張立力，駱靜靜，陳晶晶，田寅，王濤，宋秋磊

（1.蘇州混凝土水泥制品研究院有限公司，江蘇 蘇州 215026；2.貴州長(zhǎng)通集團(tuán)智造有限公司，貴州 貴陽 550000）

0 引言

混凝土電桿具有運(yùn)行維護(hù)方便、 節(jié)約鋼材等優(yōu)點(diǎn)，大量應(yīng)用在輸變電工程、 鐵路電氣化工程及通信領(lǐng)域， 尤其在我國(guó)平原和運(yùn)輸條件好的地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，然而，也存在重量大、容易開裂、耐久性較差等缺點(diǎn)，在電網(wǎng)運(yùn)行中存在安全隱患。 針對(duì)上述缺點(diǎn)， 采取纖維增強(qiáng)的方式解決是目前較為合適的方法。

纖維混凝土是指以水泥基材料作為基體，以各種纖維作為增強(qiáng)材料組成的復(fù)合材料。 在混凝土中摻入不同類別的纖維， 綜合對(duì)比不同摻量各類纖維對(duì)混凝土的作用， 從混凝土原材料及配合比入手，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)工藝及養(yǎng)護(hù)制度，嘗試制備出符合混凝土電桿標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

P·Ⅱ52.5 級(jí)水泥、硅灰、礦粉、級(jí)配機(jī)制砂、減水劑、鋼纖維耐堿玻璃纖維、玄武巖纖維、聚丙烯纖維。

1.2 試驗(yàn)方法

抗壓強(qiáng)度參照GB/T50107—2010《混凝土強(qiáng)度檢測(cè)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行檢測(cè)。

電桿外觀質(zhì)量參照GB/T 4623—2014《環(huán)形混凝土電桿》進(jìn)行檢測(cè)。

保護(hù)層厚度參照GB/T 4623—2014《環(huán)形混凝土電桿》進(jìn)行檢測(cè)。

電桿力學(xué)性能參照GB/T 4623—2014《環(huán)形混凝土電桿》進(jìn)行檢測(cè)，包括承載力檢驗(yàn)彎矩、抗裂檢驗(yàn)系數(shù)、 開裂彎矩-最大裂縫寬度及開裂檢驗(yàn)荷載-撓度等。

1.3 養(yǎng)護(hù)制度

常溫養(yǎng)護(hù)24 h 后，進(jìn)養(yǎng)護(hù)池內(nèi)養(yǎng)護(hù)16 h，環(huán)境溫度升溫至75 ℃持續(xù)2 h 后緩慢降溫， 養(yǎng)護(hù)結(jié)束開蓋檢測(cè)溫度為55 ℃。 繼續(xù)常溫養(yǎng)護(hù)至28 d。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 混凝土基礎(chǔ)試驗(yàn)

試驗(yàn)每次攪拌24L，空白組C 原材料基礎(chǔ)配合比如表1 所示。 鋼纖維三組摻量分別為G1（60 kg/m3）、G2（80 kg/m3）和G3（100 kg/m3），耐堿玻纖三組摻量分別為B1（3 kg/m3）、B2（5 kg/m3）和B3（8 kg/m3），玄武巖纖維三組摻量分別為X1 （3 kg/m3）、X2（5 kg/m3）和X3（8 kg/m3），聚丙烯纖維三組摻量分別為P1（0.6 kg/m3）、P2（0.9 kg/m3）和P3（1.2 kg/m3），所有纖維均為外摻。

表1 基礎(chǔ)配合比 單位：kg

1 d、3 d 及7 d 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖1 所示，由圖1 可知，在養(yǎng)護(hù)早期，鋼纖維對(duì)體系強(qiáng)度的增加幅度并不明顯，但是隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加，特別是養(yǎng)護(hù)7 d 后，鋼纖維的摻入顯著增加了混凝土的抗壓強(qiáng)度，當(dāng)鋼纖維摻量達(dá)到80 kg/m3以上時(shí)，混凝土7 d 抗壓強(qiáng)度與空白樣相比提高了20.4%，抗壓強(qiáng)度可達(dá)135.7 MPa；在養(yǎng)護(hù)7 d 全齡期，耐堿玻璃纖維、玄武巖纖維和聚丙烯纖維的摻入對(duì)體系抗壓強(qiáng)度的改變不夠顯著。

圖1 各類纖維混凝土抗壓強(qiáng)度

抗壓強(qiáng)度初步反映了各類纖維與混凝土之間的匹配性，其中，鋼纖維對(duì)體系強(qiáng)度增加幅度最大，耐堿玻纖相對(duì)玄武巖纖維和聚丙烯纖維在混凝土體系內(nèi)相對(duì)具有稍好的匹配性，正面效應(yīng)更多。

3 d、7 d 抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見圖2， 由折線圖的規(guī)律大致可知，同樣是鋼纖維對(duì)抗折強(qiáng)度的提升最為顯著，當(dāng)摻量達(dá)到100 kg/m3時(shí)，無論是3 d 還是7 d，其抗折強(qiáng)度與空白樣相比均提高近70%，而在其他纖維的折線圖中可以觀察到， 所有樣品3 d抗折強(qiáng)度勉強(qiáng)能與空白樣品基本一致， 而7 d 強(qiáng)度相較3 d 強(qiáng)度均提升不大，不少樣品出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)。在聚丙烯纖維摻量為0.9 kg/m3時(shí)， 與空白樣品相比，其抗折強(qiáng)度降低了29.3%。由此可見，除了鋼纖維以外，其他纖維對(duì)抗折強(qiáng)度基本為負(fù)面影響。

圖2 各類纖維混凝土抗折強(qiáng)度

鋼纖維具有高的彈性模量以及適中的極限應(yīng)變，同時(shí)與基體之間粘結(jié)良好，因此摻入后對(duì)混凝土的斷裂能和斷裂韌度呈現(xiàn)最好的增強(qiáng)作用； 相較而言，聚丙烯纖維具有高變形和低彈性模量的特點(diǎn)，主要是在裂縫產(chǎn)生后能夠起到可觀的阻裂作用。

為了進(jìn)一步反映各類纖維對(duì)混凝土韌性的增強(qiáng)效果，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d 時(shí)折壓比數(shù)據(jù)如表2 所示。

由表2 可以看出， 聚丙烯纖維和鋼纖維的折壓比相較空白組均有一定程度的提高，尤其是鋼纖維，隨著摻量的提高，折壓比不斷提升，大幅超出其他組纖維混凝土的折壓比。

表2 各組混凝土折壓比

為了更全面地反應(yīng)鋼纖維與混凝土之間的作用性能， 驗(yàn)證其在混凝土制品電桿中的應(yīng)用效果，優(yōu)選性能表現(xiàn)較為優(yōu)異的鋼纖維進(jìn)一步開展混凝土電桿試驗(yàn)。

2.2 混凝土電桿試驗(yàn)

采取試驗(yàn)室各方面數(shù)據(jù)均較好的鋼纖維制備混凝土電桿，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行混凝土電桿試驗(yàn)。 由于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)際需求， 混凝土電桿試制需要摻入粗骨料，試驗(yàn)配合比如表3 所示。

表3 試驗(yàn)配合比

2.2.1 電桿設(shè)計(jì)

試制電桿設(shè)計(jì)兩種桿型，桿型如下：

（1）錐形水泥桿,部分預(yù)應(yīng)力，Φ190×12×M-BY。

技術(shù)參數(shù)：混凝土等級(jí)C100，壁厚35 mm，保護(hù)層10 mm。

（2）錐形水泥桿,部分預(yù)應(yīng)力，Φ230×12×O×BY。

技術(shù)參數(shù)：混凝土等級(jí)C100，壁厚35 mm，保護(hù)層10 mm。

2.2.2 試驗(yàn)原材料及配合比

試驗(yàn)用原材料：P·O 52.5 水泥、 硅灰、S95 礦粉、級(jí)配機(jī)制砂、級(jí)配碎石（粒徑5~10 mm）、高效減水劑、水、鋼纖維（長(zhǎng)度12 mm、直徑0.2 mm）。

考慮實(shí)際生產(chǎn)系數(shù)，實(shí)際成型兩根電桿配合比見表4。

表4 現(xiàn)場(chǎng)試制電桿實(shí)際配合比 單位：kg/m3

2.2.3 試驗(yàn)結(jié)果

2.2.3.1 混凝土電桿外觀質(zhì)量、尺寸及保護(hù)層厚度

對(duì)兩根試制桿進(jìn)行鋼纖維混凝土電桿保護(hù)層厚度現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)， 結(jié)果如表5 所示。 由表5 可知，Φ230×12×O×BY 電桿表面有少量水紋， 兩根電桿均無表面裂縫、漏漿等不良情況發(fā)生。 尺寸檢查均符合標(biāo)準(zhǔn)。 由于本次制備的混凝土電桿壁厚較薄，而各段各檢測(cè)點(diǎn)保護(hù)層厚度均達(dá)到13 mm，滿足標(biāo)準(zhǔn)中混凝土電桿對(duì)保護(hù)層厚度的要求。

表5 試制電桿各項(xiàng)性能檢測(cè)結(jié)果

2.2.3.2 混凝土電桿力學(xué)性能檢測(cè)

混凝土電桿力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果如下：

其中鋼纖維Φ190×12×M×BY 桿承載力檢驗(yàn)彎矩大于140.40 kN·m， 抗裂檢驗(yàn)系數(shù)為0.9， 開裂彎矩-最大裂縫寬度為0.02 mm，開裂檢驗(yàn)荷載-撓度為202 mm，均滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定內(nèi)容，力學(xué)性能檢驗(yàn)合格。

鋼纖維Φ230×12×O×BY 桿承載力檢驗(yàn)彎矩大于187.20 kN·m，抗裂檢驗(yàn)系數(shù)檢驗(yàn)結(jié)果為未開裂，無開裂彎矩-最大裂縫寬度，開裂檢驗(yàn)荷載-撓度為156 mm，均滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定內(nèi)容，力學(xué)性能檢驗(yàn)合格。

3 結(jié)論

（1）混凝土試驗(yàn)結(jié)果顯示，無論是抗壓強(qiáng)度還是抗折強(qiáng)度，鋼纖維均比其他纖維優(yōu)勢(shì)明顯，當(dāng)摻量達(dá)到100 kg/m3時(shí)， 其抗壓強(qiáng)度與空白樣相比提高了20.4%， 抗折強(qiáng)度與空白樣相比提高了近70%。 混凝土折壓比試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果表明，鋼纖維對(duì)混凝土韌性增強(qiáng)最為顯著，可顯著減緩混凝土易開裂的特性。

（2）現(xiàn)場(chǎng)試制混凝土電桿檢測(cè)結(jié)果表明，電桿外觀質(zhì)量、尺寸、保護(hù)層厚度及力學(xué)性能等指標(biāo)均符合GB/T 4623—2014《環(huán)形混凝土電桿》標(biāo)準(zhǔn)要求。