CN108360909A - 一种钢纤维轴向分布式轻质rpc电杆及其制备方法 - Google Patents

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唐生武
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Abstract

本发明公开了一种钢纤维轴向分布式轻质RPC电杆及其制备方法。该电杆呈环形中空状，由外至内依次包括外保护层、芯层和内保护层；其制备方法为：(1)制备外保护层；(2)在外保护层内黏附呈定向分布的钢纤维；(3)在黏附有钢纤维的外保护层内制备芯层；(4)重复步骤(2)和步骤(3)，使芯层厚度达到3～40mm；(5)在芯层内制备内保护层；(6)静置养护，得钢纤维轴向分布式轻质RPC电杆。本发明方法制备得到的RPC电杆具有耐腐蚀、质轻等优点，使用寿命长，适用于各种条件恶劣的场合。

Description

一种钢纤维轴向分布式轻质RPC电杆及其制备方法
技术领域
本发明属于输变电工程领域，具体涉及一种钢纤维轴向分布式轻质RPC电杆及其制备方法。
背景技术
混凝土电杆广泛用于电力、通讯及接触网架空线路照明支柱和信号机柱等工程，其环境差异较大。混凝土电杆在干燥、无腐蚀环境下具有强度高、耐久性好的优点，一般寿命在30年左右，最高可超过50年。
在稻田、苇塘、沼泽、盐碱地、沿海地区等恶劣环境下，由于混凝土电杆处于地面或水面和大气的结合处，在经受不利环境因素作用的同时还会受到干湿循环、冻融循环、冷热交替等不利条件的共同影响，导致混凝土电杆的混凝土层发生腐蚀、开裂、剥落，钢筋发生锈蚀，最终导致倒杆，严重缩短了使用寿命，使用寿命只有5-7年。
另外，传统电杆厚度较大，单根电杆重量往往超过千斤，即使采用分段制作现场组装的方式，每段电杆的重量也高达数百斤，组装后安装同样困难，尤其是对运输车辆及吊装设备难以进入的山区、森林、高海拔地区，传统混凝土电杆的架设难度很高。
对于钢结构电塔，其运输组装较为方便，但在潮湿地区、酸雨地区、风沙地区、盐雾地区，由于钢铁极易发生锈蚀，因此钢结构电力塔、通讯塔必须定期进行保护性涂装，维护工作量大，综合费用高昂。
目前，已有利用超高性能混凝土或RPC制备轻质高耐久电杆的相关研究、专利及生产实践，UHPC及RPC材料往往使用钢纤维进行增强，改善混凝土的韧性并提高抗压抗折强度，然而，含有钢纤维的UHPC或RPC由于钢纤维密度远高于其他组分，使得钢纤维极易在电杆离心成型过程中分布于最外层，造成电杆外部钢纤维具有极低的保护层厚度，严重的甚至造成钢纤维直接裸露在外部环境中，这样，即使RPC或UHPC具有极高耐久性，依然无法阻止钢纤维的锈蚀，大幅降低了钢纤维UHPC或RPC电杆的使用寿命。
现有电杆制备过程中，提出了一种从内到外依次分别含聚乙烯醇、含碳纤维、含钢纤维的超高性能混凝土，该结构构造是为了提高电杆的抗拉强度从而提高使用效益。然而，该结构同样存在外层钢纤维缺乏保护层的问题，钢纤维在电杆使用过程中不可避免地由于保护层厚度不够而出现锈蚀并缩短使用年限，尤其是在高腐蚀、高风沙磨蚀的环境下。因为该构造设置的根本目的并非增加超高性能混凝土电杆的耐久性，而是增加抗拉强度等力学性能。
目前的钢纤维RPC电杆实际生产及专利文献中，钢纤维分布方向均为乱向分布，钢纤维并未有意识地设计制造成定向分布的形式，造成钢纤维并未在电杆轴向上充分发挥其增加抗拉强度的作用，很大一部分钢纤维不起作用，甚至起反作用，分布在垂直于轴向的钢纤维，由于钢纤维界面与RPC基材之间的粘结强度远低于RPC基材及钢纤维的抗拉强度，因此，这部分钢纤维不利于增加电杆抗弯强度。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种钢纤维轴向分布式轻质RPC电杆及其制备方法，可有效解决现有电杆强度不足，使用寿命短，钢纤维未定向分部的问题。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种钢纤维轴向分布式轻质RPC电杆，该RPC电杆呈环形中空状，由外至内依次包括外保护层、芯层和内保护层；芯层包括若干沿外保护层至内保护层方向依次交错设置的钢纤维层和混凝土层。
进一步地，钢纤维层4内包括若干沿轴向均匀分布的钢纤维；钢纤维长5-100mm，直径为0.05-1mm，长径比为10-200。
上述钢纤维轴向分布式轻质RPC电杆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将混凝土布料至管模中，离心，得厚度为1～25mm的外保护层；
(2)将沿轴向均匀分布的钢纤维置于外保护层内部，离心，使钢纤维黏附于外保护层内壁；
(3)于黏附有钢纤维的外保护层内布料混凝土，离心；
(4)重复步骤(2)和步骤(3)0～5次，制备得到厚度为3～40mm的芯层；其中，所述钢纤维体积为芯层混凝土体积的0.1％～4％；
(5)于芯层内泵送布料混凝土，离心，得厚度为0～20mm的内保护层；
(6)外保护层、芯层和内保护层成型后，静停养护，得钢纤维轴向分布式轻质RPC电杆。
进一步地，步骤(1)、步骤(3)和步骤(5)中所述混凝土为RPC或纤维型RPC。
进一步地，纤维型RPC为玄武岩纤维RPC或碳纤维RPC；其中，玄武岩纤维、碳纤维的添加量均为RPC体积的0.1％～10％。
进一步地，步骤(2)中钢纤维轴呈轴向分布的过程为：
将钢纤维均匀布放在槽型管中，利用震动整理梳，将槽型管中乱向分布的钢纤维梳理为轴向分布状态，然后将槽型管伸入管模中，倒入定向分布的钢纤维，退出槽型管。
进一步地，步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)和步骤(5)中离心过程为：在50～120r/min下离心30～300s，然后再于300～1200r/min下离心60～480s。
进一步地，步骤(6)中静停养护过程为：
静置1～8h，然后以5-20℃/h速率升温至40℃，保持1-12h；再以5-20℃/h速率升温至60℃，保持1-12h；继续以5-20℃/h速率升温至90℃，保持3-48h；最后以10-25℃/h速率降温至与室温相差小于等于20℃为止，然后脱模，吊装堆放，并按常规方法进行二次养护，二次养护时间为26～28天。
进一步地，步骤(6)中静停养护过程为：
静置6h，然后以15℃/h速率升温至40℃，保持8h；再以15℃/h速率升温至60℃，保持8h；继续以15℃/h速率升温至90℃，保持24h；最后以15℃速率降温至与室温相差小于等于20℃为止，然后脱模，吊装堆放，并按常规方法进行二次养护，二次养护时间为26～28天。
本发明的有益效果为：
1、通过在RPC电杆中芯层外部设置外保护层，有效提高了钢纤维的保护层厚度，使得钢纤维替代价格高昂但增韧有限的不锈钢纤维在高耐久超高性能混凝土电杆中进行应用成为可能，降低了含有钢纤维的RPC电杆的制造成本，增加了混凝土电杆的耐久性并提高了钢纤维混凝土电杆在恶劣环境下的使用年限。
2、本发明制备的多层式轻质高耐久电杆，由于在RPC电杆芯层外部设置了外保护层，大幅提高了RPC电杆芯层中钢纤维的耐腐蚀年限，可以大幅增加混凝土电杆的使用寿命，尤其是在盐雾、风沙及高腐蚀场合下RPC电杆的使用寿命；同时较传统电杆具有轻质高耐久的特点，有利于混凝土电杆在山区、严寒地区、高海拔冻土盐碱地区的应用推广，从而推进这些地区的局部细分电力电网的建设改造、扩能升级，且相对与增强增韧效果有限的不锈钢纤维RPC电杆具有更低的制造成本和更高的增强作用，降低了制造和安装维护费用。
3、养护过程中，在不同升温阶段，升温的速率不同，主要是为了防止升温过快而使RPC强度未得到充分发展，从而在电杆的成型阶段造成裂缝或者影响强度。
4、本发明方法在离心过程中，所需时间比传统工艺离心过程中所耗时间更长，主要是由于RPC较为粘稠，50～120r/min离心过程中，时间过段容易分布不均匀，300～1200r/min离心过程中，离心时间过短不一定能很好地密实成型，由此，采用本发明提及的离心过程，可很好的使RPC成型。
5、本发明方法设计开发的一种具有外保护层的钢纤维RPC电杆，在降低电杆制造成本的同时，还可增加混凝土电杆的使用寿命，有利于混凝土电杆在盐雾、风沙及高腐蚀场合的应用推广，从而推进这些地区的局部细分电力电网的建设改造、扩能升级，并降低安装维护费用。
附图说明
图1为RPC电杆的截面图。
其中，1、外保护层；2、芯层；3、内保护层；4、钢纤维层；5、混凝土层。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，该钢纤维轴向分布式轻质RPC电杆，其两端均设置有用于密封的密封盖，该RPC电杆杆体包括由外至内依次设置的外保护层1、芯层2和内保护层3，其中，外保护层1厚度为1～25mm，芯层2包括若干沿外保护层1至内保护层3方向依次交错设置的钢纤维层4和混凝土层5，厚度为3～40mm；内保护层3材质与外保护层1相同，厚度为0～20mm；该钢纤维轴向分布式轻质RPC电杆的制备方法如下。
实施例1
一种钢纤维轴向分布式轻质RPC电杆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将RPC布料至管模中，布料完成后清理合模；该聚合物为；
(2)在50r/min下离心300s，然后再于1000r/min下离心240s，得厚度为10mm的外保护层；
(3)离心成型电杆外保护层后，将钢纤维均匀放置于槽型管内，通过震动整理梳，使槽型管内散乱的钢纤维均呈沿轴向分布的状态，并将钢纤维置于外保护层内，然后开启离心机，于100r/min下离心30s，然后再于1000r/min下离心240s，使钢纤维黏附于外保护层内壁；该钢纤维长度为12mm，直径为0.2mm，长径比为60；
(4)钢纤维黏附于外保护层内壁后，通过高压混凝土泵以泵送方式，将RPC泵送至黏附有钢纤维的外保护层内进行布料，布料完成后，进行离心成型，其中，离心条件为：100r/min下离心200s，然后再于800r/min下离心240s；
(5)重复步骤(3)和步骤(4)2次，直至制备得到厚度为10mm的芯层；其中，钢纤维的添加量为芯层混凝土体积的4％；
(6)离心成型电杆芯层后，需要设置电杆的内保护层，以RPC为原料；通过高压混凝土泵以泵送方式，将其泵送于芯层内壁，进行布料，进行内保护层的离心成型，离心条件为：100r/min下离心200s，然后再于800r/min下离心240s，得厚度为5mm的内保护层；
(7)外保护层、芯层和内保护层成型后，静置6h，然后以15℃/h速率升温至40℃，保持4h；再以15℃/h速率升温至60℃，保持7h；继续以15℃/h速率升温至90℃，保持12h；最后以20℃速率降温至与室温相差小于等于20℃为止，然后脱模，吊装堆放，并按常规方法进行二次养护，二次养护时间为28天，得钢纤维轴向分布式轻质RPC电杆。
实施例2
一种钢纤维轴向分布式轻质RPC电杆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将RPC布料至管模中，布料完成后清理合模；该聚合物为；
(2)50r/min下离心300s，然后再于1000r/min下离心240s，得厚度为5mm的外保护层；
(3)离心成型电杆外保护层后，将钢纤维均匀放置于槽型管内，通过震动整理梳，使槽型管内散乱的钢纤维均呈沿轴向分布的状态，并将钢纤维置于外保护层内，然后开启离心机，于100r/min下离心160s，然后再于1200r/min下离心300s，使钢纤维黏附于外保护层内壁；该钢纤维长度为20mm，直径为0.2mm，长径比为100；
(4)钢纤维黏附于外保护层内壁后，通过高压混凝土泵以泵送方式，将RPC泵送至黏附有钢纤维的外保护层内进行布料，布料完成后，进行离心成型，其中，离心条件为：100r/min下离心300s，然后再于1200r/min下离心200s；
(5)重复步骤(3)和步骤(4)3次，直至得到厚度为15mm的芯层；其中，钢纤维的添加量为芯层混凝土体积的3％；
(6)外保护层和芯层成型后，静置6h，然后以15℃/h速率升温至40℃，保持8h；再以15℃/h速率升温至60℃，保持8h；继续以15℃/h速率升温至90℃，保持24h；最后以15℃速率降温至与室温相差小于等于20℃为止，然后脱模，吊装堆放，并按常规方法进行二次养护，二次养护时间为28天，得钢纤维轴向分布式轻质RPC电杆。
实施例3
一种钢纤维轴向分布式轻质RPC电杆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将RPC布料至电杆管模中，布料完成后清理合模；并在80r/min下离心150s，然后再于600r/min下离心480s，得厚度为15mm的外保护层；
(2)离心成型电杆外保护层后，将钢纤维均匀放置于槽型管内，通过震动整理梳，使槽型管内散乱的钢纤维均呈沿轴向分布的状态，并将钢纤维置于外保护层内，然后开启离心机，于180r/min下离心180s，然后再于1200r/min下离心360s，使钢纤维黏附于外保护层内壁；该钢纤维长度为16mm，直径为0.2mm，长径比为80；
(3)钢纤维黏附于外保护层内壁后，通过高压混凝土泵以泵送方式，将RPC泵送至黏附有钢纤维的外保护层内进行布料，布料完成后，进行离心成型，其中，离心条件为：50r/min下离心60s，然后再于300r/min下离心60s；
(4)重复步骤(3)和步骤(4)4次，直至得到厚度为25mm的芯层；其中，钢纤维的添加量为芯层混凝土体积的4％；
(5)离心成型电杆芯层后，需要设置电杆的内保护层，通过高压混凝土泵以泵送方式，将RPC泵送至芯层内进行布料，布料完成后，进行内保护层的离心成型，离心条件为：120r/min下离心150s，然后再于1200r/min下离心480s，得厚度为5mm的内保护层；
(6)外保护层、芯层和内保护层成型后，静置8h，然后以20℃/h速率升温至40℃，保持2h；再以20℃/h速率升温至60℃，保持12h；继续以20℃/h速率升温至90℃，保持6h；最后以25℃速率降温至与室温相差小于等于20℃为止；然后脱模，吊装堆放，并按常规方法进行二次养护，二次养护时间为28天，得钢纤维轴向分布式轻质RPC电杆。
实施例4
一种钢纤维轴向分布式轻质RPC电杆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将RPC布料至电杆管模中，布料完成后清理合模；并在80r/min下离心150s，然后再于600r/min下离心480s，得厚度为15mm的外保护层；
(2)离心成型电杆外保护层后，将钢纤维均匀放置于槽型管内，通过震动整理梳，使槽型管内散乱的钢纤维均呈沿轴向分布的状态，并将钢纤维置于外保护层内，然后开启离心机，于180r/min下离心180s，然后再于1200r/min下离心360s，使钢纤维黏附于外保护层内壁；该钢纤维长度为16mm，直径为0.2mm，长径比为80；
(3)钢纤维黏附于外保护层内壁后，通过高压混凝土泵以泵送方式，将RPC泵送至黏附有钢纤维的外保护层内进行布料，布料完成后，离心成型，得到厚度为3mm的芯层，其中，离心条件为：50r/min下离心60s，然后再于300r/min下离心60s；钢纤维的添加量为芯层混凝土体积的4％；
(5)离心成型电杆芯层后，需要设置电杆的内保护层，通过高压混凝土泵以泵送方式，将RPC泵送至芯层内进行布料，布料完成后，进行内保护层的离心成型，离心条件为：120r/min下离心150s，然后再于1200r/min下离心480s，得厚度为5mm的内保护层；
(6)外保护层、芯层和内保护层成型后，静置8h，然后以20℃/h速率升温至40℃，保持2h；再以20℃/h速率升温至60℃，保持12h；继续以20℃/h速率升温至90℃，保持6h；最后以25℃速率降温至与室温相差小于等于20℃为止；然后脱模，吊装堆放，并按常规方法进行二次养护，二次养护时间为28天，得钢纤维轴向分布式轻质RPC电杆。
对比例
采用常规方法制备得到的电杆。
检测
在高腐蚀、高风沙磨蚀条件下，检测电杆的抗腐蚀性能：在使用3～5年后，对比例1制备得到的电杆中的钢筋几乎全部裸露在外，且均产生了锈蚀，而实施例1制备得到的RPC电杆，其外保护层虽部分被腐蚀，但其内的钢纤维仍包裹在混凝土内，尚未裸露在外，其支撑强度和使用寿命得到了最大的保证。
由此，采用本发明方法制备得到的RPC电杆，即能保证其支撑强度，又能提升其抗腐蚀能力，提升使用寿命，有利于在盐雾、风沙及高腐蚀场合的应用推广。

Claims (9)

1.一种钢纤维轴向分布式轻质RPC电杆，其特征在于，所述RPC电杆呈环形中空状，由外至内依次包括外保护层(1)、芯层(2)和内保护层(3)；所述芯层(2)包括若干沿外保护层(1)至内保护层(3)方向依次交错设置的钢纤维层(4)和混凝土层(5)。
2.根据权利要求1所述的钢纤维轴向分布式轻质RPC电杆，其特征在于，所述钢纤维层(4)内包括若干沿轴向均匀分布的钢纤维；所述钢纤维长5-100mm，直径为0.05-1mm，长径比为10-200。
3.权利要求1或2所述的钢纤维轴向分布式轻质RPC电杆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将混凝土布料至管模中，离心，得厚度为1～25mm的外保护层；
(2)将沿轴向均匀分布的钢纤维置于外保护层内部，离心，使钢纤维黏附于外保护层内壁；
(3)于黏附有钢纤维的外保护层内布料混凝土，离心；
(4)重复步骤(2)和步骤(3)0～5次，制备得到厚度为3～40mm的芯层；其中，所述钢纤维体积为芯层混凝土体积的0.1％～4％；
(5)于芯层内泵送布料混凝土，离心，得厚度为0～20mm的内保护层；
(6)外保护层、芯层和内保护层成型后，静停养护，得钢纤维轴向分布式轻质RPC电杆。
4.根据权利要求3所述的钢纤维轴向分布式轻质RPC电杆的制备方法，其特征在于，步骤(1)、步骤(3)和步骤(5)中所述混凝土为RPC或纤维型RPC。
5.根据权利要求4所述的钢纤维轴向分布式轻质RPC电杆的制备方法，其特征在于，所述纤维型RPC为玄武岩纤维RPC或碳纤维RPC；其中，玄武岩纤维、碳纤维的添加量均为RPC体积的0.1％～10％。
6.根据权利要求3所述的钢纤维轴向分布式轻质RPC电杆的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述钢纤维轴呈轴向分布的过程为：
将钢纤维均匀布放在槽型管中，利用震动整理梳，将槽型管中乱向分布的钢纤维梳理为轴向分布状态，然后将槽型管伸入管模中，倒入定向分布的钢纤维，退出槽型管。
7.根据权利要求3所述的钢纤维轴向分布式轻质RPC电杆的制备方法，其特征在于，步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)和步骤(5)中所述离心过程为：在50～120r/min下离心30～300s，然后再于300～1200r/min下离心60～480s。
8.根据权利要求3所述的钢纤维轴向分布式轻质RPC电杆的制备方法，其特征在于，步骤(6)中所述静停养护过程为：
静置1～8h，然后以5-20℃/h速率升温至40℃，保持1-12h；再以5-20℃/h速率升温至60℃，保持1-12h；继续以5-20℃/h速率升温至90℃，保持3-48h；最后以10-25℃/h速率降温至与室温相差小于等于20℃为止，然后脱模，吊装堆放，并按常规方法进行二次养护，二次养护时间为26～28天。
9.根据权利要求8所述的钢纤维轴向分布式轻质RPC电杆的制备方法，其特征在于，步骤(6)中所述静停养护过程为：
静置6h，然后以15℃/h速率升温至40℃，保持8h；再以15℃/h速率升温至60℃，保持8h；继续以15℃/h速率升温至90℃，保持24h；最后以15℃速率降温至与室温相差小于等于20℃为止，然后脱模，吊装堆放，并按常规方法进行二次养护，二次养护时间为26～28天。
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