输电线路装配式基础防腐设计

2021-12-25孙海阳

科学与信息化 2021年20期

孙海阳

安庆供电公司-安庆电力规划设计院有限责任公司安徽安庆 246003

引言

我国逐渐完善了输电线路的建设，加强了对输电网的管理，但防腐问题仍然成为影响输电线路使用寿命的突出问题。输电线路包含架空导地线、架线金具、铁塔、基础及接地装置等部分，输电线路长期在野外，受到各种环境的威胁，使得输电线路各个部分都受到了腐蚀破坏。因此，需要对高压输电线路的防腐措施展开研究，提高输电线路的抗腐蚀性能，保护输电线路的稳定运行。

1 腐蚀机理

1.1 混凝土结构腐蚀机理

钢筋的腐蚀是混凝土中水泥和钢筋通过腐蚀介质的腐蚀，硫酸和氯是钢筋混凝土结构腐蚀的主要原因。从本质上讲，由于SO42的外部影响，硫酸盐的失效——进入混凝土的空隙，将化学反应分布到特定的混凝土组，是一种膨胀产物，当应力的膨胀超过混凝土的强度时，会导致混凝土强度下降。对于氯零版本，Cl代码会在较高的cl密度下直接导致腐蚀介质上的氯化铝晶体损伤，这与C3A熟矿物的水文反应有关。对于耐腐蚀介质中的低Cl密度，cl代码使用简单的C3A化学物质生成氮化铝，该化学物质不会大量膨胀，输定线路自身所处于的环境之中，发生电化学反应，即能够导致电化学腐蚀现象出现，主要原因在于，金属与介质之间存在不均匀的介质电化学，导致原电池发生腐蚀，同时受到pH数值以及电阻率等多方面因素的影响，即能够出现腐蚀问题，另外，土壤环境之中包含诸多不确定性，例如其中可能存在微型电池结构等，导致腐蚀问题进一步发展。

1.2 钢结构腐蚀机理

钢的腐蚀是由热性能不稳定引起的，安装基地的角钢结构主要受腐蚀介质的电化学侵蚀和应力腐蚀影响。钢元素位于腐蚀介质上，由于钢的物理化学性质不均匀，引起电化学腐蚀。当腐蚀电池的太阳和阴影部分位于金属表面的不规则分布上时，会发生均匀腐蚀。局部腐蚀发生在腐蚀电池极面积较小且负面积相对较大的情况下。局部腐蚀增加了钢结构受损的可能性，大大降低了结构的抗逆性。钢应力腐蚀在很大程度上与化学物质相同，只是受应力的影响。当腐蚀介质到达钢元素表面时，裂纹的存在为局部侵蚀创造了条件。

1.3 电化学腐蚀

输定线路自身所处于的环境之中，发生电化学反应，即能够导致电化学腐蚀现象出现，主要原因在于，金属与介质之间存在不均匀的介质电化学，导致原电池发生腐蚀，同时受到pH数值以及电阻率等多方面因素的影响，即能够出现腐蚀问题，另外，土壤环境之中包含诸多不确定性，例如其中可能存在微型电池结构等，导致腐蚀问题进一步发展[1]。

2 防腐措施

2.1 涂料防腐

防腐涂料的发展是涂料的重要组成部分，反映了涂料行业的整体发展，也反映了其特殊性。彩业目前主要面向环境和可持续性发展，防腐模式的发展越来越朝着绿色和高性能的方向发展。今后防腐涂料主要由粉末涂层、亲水性、高固体和无溶剂绿色组成；无污染低污染、耐久性高、建筑材料简单、成本低是防腐疲劳的必然途径。纳米技术和纳米材料在防腐包装中的应用也成为热点。防腐涂料目前是户外运行高能结构所需特殊要求的最佳选择。涂料的防腐蚀作用机理主要体现在以下四个方面：①屏蔽作用；②漆膜的电阻效应；③颜料的缓蚀作用和钝化作用；④阴极保护作用。防腐涂料涂装前应对钢铁构件进行除锈处理，对金属表面处理工作应结合工作现场具体情况，如施工条件、旧漆面的大小、构件的腐蚀深度及锈蚀面积的大小等而采取对应的不同措施。一般可选用以下方法中的一种或数种配合使用以达到简单快速处理目的：酸洗膏除锈、喷砂除锈、机械除锈、手工除锈等。

2.2 装配式基础中混凝土结构防腐蚀措施

装配式基础中混凝土结构防腐蚀措施应根据《岩土工程勘察规范（2009版）》（GB50021—2001）防腐等级确定。当装配式基础中混凝土结构存在强腐蚀时，预制构件采用三掺C40混凝土，并采用梯度防腐技术施工；当装配式基础中混凝土结构存在中腐蚀时，预制构件采用三掺C35混凝土，并采用梯度防腐技术施工，垫层混凝土最低强度等级C25，最小厚度为100mm；当装配式基础中混凝土结构存在弱腐蚀时，预制构件采用三掺C30混凝土，并采用梯度防腐技术施工，垫层混凝土最低强度等级为C20，最小厚度为100mm；当装配式基础中混凝土结构存在微腐蚀时，可不考虑防腐措施，按照常规设计。

2.3 接地装置的防腐措施

设计和建设接地装置时，要对建设严格把关，控制接地装置埋设位置远离腐蚀性强、出现严重污染的场地，需要避开风化石以及沙石地带，如果没有办法避开透气性强的地带应该想办法对接地装置附近的土壤进行改良。在接地装置上使用耐腐蚀的金属材料进行镀层处理，接地装置中可以利用合金钢以及有色金属，避免腐蚀的扩大。由于这种方法耗费成本比较高，很少使用这种办法进行处理。另外也常使用阴极保护方法，将金属构件当作是阴极，利用阴极极化将金属表面出现的电化学反应消除掉，从而实现防腐目的。阴极保护作为保护接地装置最有效的方法，可以有效地避免腐蚀反应的出现，抑制电化学现象的出现。

2.4 对材料进行优化

为了实现输电线路的防腐水平的切实提升，要求相关工作人员能够增加对材料的关注，尽量避免对再生钢进行应用。一般来说，输电线路接地装置的埋深应该控制在0.6m以上，并且需要使用稀土对其进行回填，同时采用分层夯实的方式对该部分进行处理。对于焊接材料来说，必须对其均匀性进行保障，以避免出现焊接脱节情况。只有将材料管理工作的质量进行有效提升，才能够避免出现质量问题所导致的电化学腐蚀情况。在开展实际管理工作的过程中，可以对高效降阻剂进行应用，因为其自身及具有化学性能稳定的特点，所以对于接地金属不会导致其发生腐蚀，还能够促使件数保护效果得到提升。根据相关的技术规定，针对埋设材料，需要开展技术腐蚀性测验工作，将每年的平均腐蚀率控制在0.05mm以下。除以上之外，在降阻剂发生凝固之后，其可以对土壤中的腐蚀性液体进行有效隔离，也就能够对金属电极的固体进行有效保护，从而对输电线路管理的基本要求进行有效满足。

2.5 内防腐技术

梯度防腐技术通过在水泥基材料结构设计中，采用高性能水泥基复合表面强化材料与高耐久性混凝土结构层共同构成梯度结构。应用保护层表面强化技术使梯度结构水泥基材料离子传输性能显著降低，抗离子渗透性能明显提高，有利于提高侵蚀环境下混凝土耐久性。利用高抗渗抗裂材料对混凝土表面进行强化处理，可阻断腐蚀介质进入混凝土内部，从而提高混凝土耐久性。①高性能水泥基复合防腐。高性能水泥基复合防腐材料用于混凝土的外表面以及与混凝土接触的基础壁面上，将防腐材料作为抵抗硫酸盐及氯盐侵蚀的第一道防线，通过防腐材料的阻隔作用尽量降低硫酸盐及氯盐对混凝土的侵蚀破坏作用。针对地下水的强腐蚀性特征，基于水化产物优化、界面过渡区强化、纤维增强机理及骨料最紧密堆积等基本原理，优化胶凝材料组分、骨料颗粒级配及外加剂等砂浆性能的各影响因素，通过掺入减缩剂、聚丙烯纤维、防腐剂、矿物掺和料等手段来提高高性能水泥基复合防腐材料的防腐能力，从而优化设计出防腐材料的配合比。通过对高性能水泥基复合防腐材料的力学性能、抗硫酸盐侵蚀性能、抗水渗透性能、抗氯离子渗透性能的研究综合评价其防腐性能。②高耐久性混凝土材料。在混凝土中同时掺入矿粉、粉煤灰和硅灰可提高其抗腐蚀性能。通过对三掺矿物掺和料混凝土的抗硫酸盐性能、抗水渗透性能、抗氯离子渗透性能的研究，分析掺入矿粉、粉煤灰、硅灰对混凝土材料各方面性能的影响与改善效果。

2.6 镀锌防腐

①镀普通锌防腐镀锌是目前防止铁质金属构件腐蚀的常用手段，该方法已经有一百多年的历史，工艺成熟，应用广泛，具有相对较好的经济效益。在当今世界范围来看，镀锌仍是钢铁防腐的主体技术手段。我国输电线路杆塔结构几乎全部采用镀锌工艺进行防腐处理。钢铁构件镀锌防腐的基本原理电化学腐蚀中的牺牲阳极的阴极保护法。具体说来，钢铁构件暴露在湿润的空气中，表面的金属锌和金属铁两种活性不同的金属构成原电池的两极，空气中的水分、SO2、CO2以及其他电解质一起构成电解液，三者构成原电池，表面镀锌层中的锌元素被氧化，杆塔结构的钢铁构件基体被保护。②新型合金镀层防腐所谓新型合金镀层防腐是在镀锌的镀锌液中加入一些特定的合金元素，来影响镀锌液的表面张力、黏度和熔点，改变镀锌层中的金属相化合物（主要包括ζ相、δ相、Γ1相、Γ相等）的生长行为，进而使得镀锌层的性能得以改善。新型耐腐蚀合金镀层有：铝锌合金（Galvalume）、锌铝合金（Galfan）、锌铝镁合金（Zn-Al-Mg）及锌铝镁稀土合金（Zn-Al-Mg-Re）等[2]。

2.7 外防腐技术

外防腐技术主要是指在混凝土强度形成后，在其外表面涂刷或包裹一层防护材料，防止侵蚀介质进入混凝土内部从而起到阻隔作用，达到防腐目的。沥青土工布叠层防腐系统中，普通级沥青土工布防腐结构采用三油三布，防腐层总厚度为4.0～5.5mm；加强级沥青土工布防腐结构采用四油四布，防腐层总厚度为5.5～7.0mm。特加强级沥青土工布防腐结构采用五油五布，防腐层总厚度≥7.0mm。高氯化聚乙烯防腐涂料具备优异的耐水性、耐油性良好，可广泛适用于冶金、石油、化工、电力、机械等行业的各种工业设备和设施的表面防腐，使其免受各种腐蚀环境的侵蚀，延长被涂件的使用寿命