的具体重量份数为140份、145份、150份、155份、160份等具体份数。

本发明实施例中，所述矿粉的主要化学组分为CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等。在混凝土中掺杂矿粉后，一方面可以减少水泥用量、降低生产成本；另一方面，可改善混凝土的工作性、降低水化热、增进后期强度、改善混凝土的内部结构，提高抗渗和抗腐蚀能力，增强了混凝土的耐久性等。由于混凝土掺入磨细矿粉后能延缓胶凝材料的水化速度，使混凝土的凝结时间延长，特别对于高温季节混凝土的输送和施工有利。因此，作为优选实施例，所述矿粉为粒径在10～30μm的S95级以上矿粉。作为具体实施例，所述矿粉的具体重量份数为80份、82份、85份、88份、90份、93份、95份等具体份数。

本发明实施例超高性能粉末混凝土中，采用了大量的工业废渣粉-硅粉、矿粉取代部分水泥，降低了活性粉末混凝土的粘聚性，增加了自密实工作性能，降低了早期粉末混凝土水化热过高现象。

此外，本发明实施例中，以河沙取代活性粉末混凝土中石英砂，使其活性粉末混凝土材料来源更广泛，成本更低。作为优选实施例，所述河沙的粒径为0.16～4.75㎜。绿色环保磨细河沙粉末混凝土保证了混凝土性能与普通活性粉末混凝土性能达到一致，如混凝土的高强度、高韧性、高耐久性等。作为具体实施例，所述河沙的具体重量份数为1250份、1280份、1300份、1320份、1350份、1380份、1400份等具体份数。

由于水太多会导致混凝土粘性降低，因此，本发明实施例超高性能粉末混凝土中加入了高效减水剂成分。高效减水剂的添加，能减少混凝土拌合用水量、缩短凝固时间，提高混凝土的流动性和强度，并可改善混凝土的各种性能指标和提高工作性能。作为优选实施例，所述高效减水剂选用减水率＞30％的高效减水剂，可以使得掺量相对减少，减少吸附不均匀、个别适应性不好等现象。作为具体实施例，所述高效减水剂的具体重量份数为18份、19份、20份、21份、22份等具体份数。

水作为混凝土的反应物和反应介质，其用量对混凝土的性能有较大影响。水用过多时，混凝土过稀，粗细骨料分离石子下沉，施工的时候造成混凝土分崩李希坍塌；水太少时，无法实现水泥的水化作用。作为具体实施例，所述水的具体重量份数为135份、140份、145份、150份、155份、160份等具体份数。

在本发明实施例超高性能混凝土中加入适量聚丙烯纤维，可减少或防止混凝土在浇筑后早期硬化阶段因泌水和水分散失而引起塑性收缩和微裂纹；减少和防止混凝土硬化后期产生干缩裂缝及温度变化引起的微裂纹,从而改善混凝土的防渗、抗冻、抗冲磨、抗压冲击等性能。同时，由于聚丙烯纤维随机分布于混凝土中,使混凝土结构的变形能力、初裂后残余强度、韧性都有一定提高。此外，聚丙烯纤维混凝土具有的较高粘稠性，可改善喷射混凝土的性能和降低回弹。作为具体实施例，所述聚丙烯纤维的具体重量份数为0.4份、0.45份、0.5份、0.55份、0.6份等具体份数。

混凝土中加入钢纤维，钢纤维均匀地分散于基体混凝土中(与混凝土一起搅拌)，并通过分散的钢纤维，减小因荷载在基体混凝土引起的细裂缝端部的应力集中，从而控制混凝土裂缝的扩展，提高整个复合材料的抗裂性；同时由于混凝土与钢纤维接触界面之间有很大的界面粘结力，因而可将外力传到抗拉强度大、延伸率高的纤维上面，使钢纤维混凝土作为一个均匀的整体抵抗外力的作用，显著提高了混凝土原有的抗拉、抗弯强度和断裂延伸率，特别是提高了混凝土的韧性和抗冲击性。作为具体实施例，所述镀铜钢纤维的具体重量份数为90份、100份、110份、120份、130份、140份、150份等具体份数。

使用上述组分作为超高性能粉末混凝土的原料，一方面，由于采用致密堆积原理，减少了混凝土的孔隙率，提高了其自密实性，从而提高了混凝土的抗碳化性能。且大量粉末材料的添加，进一步提高了其抗碳化性能的强度；另一方面，本发明实施例上述组分构成的超高性能粉末混凝土，其抗压强度和抗裂强度明显增加，具体体现在：与普通混凝土材料比较，本发明实施例提供的超高性能粉末混凝土的抗压强度由40～50MPa提高到130～200MPa；而抗裂强度由3～5MPa提高到15～25MPa。所述超高性能粉末混凝土的抗压强度和抗裂强度性能如此大幅度的增加，使得在保证本发明所述混凝土环形电杆的高强度的前提下，混凝土的填充量可以得到有效控制，从而生产得到薄壁质轻的混凝土环形电杆。作为优选实施例，本发明所述混凝土环形电杆壁厚为20～40mm，电杆锥度为1/85～1/65，电杆长度为5～12m。

作为优选实施例，所述混凝土环形电杆由超高性能粉末混凝土及钢筋网组成，所述超高性能粉末混凝土包括如下重量份数的下列配方组分：

其中，所述硅酸盐水泥是粒径为30～60μm的52.5等级硅酸盐水泥；所述硅粉的粒径为0.18μm，其中，SiO₂的质量百分含量在85％以上所述矿粉为粒径在10～30μm的S95级以上矿粉；所述河沙的粒径为0.16～4.75㎜；所述高效减水剂选用减水率＞30％的高效减水率。所述钢筋网由Ф≥3.0mm预应力钢丝做主筋、Ф≥2.0mm的高强丝做环向筋编制而成，其保护层厚度8～12毫米，钢网两端50～100cm环向筋间距为10～30mm，其余位置环向筋间距40～80mm。

本发明实施例提供的混凝土环形电杆配方中，采用河沙代替原有石英粉砂，以硅灰、矿粉代替部分水泥，减少水泥的使用量，充分利用了废渣粉、磨细河沙粉等廉价资源，材料来源广泛，大大降低了混凝土环形电杆的成本，且上述材料的应用使产品更加环保；同时，该混凝土环形电杆同时具有强度高、抗冲击韧性好、温差影响自收缩小、抗冻融性好、抗碳化性好、抗压强度高，抗裂强度好的特点。更重要的是，所述混凝土环形电杆薄壁轻质，整体电杆重量是普通混凝土类电杆的1/2～1/3，重量大幅降低，降低了运输及安装等费用，加快了施工进程，其可做普通电杆、部分预应力电杆、预应力电杆，适用于各种电网等建设，特别适用于交道不便利的山区、市区等无法启用大型吊装设备的输电工程。

本发明实施例提供的混凝土环形电杆可通过下述方法制备获得，当然，也可以通过可他可以制备所述混凝土环形电杆的方法进行制备。

相应地，本发明实施例还提供了一种混凝土环形电杆的制备方法，包括如下步骤：

S01.按上述混凝土环形电杆的配方称取各组分；

S02.将钢纤维、聚丙烯纤维、河沙进行混合处理后，加入硅酸盐水泥、硅粉、矿粉进一步混合后形成混合物料，向所述混合物料中加入高效减水剂和水形成超高性能粉末混凝土；

S03.将上述超高性能粉末混凝土通过布料机均匀分布在保护层厚度为8～12毫米钢网混凝土电杆模具内，采用离心工艺密实成型，静停1～2小时后，置于蒸汽养护窑中升温，养护恒温温度为85～95℃，养护6～12小时养护后，脱模。

具体地，混凝土环形电杆的配方以及配方中的各组分优选含量和种类如上文所述，为了节约篇幅，在此不再赘述。

上述步骤S02中，将钢纤维、聚丙烯纤维、河沙进行混合处理的方式不受限制，本领域常用的混合方式均可实现。作为优选实施例，所述混合处理采用在混合设备中进行搅拌分散的形式实现，所述混合设备优选为搅拌机，混合处理的时间为3min以上，当然，可适当调整，只需将上述物料分散均匀即可。加入硅酸盐水泥、硅粉、矿粉后的混合处理的方式可采用与上述相同的方法实现，只需将其混合分散均匀即可，混合处理的时间优选为3～5min。向上述混合物料中加入高效减水剂和水调整流动度可形成超高性能粉末混凝土浆体，加入高效减水剂和水后进一步地进行混合处理，混合方式优选搅拌机中搅拌处理2～5min。经上述处理后可得到塌落度10～15cm的超高性能粉末混凝土。

上述步骤S02中，将上述超高性能粉末混凝土通过布料机均匀分布在保护层厚度为8～12毫米钢网混凝土电杆模具内，采用离心工艺密实成型，静停1～2小时后，置于蒸汽养护窑中升温，养护恒温温度为85～95℃，养护6～12小时养护后，脱模。作为优选实施例，所述离心工艺为150～250rpm/min条件下低速旋转2～3min，然后高速550～750rpm/min条件下高速旋转6～10min。该工艺直接省去了中速阶段，离心工艺更为简化。

本发明实施例提供的混凝土环形电杆的制备方法，方法简单可控，可操作性强，且生产出来的混凝土环形电杆不仅强度高、而且壁薄质轻。

下面结合具体实施例进行进一步说明。

实施例1

一种混凝土环形电杆，包括如下重量份数的下列配方组分：

其中，所述硅酸盐水泥是粒径为30～60μm的52.5等级硅酸盐水泥；所述硅粉的粒径为0.18μm，其中，SiO₂的质量百分含量在85％以上；所述矿粉为粒径在10～30μm的S95级以上矿粉；所述河沙的粒径为0.16～4.75㎜；所述高效减水剂的减水率＞30％。所述钢筋网由Ф≥3.0mm预应力钢丝做主筋、Ф≥2.0mm的高强丝做环向筋编制而成，其保护层厚度8～12毫米，钢网两端50～100cm环向筋间距为10～30mm，其余位置环向筋间距40～80mm。

上述混凝土环形电杆的制备方法，包括如下步骤：

S11.按上述混凝土环形电杆的配方称取各组分；

S12.将钢纤维、聚丙烯纤维、河沙进行混合处理后，加入硅酸盐水泥、硅粉、矿粉进一步混合后形成混合物料，向所述混合物料中加入高效减水剂和水形成超高性能粉末混凝土；

S13.将上述超高性能粉末混凝土通过布料机均匀分布在保护层厚度为8～12毫米钢网混凝土电杆模具内，采用离心工艺密实成型，静停1～2小时后，置于蒸汽养护窑中升温，养护恒温温度为85～95℃，养护6～12小时养护后，脱模。将上述混凝土环形电杆采用标养养护48小时后拆模，标准养护56天测度终养强度。

实施例2

一种混凝土环形电杆，包括如下重量份数的下列配方组分：硅酸盐水泥550份；

其中，所述硅酸盐水泥是粒径为30～60μm的52.5等级硅酸盐水泥；所述硅粉的粒径为0.18μm，其中，SiO₂的质量百分含量在85％以上；所述矿粉为粒径在10～30μm的S95级以上矿粉；所述河沙的粒径为0.16～4.75㎜；所述高效减水剂的减水率＞30％。所述钢筋网由Ф≥3.0mm预应力钢丝做主筋、Ф≥2.0mm的高强丝做环向筋编制而成，其保护层厚度8～12毫米，钢网两端50～100cm环向筋间距为10～30mm，其余位置环向筋间距40～80mm。

上述混凝土环形电杆的制备方法，包括如下步骤：

S21.按上述混凝土环形电杆的配方称取各组分；

S22.将钢纤维、聚丙烯纤维、河沙进行混合处理后，加入硅酸盐水泥、硅粉、矿粉进一步混合后形成混合物料，向所述混合物料中加入高效减水剂和水形成超高性能粉末混凝土；

S23.将上述超高性能粉末混凝土通过布料机均匀分布在保护层厚度为8～12毫米钢网混凝土电杆模具内，采用离心工艺密实成型，静停1～2小时后，置于蒸汽养护窑中升温，养护恒温温度为85～95℃，养护6～12小时养护后，脱模。

实施例3

一种混凝土环形电杆，包括如下重量份数的下列配方组分：硅酸盐水泥650份；

其中，所述硅酸盐水泥是粒径为30～60μm的52.5等级硅酸盐水泥；所述硅粉的粒径为0.18μm，其中，SiO₂的质量百分含量在85％以上；所述矿粉为粒径在10～30μm的S95级以上矿粉；所述河沙的粒径为0.16～4.75㎜；所述高效减水剂的减水率＞30％。所述钢筋网由Ф≥3.0mm预应力钢丝做主筋、Ф≥2.0mm的高强丝做环向筋编制而成，其保护层厚度8～12毫米，钢网两端50～100cm环向筋间距为10～30mm，其余位置环向筋间距40～80mm。

上述混凝土环形电杆的制备方法，包括如下步骤：

S31.按上述混凝土环形电杆的配方称取各组分；

S32.将钢纤维、聚丙烯纤维、河沙进行混合处理后，加入硅酸盐水泥、硅粉、矿粉进一步混合后形成混合物料，向所述混合物料中加入高效减水剂和水形成超高性能粉末混凝土；

S33.将上述超高性能粉末混凝土通过布料机均匀分布在保护层厚度为8～12毫米钢网混凝土电杆模具内，采用离心工艺密实成型，静停1～2小时后，置于蒸汽养护窑中升温，养护恒温温度为85～95℃，养护6～12小时养护后，脱模。

对比例

一种普通C50离心混凝土混凝土环形电杆，包括如下重量份数的下列配方组分：

养护温度85度，离心速度为低速、中速、高速三阶段完成。

性能测试

将上述实施例1-3和对比例制备得到的混凝土进行性能测试，各测试结果见表1所示：

表1

由上表1可知，本发明实施例提供的混凝土环形电杆，不仅抗压强度和抗折强度高，可分别达到140MPa和27MPa，且其电杆壁厚可设置得很薄，可达到22mm，电杆重量轻，可控制在255kg；更重要的是该壁薄轻质的混凝土环形电杆具有较好的电杆抗裂系数，其杆顶挠度a⁰ _s＜116mm时、加荷至100％时的挠度检验可达61，其杆顶挠度a⁰ _s＜580mm时、加荷至200％时的挠度检验可达189。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混凝土环形电杆，其特征在于，所述混凝土环形电杆由超高性能粉末混凝土及钢筋网组成，所述超高性能粉末混凝土包括如下重量份数的下列配方组分：

2.如权利要求1所述的混凝土环形电杆，其特征在于，所述钢筋网为由Ф≥3mm的预应力钢丝作主筋、由Ф≥2.5mm的冷拔高强丝作环向筋编制成钢筋网。

3.如权利要求1所述的混凝土环形电杆，其特征在于，所述混凝土环形电杆的钢筋网厚度为8～10㎜，所述钢筋网两端50～100cm处的环向筋间距为10～30cm，其余位置环向筋间距为40～80cm。

4.如权利要求1～3任一所述的混凝土环形电杆，其特征在于，所述混凝土环形电杆壁厚为20～40mm，电杆锥度为1/85～1/65，电杆长度为5～12m。

5.如权利要求1～3任一所述的混凝土环形电杆，其特征在于，所述硅酸盐水泥是粒径为30～60μm的52.5等级的普通硅酸盐水泥。

6.如权利要求1～3任一所述的混凝土环形电杆，其特征在于，所述硅粉的粒径为0.02～0.40μm，其中，SiO₂的质量百分含量在85％以上。

7.如权利要求1～3任一所述的混凝土环形电杆，其特征在于，所述矿粉为粒径在10～30μm的S95级以上矿粉。

8.如权利要求1～3任一所述的混凝土环形电杆，其特征在于，所述河沙的粒径为0.16～4.75㎜。

9.如权利要求1～3任一所述的混凝土环形电杆，其特征在于，所述高效减水剂的减水率＞30％。

10.一种混凝土环形电杆的制备方法，包括如下步骤：

按权利要求1～9所述的混凝土环形电杆的配方称取各组分；

将钢纤维、聚丙烯纤维、河沙进行混合处理后，加入硅酸盐水泥、硅粉、矿粉进一步混合后形成混合物料，向所述混合物料中加入高效减水剂和水形成超高性能粉末混凝土；

将上述超高性能粉末混凝土通过布料机均匀分布在保护层厚度为8～12毫米钢网混凝土电杆模具内，采用离心工艺密实成型，静停1～2小时后，置于蒸汽养护窑中升温，养护恒温温度为85～95℃，养护6～12小时养护后，脱模。