水泥杆冻裂膨胀物理过程分析

 水泥杆

2017年12月初，辽宁电网发现灌溉区的水泥杆普遍出现了纵向裂纹或者裂缝。电力公司和水泥杆生产厂家进行了专题研讨会，经过认真的分析和讨论，达成了共识，即在特定地区，冰冻膨胀是造成水泥杆大面积裂缝的直接原因，为了让大家更加直观的了解冰冻膨胀， 给大家做一个简单的水泥杆冻裂膨胀物理过程分析。

辽宁地区冬灌后，地下水位的高低随当地地质条件的不同而有差异，一般在地表以下 1.5~2m 左右，； 辽宁属东北寒冷地区， 冻土层厚度为 0.8~ 0.9m，电杆组立时其埋深根据水泥杆长度和地质条件的不同而不同， 通常12米电杆为1.9m，10米电杆为1.7 m，8米电杆为1.5m。从以上数据可以看出，当水泥杆组立在地下水位高的地段时，杆根已越过或接近地下水位。 预应力混凝土电杆在出厂时杆顶是用水泥砂浆封堵的而杆根不堵，也就是说，杆根下部的孔洞是敞开的，因此，水位高时杆根下部可能浸入水中，就是不浸入水中杆子内部空腔也充满了潮汽，尤其是晚上，当外界气温低于 0℃较多时，水泥杆内潮汽就会凝结在杆的内壁而结冰，其过程和冬季房间里的玻璃外窗结冰相似。 若白天最高环境温度也在 0℃以下，太阳一晒阳面杆壁温度升高，杆内靠近阳面的冰因杆壁温度的升高而溶化流入杆根，而阴面的冰就会保留，日复一日，杆内壁阴面的冰日积月累就会越积越厚，冰的膨胀力也越来越大，电杆内壁因冰冻膨胀产生的应力也越来越大，当应力超过杆壁能承受的极限后就开始开裂，如果上述过程仍在继续，则裂纹继续扩大而变成裂缝。

由此可见，冰冻膨胀是发生在水泥杆的内部空腔而不在外部， 其原因是地下水位高（杆内潮汽大）、气候寒冷造成的。 那么，为什么用于110kV 的非预应力等径电杆裂的就轻一点，这可能是杆径粗、壁厚、箍筋密、整体强度相对较高的原因，它所能承受的冰冻膨胀应力要比预应力杆大得多，所以大多数为裂纹，且裂纹范围也小一些。 而预应力电杆壁薄、箍筋少，它所能承受的冰冻膨胀应力要比等经杆小得多，所以出现了大面积的裂纹或裂缝。 至于8米预应力水泥杆为什么裂的程度要小一些， 这可能是埋深浅、杆内的潮汽相对要少，杆子的内腔小，结冰的面和厚度也相对要小， 冰所产生的膨胀力也要小，所以裂的程度和范围也就小一些。 再则，8米水泥杆杆细壁薄，白天太阳照射后杆内温度上升较快，其内部温度要比杆粗壁厚的要高一些，也可能造成阴面的冰部分溶化，所以水泥杆的裂纹相对要小。 用这个道理来解释 10米水泥杆距杆顶约2米的部位裂纹少的原因也能成立。 冰冻膨胀出现的裂纹也好、裂缝也好都是纵向的，所以与电杆主筋的大小和多少没有直接关系，关键取决于水泥杆的箍筋和壁厚。

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