混凝土电杆裂缝的成因浅析及修补技术.doc

混凝土电杆裂缝的成因浅析及修补技术张苏东(国家建材局苏州混凝土水泥制品研究院，江苏省苏州市，215004)摘 要 混凝土电杆裂缝有表层龟裂，环向、纵向裂缝，介质腐蚀裂缝，斜裂缝和无规则裂缝。杆身浅表龟裂由混凝土干缩引起，杆身斜裂缝多由扭伤造成；电杆根部数条贯穿纵向裂缝，往往由杆内积水冬季结冰冻胀所致；碱集料反应往往形成较深无规则裂缝。环向裂缝产生与生产、装卸、运输、安装、使用多种因素有关，缺陷重复出现较多者，一般由生产造成；重复出现较少者，大都由生产后装卸、运输、安装、运行等不当造成。纵向裂纹以预应力电杆为多，大都由生产时钢筋长度切断误差较大，锚固盘倾斜，预应力施加不均造成。裂缝修补与裂缝宽度有关，宽度005mm以下的裂缝，采用A-1水泥制品修补膏骑缝抹刮；宽度005mm以上裂缝，采用沿缝凿槽，向槽内添入A-1水泥膏或6202结构胶修补。对于冻胀裂缝采用打孔放水，填水泥粉，封闭水源等措施修补。关键词 混凝土电杆 裂缝成因 裂缝修补0 前言 自从德国在本世纪初制造出第1根环形混凝土电杆以来，混凝土电杆已在输配电线路、变电站(所)、通讯线路、城乡照明线路等工程领域中获得了广泛的应用，生产技术也取得了长足的进展。 环形混凝土电杆是一类长径比很大的特殊混凝土预制构件，使用时一般作为悬臂式结构独立承载(有时也组成拉索式结构或框架式结构)，而且直接暴露于野外，又不能随意更换。鉴于以上特点，电杆的设计(如配筋率和混凝土标号)是比较保守的，电杆的生产也采取了比较严格和优越的工艺(如电杆中配筋的定位精度比现浇混凝土构件要高得多，又如采用离心成型和蒸汽养护工艺)。但是，仍有不少电杆在使用中出现裂缝。杆身裂缝将对电杆的结构安全和使用寿命产生不可忽视的影响，而出现裂缝的原因又十分复杂。根据长期的理论研究和试验研究，本文分析论述了电杆常见的裂缝类型及其产生原因，并根据成功的工程实践，介绍了裂缝的修补技术。1 电杆常见的裂缝类型及成因分析11 浅表无规则裂缝龟裂 其特征是：(1)电杆使用不久后即会出现；(2)裂缝在电杆表面呈网络状分布。 龟裂由混凝土干缩引起，故在早期可能出现。随着时间的推移，裂缝可能会被自身析出的凝胶体填实。因电杆混凝土是离心成型，密实性较好，故这类裂缝不易向纵深发展，相对来说，危害不大。12 环向裂缝121 由生产造成的环向裂缝及其特点 环向裂缝是电杆最易产生的裂缝。GB39694环形钢筋混凝土电杆规定，环向裂缝宽度005mm产品仍为合格。GB462394环形预应力混凝土电杆则规定不允许产品出现裂缝。但上述2项国家标准同时又补充说明不计电杆表面的水纹。实际上水纹也是电杆生产过程中出现的裂缝，只不过生产过程结束后裂缝闭合了。 电杆在生产过程中出现裂缝的原因，主要有以下几点： (1)钢模刚度不足，吊架长度不当 在钢模刚度不足的情况下，如吊架长度与钢模长度相当，起吊时易产生中间凹下，两头翘起；如吊架长度远小于钢模长度，出现的情况与之相反，而将钢模放下后又恢复平直。混凝土因不能适应钢模的变形而产生裂缝。(2)离心速度或时间不足，蒸养温度或时间不足，电杆过早脱模个别生产厂家有时在生产中为了赶工期、抢进度，致使混凝土在没有达到足够的强度的情况下脱模，起吊时杆身自重产生的弯距使混凝土产生裂缝。 对于预应力电杆，预应力钢筋预压作用常能使以上2种成因的环向裂缝弥合(即变成水纹)，而非预应力电杆的环向裂缝则会保留下来。 (3)预应力电杆生产中施加应力不当，造成电杆弯曲钢筋切断长度误差过大(1510000)、锚固盘倾斜、不对称放张是造成预应力电杆弯曲的主要原因，弯曲严重时造成受拉面产生裂缝。 一般地，由生产造成的环向裂缝有如下特点： (1)在同批产品中重复出现次数较多。 (2)裂缝多分布于杆身中部，一般不是1条，而是基本平行、排列有序的多条。如有环向筋，一般与环向筋位置对应。 (3)裂缝长度一般为半圆周，单面出现(形成裂缝在电杆的受拉面)。122 在装卸、运输、安装、使用过程中造成的环向裂缝及其特点 电杆在装卸、运输、安装、使用过程出现裂缝的常见原因如下： (1)堆放时支点间距过大，中间支点凸出，悬空端受到偶然荷载作用。 (2)装卸过程中，电杆从高处滚落，一端先着地或某一部位撞击硬物，造成混凝土损伤和裂缝。 (3)运输过程中，电杆搁置方式不当、颠簸受到冲击荷载，造成混凝土损伤和裂缝。 (4)安装时电杆端部或承载点受到过大的径向拉力；使用时转弯处电杆不设斜拉索。 (5)偶然荷载(如碰撞)作用。 GB39694和GB62394均规定电杆出厂时混凝土强度必须达到设计强度的80。显然，在混凝土没有达到足够强度时出厂的电杆更容易产生裂缝。 电杆在生产后出现环向裂缝大致有以下特点： (1)在同批产品中不是大量重复出现。 (2)不一定出现在杆身中部，裂缝数量不多(1条或少数几条)。 (3)如因偶然荷载(突然而强大的外力)引起，常伴有混凝土损伤。 (4)持续的过大弯距也能产生类似生产中造成裂缝的特征。1. 3 纵向裂缝131 杆身纵向裂缝 这类裂缝以预应力电杆为多。最常见的原因是： (1)生产时钢筋切断长度误差较大，或锚固盘倾斜，致使在张拉过程中较短的钢筋受到超张拉，而较长的又张拉不足。断筋后，超张拉的钢筋严重回缩，可能造成混凝土顺筋开裂。在混凝土未达到足够强度(GB462394规定为设计强度的70)时断筋更容易发生纵向裂缝。 (2)投入运行后产生的纵向裂缝与荷载有一定的关系。 电杆产生纵向裂缝从力学上来讲比环向裂缝难于研究和解释，国内外学术界对此论述模糊，一般认为与电杆的配筋有关，但部分观点(如认为钢筋锈蚀或生产时布筋偏心引起纵向裂缝)缺乏实验依据。因此，对于有些纵向裂缝的成因尚应根据实际情况分析判断。132 杆身根部纵向裂缝 结冰胀裂电杆多见于北方地区。如作者曾在河南漯河某变电站检测过杆身根部纵向裂缝，其特征为： (1)在冬季过后发现。 (2)同一横截面有多条纵向裂缝(一般25条)地面以上高度一般不超过15m，向下则延伸入基础。 (3)电杆截断后发现杆内积水，裂缝为贯穿裂缝。 关于冰的膨胀力：假设杆身积水全部转化为冰，水结冰的线膨胀系数约为005，而混凝士的极限应变只有10-5数量级，即使假设冰的弹性模量只有混凝土的110，混凝土在弹性极限下也远远无法承受冰的膨胀力(相差1023倍)。杆内积水结冰胀裂电杆并使杆壁产生裂缝，而且这类裂缝对电杆危害很大。133 钢板圈周围的纵向裂缝 其特征是短(一般在05m以内)而多(可同时产生数条)，其原因主要是： (1)钢板圈对焊或法兰盘焊接不当时引起局部高温，钢板膨胀造成混凝土开裂。 (2)因混凝土和钢材热膨胀系数不同，自然温差可造成混凝土开裂。14 其他类型的裂缝14. 1 介质腐蚀所造成的裂缝 在有裂缝情况下，腐蚀介质会加速裂缝的扩展并侵害钢筋。但在没有裂缝时，腐蚀介质长期作用也会引起裂缝。盐碱地、化学矿山、工业废水、酸雨严重的地区均可能发生腐蚀而造成裂缝。有必要对腐蚀介质进行分析化验。 这类裂缝的共同特点是：伴有混凝土腐蚀现象，如表面砂石裸露、强度低，或溶蚀，膨胀等。142杆身斜裂缝 其特征是往往有数条但宽度一般不大，而且杆身上部居多(特别是锥形杆)。 这类裂缝的成因是：在电杆生产安装过程中受扭，如起吊时受力点不在同一轴心线上；架线时横担上不对称拉力过大等都会使电杆受扭。国内电杆在设计时抗扭因素考虑较少。根据美国土木工程师学会等制定的预应力混凝土电杆设计指南，电杆的抗扭力为： 式中 Tc抗扭力； J横截面惯性性矩3 r。外径； Ft混凝土抗拉强度； fpc预应力引起的混凝土有效抗压强度。143 深度无规裂缝 电杆运行较长时间后，表面出现较深的无规裂缝，很有可能是碱集料反应所造成的。所谓碱集料反应1，是指混凝土原材料中的碱与集料中的活性成分发生反应。主要分为碱硅酸反应、碱碳酸盐反应和碱硅酸盐反应3类。其主要外观特征是： (1)混凝土产生不同程度的膨胀； (2)裂缝无规出现，并且深入混凝土内部。由于电杆配筋较密，裂缝在沿筋表面更易产生，但总体来说仍是无规的。 碱集料反应近年来越来越引起建筑工程领域的重视，但人们的注意力集中在大体积混凝土工程上，国内有关电杆发生碱集料反应的事例很少报导。随着我国80年代后期起在水泥生产中掺入回收的高碱窑灰，水泥含碱量大幅度提高，电杆混凝土碱集料反应也是不应忽视的问题。144混合型裂缝 其特征是以上某几种裂缝类型的组合，成因往往更为复杂。2 电杆裂缝的修补技术2. 1 修补方案的设计 当电杆出现裂缝后，首先必须对电杆进行必要的检测，分析确定裂缝成因，然后根据裂缝成因、危害性及电杆现状等因素综合考虑，制定修补方案。根据我们长期的施工经验，修补方案应包括准备工作、裂缝修补、杆身防护3个方面。22 准备工作 指消除当时仍然存在的裂缝成因，如排除杆内积水，纠正不合理受力，采取加固措施等。视现场实际情况而定。221 排除杆内积水 (1)杆身根部用电锤打孔排水，同时用塑料软管抽出基础内的积水。 (2)向杆内灌人适量水泥干粉。 (3)封闭电杆所有进水口，预留孔可用建筑密封膏临时封闭；基础用高分子防水涂料或塑料油膏做防水处理。222 电杆加固 (1)增设斜拉索：适用于纠正不对称荷载。 (2)钢套筒加固：适用于电杆折断处。 把钢套筒制成两半片，一端铰接，另一端用螺栓固定。加固时套筒内敷结构胶(如6202结构胶)。 (3)钢结构加固：适用于承载能力不足或危旧电杆。 材料：4根角钢。 与杆身的连接：用螺栓固定在扁钢抱箍上。 与基础的连接：基础上用金属膨胀螺栓及结构胶锚固并粘贴钢板，将角钢焊接在基础钢板上(可用加强筋)。23 裂缝修补 (1)基层处理：清除电杆表面灰砂。 (2)宽度005mm以下裂缝，采用表面修补法： 即用A1型水泥制品修补膏骑缝抹刮。 (3)宽度005mm以上裂缝，采用凿槽修补法：沿缝凿槽(宽度深度为1012mm 610mm)，向槽内嵌入粘接性强、力学强度高并有较好韧性和耐老化性的材料(如A1水泥制品修补膏或6202结构胶)，嵌实刮平。 (4)裂缝两侧各25cm范围以内涂EC防护涂料2道。 根据我们的经验，电杆裂缝不适合灌浆，表面修补法和凿槽修补法较为经济合理。