高延性混凝土电杆及其生产工艺的制作方法

本发明属于输变电线路、通信及照明用混凝土电杆，具体涉及一种高延性混凝土电杆及其生产工艺。

背景技术：

1、混凝土电杆是电力、通信等基础设施中广泛使用的支撑构件，按配筋方式的不同主要分为预应力混凝土电杆与钢筋混凝土电杆两类。预应力混凝土电杆的抗裂性能较好，但脆性大、延性差，在超载工况下易发生无预兆的脆性断裂。钢筋混凝土电杆的开裂荷载低，在荷载标准值作用下即产生可见裂缝，长期处于带裂缝工作状态，腐蚀介质经由裂缝侵入而影响耐久性。

2、为改善电杆的力学性能与耐久性，本领域已尝试将超高性能混凝土用于电杆制造，其成型工艺主要有两类：一类是内外模灌注，将拌合物泵入或者浇入由内模与外模围成的型腔中，并辅以振捣或者真空处理使其密实，杆体壁厚由内外模之间的间距以及骨架上的定位件加以控制；另一类是卧式离心成型，依靠模具高速旋转所产生的离心力使拌合物沿模腔内壁均匀布料并密实。

3、上述两类工艺或者以外模为前提，或者依赖拌合物在离心力作用下的流动与迁移。

技术实现思路

1、高延性混凝土为获得应变硬化与多缝开裂的性能，其配合比中不含粗骨料、胶凝材料用量大且纤维体积掺量高，拌合物黏度极高且不具有流动性，在自重作用下不发生流淌。这类拌合物既无法依靠离心力在高速旋转的模具内壁上均匀布料并密实，也无法在由内模与外模围成的封闭型腔中依靠自流平或者振捣充填密实。本发明所要解决的技术问题是：如何在不依赖外模的条件下使不具有流动性的高延性混凝土在钢筋骨架外均匀包覆并密实成型，同时保证杆体壁厚均匀。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种高延性混凝土电杆及其生产工艺。

3、根据本发明实施例的一个方面，提供一种高延性混凝土电杆，包括钢筋骨架和包覆于所述钢筋骨架外的混凝土基体，所述钢筋骨架包括沿所述电杆的轴向布置的多根主筋和环绕所述主筋的螺旋筋，所述混凝土基体内具有沿所述轴向贯通的中空腔；所述混凝土基体为不含粗骨料的高延性混凝土，所述高延性混凝土在单轴拉伸荷载作用下具有应变硬化特性和多缝开裂特征，所述高延性混凝土的立方体抗压强度标准值大于50mpa；所述主筋上沿所述轴向间隔套装有多组环形垫块，每组所述环形垫块的数量至少为两个，且沿所述电杆的周向间隔分布；所述环形垫块的中部设有供所述主筋穿过的通孔，所述环形垫块的外径等于所述混凝土基体的壁厚，且所述环形垫块的外周面分别与所述中空腔的内表面和所述混凝土基体的外表面相切。

4、在基于本发明上述技术方案的另一个实施例中，所述高延性混凝土按重量份计包括：硅酸盐水泥450份至550份，粉煤灰350份至450份，硅灰40份至60份，石英砂350份至450份，水180份至220份，减水剂8份至12份。

5、在基于本发明上述技术方案的另一个实施例中，所述高延性混凝土还包括聚乙烯纤维，所述聚乙烯纤维的长度为8mm至16mm，所述聚乙烯纤维的体积掺量为所述高延性混凝土体积的1.5%至2.5%。

6、在基于本发明上述技术方案的另一个实施例中，所述硅酸盐水泥的强度等级为52.5，所述粉煤灰为i级粉煤灰，所述石英砂的粒径为40目至100目，所述减水剂为减水率大于30%的聚羧酸减水剂。

7、在基于本发明上述技术方案的另一个实施例中，所述主筋为热轧带肋钢筋，所述主筋的根数为12根至20根，所述主筋的直径为10mm至14mm；所述螺旋筋为冷拔低碳钢丝，所述螺旋筋的直径为3mm至5mm，所述螺旋筋的螺距为60mm至100mm。

8、在基于本发明上述技术方案的另一个实施例中，相邻两组所述环形垫块沿所述轴向的间距为1500mm至2500mm，每组所述环形垫块的数量为2个至10个，且每组所述环形垫块沿所述电杆的周向均匀分布。

9、在基于本发明上述技术方案的另一个实施例中，所述环形垫块为超高性能混凝土垫块，且所述环形垫块留存于所述混凝土基体内。

10、在基于本发明上述技术方案的另一个实施例中，所述电杆为锥形杆体，所述混凝土基体的壁厚为40mm至60mm。

11、根据本发明实施例的另一个方面，提供一种高延性混凝土电杆的生产工艺，包括以下步骤：

12、s1、在钢质芯模上成型钢筋骨架，所述钢筋骨架包括沿所述钢质芯模的轴向布置的多根主筋和环绕所述主筋的螺旋筋；

13、s2、在所述主筋上沿所述轴向间隔套装多组环形垫块，每组所述环形垫块的数量至少为两个且沿周向间隔分布，所述环形垫块的外径等于所述电杆的设计壁厚；

14、s3、将带有所述钢质芯模的所述钢筋骨架置于两个可旋转的托辊上，两个所述托辊的轴线与所述钢质芯模的轴线相平行且分列于所述钢质芯模下方的两侧，所述托辊的锥度与所述电杆的锥度相匹配；所述环形垫块的外周面同时抵靠于所述钢质芯模的外壁与所述托辊的表面，使所述钢质芯模的外壁与所述托辊的表面之间形成恒定间隙，所述恒定间隙等于所述电杆的设计壁厚，所述钢筋骨架因而被定位于所述恒定间隙的正中；

15、s4、在所述钢质芯模外不设置外模的条件下，将不具有流动性的高延性混凝土拌合物泵送至所述恒定间隙内，同时驱动两个所述托辊旋转，以带动所述钢质芯模及所述钢筋骨架同步旋转，使所述高延性混凝土拌合物在所述钢质芯模的外壁与所述托辊的表面之间受到连续辊压而密实成型并包覆所述钢筋骨架；两个所述托辊同时作为所述电杆的成型模具与挤压辊；

16、s5、成型后在所述电杆的表面覆盖薄膜养护，待所述高延性混凝土达到脱模强度后，沿所述轴向抽出所述钢质芯模。

17、在基于本发明上述技术方案的另一个实施例中，步骤s4中，泵送所述高延性混凝土拌合物的设备为螺杆泵或者软管挤压泵，两个所述托辊的转速为50r/min至100r/min。

18、在基于本发明上述技术方案的另一个实施例中，步骤s5中，覆盖薄膜后在常温下静停养护20小时至28小时；所述脱模强度为20mpa至30mpa；采用液压抽芯机匀速抽出所述钢质芯模；抽出所述钢质芯模后，将所述电杆继续覆膜保湿养护5天至9天，再干养18天至24天。

19、基于本发明上述实施例提供的高延性混凝土电杆及其生产工艺，取消了成型外模，代之以两个可旋转的托辊；托辊在承托钢质芯模的同时兼作电杆的成型模具与挤压辊；环形垫块抵靠于托辊表面，使芯模外壁与托辊表面之间始终保持等于设计壁厚的恒定间隙；托辊主动旋转带动芯模及钢筋骨架同步旋转，泵入间隙内的拌合物随之反复通过辊隙而受到连续辊压。由此获得以下有益效果：

20、其一，突破了高延性混凝土的成型障碍。辊压所施加的是直接的机械压力，既不依赖拌合物自身的流动性，也不依赖离心力，因而适用于黏度极高、坍落度为零的高延性混凝土拌合物。这直接解决了现有离心成型工艺与内外模灌注工艺无法成型高延性混凝土的技术问题。

21、其二，杆体抗裂能力强、耐久性好。高延性混凝土的立方体抗压强度标准值大于50mpa，且在荷载设计值作用下受拉区表面不出现可见裂缝，从而截断了腐蚀介质经由裂缝侵入的通道，使用寿命远高于长期带裂缝工作的普通钢筋混凝土电杆。

22、其三，具有高韧性并可避免脆性断裂。高延性混凝土在初裂之后仍能继续承受增大的拉应力，并在杆体内形成多条相互平行的细密裂缝，而非单一的集中主裂缝。电杆在超载时因此表现出类似金属的屈服行为，而不是预应力混凝土电杆那样无预兆的脆断，显著提高了极端工况下的安全冗余与抗倒塌能力。

23、其四，壁厚均匀且外表面质量可控。环形垫块的外周面同时抵靠芯模外壁与托辊表面，一次定位即同时确定了钢筋骨架的位置与杆体的壁厚；超出该间隙的拌合物在通过辊隙时被辊压并向周向与轴向推开，杆体厚度因而自限于设计值，无需依赖外模的加工精度与合模精度。

24、其五，设备简单，投资与运行成本低。相比离心法生产线，本工艺无需大型离心机与成型外模，能耗低、噪声小；钢质芯模可重复使用，托辊间距可调以适应不同规格的电杆。