CN113149545A - 一种uhpc薄壁电杆及其制备方法 - Google Patents

一种uhpc薄壁电杆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种UHPC薄壁电杆及其制备方法，该薄壁电杆所采用混凝土包括水泥、硅灰、矿粉、钢纤维、外加剂、机制砂、水洗砂、粗骨料和水，各个成分重量份比为：水泥500‑550、硅灰70‑80、矿粉140‑160、钢纤维55‑65、外加剂7‑8、机制砂380‑420、水洗砂550‑650、粗骨料550‑650和水140‑160。本发明的配方制备的混凝土电杆，采用机制砂和水洗砂配合钢纤维和粗骨料，能够大大提高电杆的强度，成本更低，性能更好，壁厚能够做到30mm，重量更轻，便于运输。

Description

一种UHPC薄壁电杆及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种UHPC(超高性能)薄壁电杆及其制备方法，属于电杆技术领域。
背景技术
电杆是电的桥梁，让电运输到各个地方，常见的电杆有木制电杆，有水泥电杆，它们的高度不一，矗立在平原山间。电杆的总类很多，常见的混凝土电杆concrete pole用混凝土与钢筋或钢丝制成的电杆，混凝土电杆的强度和重量影响到支撑稳定性和运输便利性，现有的混凝土电杆制备后壁厚较厚，在壁厚较薄的情况下强度较低，如中国专利申请(申请号为2014101787531)公开了一种混凝土环形电杆，电杆的混凝土配方为：硅酸盐水泥500-650份；硅粉140-160份；矿粉80-95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，该专利采用河沙作为原料，制备后的强度相对较低，而且混凝土拌合物中钢纤维分散不均匀，存在结团现象，离心后在电杆内壁有大量钢纤维团。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种UHPC薄壁电杆及其制备方法，以解决上述现有技术中存在的问题。
本发明采取的技术方案为：一种UHPC薄壁电杆，该薄壁电杆采用混凝土和钢筋网制备而成，所采用混凝土包括水泥、硅灰、矿粉、钢纤维、外加剂、机制砂、水洗砂、粗骨料和水，各个成分重量份比为：水泥500-550、硅灰70-80、矿粉140-160、钢纤维55-65、外加剂7-8、机制砂380-420、水洗砂550-650、粗骨料550-650和水140-160。
各个成分重量份比为：水泥525、硅灰75、矿粉150、钢纤维60、外加剂7.5、机制砂400、水洗砂600、粗骨料600和水150。
优选的，上述硅灰采用晶诺硅灰。
优选的，上述钢纤维长度为15mm。
优选的，上述粗骨料为级配碎石。
一种UHPC薄壁电杆的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)电杆配筋：制作电杆钢筋网；
(2)将电杆钢筋网放入到电杆模具内；
(3)将配比成分的水泥、硅灰、矿粉、微珠、外加剂、细骨料和粗骨料加入搅拌机中搅拌，钢纤维采用筛分机筛分后落入搅拌机内与混凝土混合，电杆混凝土充分搅拌均匀后充入电杆模具内；
(4)将电杆模具置于离心机上进行离心成型；
(5)对离心成型后的电杆模具和电杆一起进行蒸汽养护；
(6)蒸汽养护后进行脱模。
优选的，上述筛分机包括筛网，筛网下端通过多根弹簧固定连接在筛网框上，筛网框安装在搅拌机上端设置的钢纤维添加口，筛网采用凸轮机构驱动振动。
优选的，上述凸轮机构包括两个凸轮和驱动电机，两个凸轮分别位于筛网右侧和后侧且旋转连接在支撑架上，且两个凸轮长度方向垂直布置(两个旋转过程中间隔触碰筛网)，两个凸轮分别采用传动带连接到驱动电机，驱动电机通过电机架安装在搅拌机上；钢纤维添加口设置有喇叭形的集料斗。
优选的，上述离心机工作方式为：慢速阶段，转速90r/min，时间4min，转速180r/min，时间2min；中速阶段，转速230r/min，时间1min，转速270r/min，时间1min；高速阶段，转速410r/min，时间10min。
优选的，上述蒸汽养护方法为：蒸养1d脱模后二次蒸养3d后，蒸养1d：升温速率15℃/h,升温时间4h，80℃蒸汽养护16h,后降温4h取出；二次蒸养3d：升温速率15℃/h，升温时间4h，80℃蒸汽养护64h,后降温4h取出。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的效果如下：
(1)本发明的配方制备的混凝土电杆，采用机制砂和水洗砂配合钢纤维和粗骨料，能够大大提高电杆的强度，成本更低，性能更好，壁厚能够做到30mm，重量更轻，便于运输；
(2)本发明相对普通的电杆性能C60，能够提高到C100；
(3)本发明在混凝土搅拌过程中加装筛分机筛分钢纤维后投放到搅拌机内，能够让钢纤维(钢纤维很容易结团)均匀分散到混凝土中，避免结团导致电杆性能变差；
(4)采用的筛分机采用双凸轮垂直布置，实现间隔的纵横向锤击振动，能够快速实现筛分，筛分快速，筛分均匀稳定，采用一个电机带动，设备简化，结构紧凑，成本更低。
附图说明
图1为筛分机结构示意图；
图2为筛网俯视结构示意图；
图3为砂浆防飞溅装置。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
实施例1：一种UHPC薄壁电杆，该薄壁电杆所采用混凝土包括水泥、硅灰、矿粉、钢纤维、外加剂、机制砂、水洗砂、粗骨料和水，各个成分重量份比为：水泥500kg、硅灰70kg、矿粉140kg、钢纤维55kg、外加剂7kg、机制砂380kg、水洗砂550kg、粗骨料550kg和水140kg；硅灰采用晶诺硅灰；钢纤维长度为15mm；粗骨料为级配碎石，该UHPC薄壁电杆的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)电杆配筋：制作电杆钢筋网；
(2)将电杆钢筋网放入到电杆模具内；
(3)将配比成分的水泥、硅灰、矿粉、微珠、外加剂、细骨料和粗骨料加入搅拌机中搅拌，钢纤维采用筛分机筛分后落入搅拌机内与混凝土混合，电杆混凝土充分搅拌均匀后充入电杆模具内；
(4)将电杆模具置于离心机上进行离心成型；离心机工作方式为：慢速阶段，转速90r/min，时间4min，转速180r/min，时间2min；中速阶段，转速230r/min，时间1min，转速270r/min，时间1min；高速阶段，转速410r/min，时间10min；
(5)对离心成型后的电杆模具和电杆一起进行蒸汽养护；蒸汽养护方法为：蒸养1d脱模后二次蒸养3d后，蒸养1d：升温速率15℃/h,升温时间4h，80℃蒸汽养护16h,后降温4h取出；二次蒸养3d：升温速率15℃/h，升温时间4h，80℃蒸汽养护64h,后降温4h取出；
(6)蒸汽养护后进行脱模。
实施例2：一种UHPC薄壁电杆，该薄壁电杆所采用混凝土包括水泥、硅灰、矿粉、钢纤维、外加剂、机制砂、水洗砂、粗骨料和水，各个成分重量份比为：水泥525kg、硅灰75kg、矿粉150kg、钢纤维60kg、外加剂7.5kg、机制砂400kg、水洗砂600kg、粗骨料600kg和水150kg；硅灰采用晶诺硅灰；钢纤维长度为15mm；粗骨料为级配碎石，该UHPC薄壁电杆的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)电杆配筋：制作电杆钢筋网；
(2)将电杆钢筋网放入到电杆模具内；
(3)将配比成分的水泥、硅灰、矿粉、微珠、外加剂、细骨料和粗骨料加入搅拌机中搅拌，钢纤维采用筛分机筛分后落入搅拌机内与混凝土混合，电杆混凝土充分搅拌均匀后充入电杆模具内；
(4)将电杆模具置于离心机上进行离心成型；离心机工作方式为：慢速阶段，转速90r/min，时间4min，转速180r/min，时间2min；中速阶段，转速230r/min，时间1min，转速270r/min，时间1min；高速阶段，转速410r/min，时间10min，离心机端部加装砂浆防飞溅装置，如图3所示，砂浆防飞溅装置包括挡泥板201，挡泥板201采用两块，左右对称固定连接在行走架202上，行走架202两端通过行走轮203搁置在两根行走轨道204上，两根行走轨道204分别固定连接在两个竖直支撑架205，两个竖直支撑架205固定连接在底板206上，使用时两块挡泥板201安装在电杆钢模209大端两侧，加装到离心机的电杆钢模大端，两挡泥板能够对砂浆起到防飞溅作用，为了防止影响电杆钢模的吊装，采用轨道和行走轮的方式，在电杆钢模吊装完毕后才将挡泥板移动到电杆钢模大端处，完成后移除，便于钢模吊装；两块挡泥板201下端前侧通过连接板207固定连接，构成类倒立U型结构，提高两挡泥板的刚性，挡泥板稳定性更好，挡泥效果更好，挡泥板背面设置有加固骨架，提高挡泥板的刚性和强度；两块挡泥板201下端伸入集料箱208内，集料箱搁置在底板206上，便于挡泥板将收集的砂浆汇集到集料箱进行回收利用，集料箱搁置在底板上，起到固定底板的作用，避免移动，底板上的竖直支撑架支撑更稳定；为了限制行走轮在行走轨道上行走，避免脱离轨道，在上述每根行走轨道204两端安装有限位块；
(5)对离心成型后的电杆模具和电杆一起进行蒸汽养护；蒸汽养护方法为：蒸养1d脱模后二次蒸养3d后，蒸养1d：升温速率15℃/h,升温时间4h，80℃蒸汽养护16h,后降温4h取出；二次蒸养3d：升温速率15℃/h，升温时间4h，80℃蒸汽养护64h,后降温4h取出；
(6)蒸汽养护后进行脱模。
实施例3：一种UHPC薄壁电杆，该薄壁电杆所采用混凝土包括水泥、硅灰、矿粉、钢纤维、外加剂、机制砂、水洗砂、粗骨料和水，，各个成分重量份比为：水泥550kg、硅灰80kg、矿粉160kg、钢纤维65kg、外加剂8kg、机制砂420kg、水洗砂650kg、粗骨料650kg和水160kg硅灰采用晶诺硅灰；钢纤维长度为15mm；粗骨料为级配碎石，该UHPC薄壁电杆的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)电杆配筋：制作电杆钢筋网；
(2)将电杆钢筋网放入到电杆模具内；
(3)将配比成分的水泥、硅灰、矿粉、微珠、外加剂、细骨料和粗骨料加入搅拌机中搅拌，钢纤维采用筛分机筛分后落入搅拌机内与混凝土混合，电杆混凝土充分搅拌均匀后充入电杆模具内；
(4)将电杆模具置于离心机上进行离心成型；离心机工作方式为：慢速阶段，转速90r/min，时间4min，转速180r/min，时间2min；中速阶段，转速230r/min，时间1min，转速270r/min，时间1min；高速阶段，转速410r/min，时间10min；
(5)对离心成型后的电杆模具和电杆一起进行蒸汽养护；蒸汽养护方法为：蒸养1d脱模后二次蒸养3d后，蒸养1d：升温速率15℃/h,升温时间4h，80℃蒸汽养护16h,后降温4h取出；二次蒸养3d：升温速率15℃/h，升温时间4h，80℃蒸汽养护64h,后降温4h取出；
(6)蒸汽养护后进行脱模。
如图1-2所示，上述实施例1-3中所采用的的筛分机包括筛网101，筛网101下端通过多根弹簧102固定连接在筛网框103上，筛网框103安装在搅拌机上端设置的钢纤维添加口104，筛网101采用凸轮机构驱动振动；凸轮机构包括两个凸轮105和驱动电机106，两个凸轮105分别位于筛网101右侧和后侧且旋转连接在支撑架109上，且两个凸轮105长度方向垂直布置(两个旋转过程中间隔触碰筛网)，两个凸轮105分别采用传动带107连接到驱动电机106，驱动电机106通过电机架108安装在搅拌机上；钢纤维添加口104设置有喇叭形的集料斗110。
为了说明本发明的技术效果，进行如下实验：
原材料：水泥：海螺52.5；硅灰，晶诺硅灰；矿粉，贵州日恒资源；微珠，内蒙；钢纤维，史尉康，长度12mm；耐碱玻璃纤维：外加剂：减水率34％，推荐掺量0.8％～1.2％；细骨料：机制砂(表观密度3000kg/m3、细度模数3.9)，水洗砂(细度模数3.7)；粗骨料：级配碎石(压碎值2.5％、表观密度2960kg/m3)。
试验室试配
11月24日在企业试验室进行第一次试验，试验配合比见表1。
表1试验室配合比单位(kg/m3)
Figure BDA0002987993990000071
Figure BDA0002987993990000081
C1新拌混凝土坍落度110mm，石子堆积严重，浆体量不足无法完全填充石子空隙。
根据第一次试验情况，调整砂石比例，掺合料使用硅灰+矿粉进行第二次试验，试验时间11月25日，试验配合比见表2。
表2试验室配合比单位(kg/m3)
序号 水泥 硅灰 矿粉 机制砂 水洗砂 碎石G2 水 外加剂 钢纤维
C2 525 75 150 320 480 800 150 7.5 60
C3 525 75 150 400 600 600 150 7.5 60
C2新拌混凝土坍落度90mm，石子堆积严重，浆体量不足无法完全填充石子空隙。C3新拌混凝土坍落度90mm，包裹性较好。
C2、C3各成型100mm×100mm×100mm试块2个，放置于企业蒸养池85℃蒸养8h脱模后检测强度。
11月26日检测，C2抗压强度132.4MPa，C3抗压强度125.4MPa。
上述试验结果表明：C3配合比工作性和抗压轻度均满足要求，可以使用于生产。
电杆配筋设计如下表：
表3试制电杆配筋表
序号 电杆类型 预应力筋 普通钢筋
1 Ф190×12×M×BY 12Φ<sup>s</sup>7 12Φ7
2 Ф230×12×O×BY 12Φ<sup>s</sup>9 12Φ9
3 Ф230×12×O×BY 12Φ<sup>s</sup>9 20Φ9
11月27日第一次试制，混凝土配合比C3，试制Ф230×12×O×BY壁厚50mm电杆1根，Ф230×12×O×BY壁厚30mm电杆2根，Ф190×12×M×BY壁厚30mm电杆2根，留置100mm×100mm×100mm试块4个。
离心机制：慢速阶段，转速90r/min，时间4min，转速180r/min，时间2min；中速阶段，转速230r/min，时间1min，转速270r/min，时间1min；高速阶段，转速410r/min，时间10min。
电杆离心过程中无明显露筋；主要问题在于混凝土拌合物中钢纤维分散不均匀，存在结团现象，离心后在电杆内壁有大量钢纤维团。
蒸汽养护制度：升温速率15℃/h,升温时间4h，85℃蒸汽养护8h,后降温4h取出。
混凝土留样试块与电杆放置于同一养护池蒸汽养护，脱模抗压强度101.1MPa。
11月28日第二次试制，混凝土配合比C3，钢纤维调整至40Kg/m3，钢纤维添加方式由搅拌机观察口投放改为先筛匀后混合于掺合料中投放。试制Ф230×12×O×BY壁厚50mm电杆1根，Ф230×12×O×BY壁厚30mm电杆2根，Ф190×12×O×BY壁厚30mm电杆2根，留置100mm×100mm×100mm试块4个。
电杆离心过程中内壁无明显露筋；混凝土拌合物钢纤维分散存在不均匀现象，有少量钢纤维球分布在电杆内壁。
混凝土留样试块与电杆放置于同一养护池蒸汽养护，脱模抗压强度114.3MPa。
11月29日第三次试制，混凝土配合比C3，钢纤维调整至40Kg/m3，钢纤维添加方式由搅拌机观察口投放改为先筛匀后混合于掺合料中投放，试制Ф230×12×O×BY壁厚30mm电杆2根；混凝土配合比C3，去除钢纤维，使用5Kg/m3耐碱玻璃纤维替代钢纤维，试制Ф190×12×O×BY壁厚30mm电杆2根，留置100mm×100mm×100mm试块4个。
电杆离心过程中无明显露筋；混凝土拌合物钢纤维分散存在不均匀现象，有少量钢纤维球分布在电杆内壁；耐碱玻璃纤维分散均匀，无聚团现象。
混凝土留样试块与电杆放置于同一养护池蒸汽养护，脱模抗压强度65.0MPa。
三次试验结果对比见表4。
表4三次试验结果
序号 纤维品种 纤维掺量(Kg/m<sup>3</sup>) 混凝土抗压强度(0MPa)
第一次试制 钢纤维 60 101.1
第二次试制 钢纤维 40 114.3
第三次试制 耐碱玻璃纤维 5 65.0
试验结果显示：C3配合比满足生产要求，钢纤维掺量可适当调整，耐碱玻璃纤维的使用需再进行试验。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种UHPC薄壁电杆，其特征在于：该薄壁电杆所采用混凝土包括水泥、硅灰、矿粉、钢纤维、外加剂、机制砂、水洗砂、粗骨料和水，各个成分重量份比为：水泥500-550、硅灰70-80、矿粉140-160、钢纤维55-65、外加剂7-8、机制砂380-420、水洗砂550-650、粗骨料550-650和水140-160。
2.根据权利要求1所述的一种UHPC薄壁电杆，其特征在于：各个成分重量份比为：水泥525、硅灰75、矿粉150、钢纤维60、外加剂7.5、机制砂400、 水洗砂600、粗骨料600和水150。
3.根据权利要求1所述的一种UHPC薄壁电杆，其特征在于：硅灰采用晶诺硅灰。
4.根据权利要求1所述的一种UHPC薄壁电杆，其特征在于：钢纤维长度为15mm。
5.根据权利要求1所述的一种UHPC薄壁电杆，其特征在于：粗骨料为级配碎石。
6.根据权利要求1所述的一种UHPC薄壁电杆的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
（1）电杆配筋：制作电杆钢筋网；
（2）将电杆钢筋网放入到电杆模具内；
（3）将配比成分的水泥、硅灰、矿粉、微珠、外加剂、细骨料和粗骨料加入搅拌机中搅拌，钢纤维采用筛分机筛分后落入搅拌机内与混凝土混合，电杆混凝土充分搅拌均匀后充入电杆模具内；
（4）将电杆模具置于离心机上进行离心成型；
（5）对离心成型后的电杆模具和电杆一起进行蒸汽养护；
（6）蒸汽养护后进行脱模。
7.根据权利要求6所述的一种UHPC薄壁电杆的制备方法，其特征在于：筛分机包括筛网（101），筛网（101）下端通过多根弹簧（102）固定连接在筛网框（103）上，筛网框（103）安装在搅拌机上端设置的钢纤维添加口（104），筛网（101）采用凸轮机构驱动振动。
8.根据权利要求7所述的一种UHPC薄壁电杆的制备方法，其特征在于：凸轮机构包括两个凸轮（105）和驱动电机（106），两个凸轮（105）分别位于筛网（101）右侧和后侧且旋转连接在支撑架（109）上，且两个凸轮（105）长度方向垂直布置，两个凸轮（105）分别采用传动带（107）连接到驱动电机（106），驱动电机（106）通过电机架（108）安装在搅拌机上。
9.根据权利要求6所述的一种UHPC薄壁电杆的制备方法，其特征在于：离心机工作方式为：慢速阶段，转速90r/min，时间4min，转速180r/min，时间2min；中速阶段，转速230r/min，时间1min，转速270r/min，时间1min；高速阶段，转速410r/min，时间10min。
10.根据权利要求6所述的一种UHPC薄壁电杆的制备方法，其特征在于：蒸汽养护方法为：蒸养1d脱模后二次蒸养3d后，蒸养1d：升温速率15℃/h,升温时间4h，80℃蒸汽养护16h,后降温4h取出；二次蒸养3d：升温速率15℃/h，升温时间4h，80℃蒸汽养护64h,后降温4h取出。
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