甘徐

(廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司玉林供電局，廣西 玉林 537000)

1 引言

隨著我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電力需求日益增長(zhǎng)推動(dòng)著電網(wǎng)規(guī)模的快速擴(kuò)張。電力桿塔是輸電線路的基本構(gòu)成部分，在電力傳輸?shù)倪^(guò)程中發(fā)揮著重要作用。電力桿塔由塔身、桿塔基礎(chǔ)、接地線、絕緣子以及各類金具組成，在實(shí)際投入運(yùn)行過(guò)程中，桿塔各部分所受外力會(huì)對(duì)由地腳螺栓固定的桿塔基礎(chǔ)形成上拔力及下壓力，并通過(guò)基礎(chǔ)傳導(dǎo)至大地。然而電力桿塔長(zhǎng)期暴露于野外的復(fù)雜環(huán)境下，作為桿塔基礎(chǔ)重要構(gòu)成的地腳螺栓因經(jīng)常處于各種惡劣環(huán)境中，導(dǎo)致材料性能下降，有時(shí)在運(yùn)維過(guò)程中就被發(fā)現(xiàn)存在各類銹蝕的問(wèn)題，對(duì)電力桿塔的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重威脅。因此有必要對(duì)電力桿塔地腳螺栓開(kāi)展防腐處理研究，穩(wěn)固桿塔基礎(chǔ)保障桿塔安全穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而保障電力的可靠傳輸，提高企業(yè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

2 電力桿塔地腳螺栓腐蝕防護(hù)現(xiàn)狀

電力桿塔長(zhǎng)期暴露于復(fù)雜環(huán)境中會(huì)對(duì)桿塔各部分機(jī)械結(jié)構(gòu)帶來(lái)的不可避免的腐蝕，輕則導(dǎo)致桿塔設(shè)備運(yùn)行壽命縮短，重則導(dǎo)致桿塔倒塌，因此防腐投入在此類設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)成本中占有較大的比重。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，2014年我國(guó)因腐蝕造成的金屬失效價(jià)值約為GDP的3.34%，成本超過(guò)2萬(wàn)億人民幣，其中類似于電力桿塔等設(shè)備所產(chǎn)生的腐蝕損耗超過(guò)50%[1，2]。電力桿塔由于其高度較高、橫截面較小，對(duì)風(fēng)載荷敏感，所以電力桿塔的基礎(chǔ)牢固程度顯得十分重要，而地腳螺栓又是桿塔基礎(chǔ)中至關(guān)重要的組成部分?，F(xiàn)目前的地腳螺栓防腐處理現(xiàn)狀存在以下問(wèn)題。

(1)長(zhǎng)期暴露在復(fù)雜環(huán)境中，影響螺栓使用壽命。傳統(tǒng)的防腐處理方法通常是在地腳螺栓的表面涂上一層油漆。短時(shí)間內(nèi)可以起到比較好的作用，但是長(zhǎng)時(shí)間下來(lái)，隨著雨水沖刷和氧氣的腐蝕容易導(dǎo)致油漆防護(hù)失效，地腳螺栓出現(xiàn)銹蝕問(wèn)題，影響桿塔穩(wěn)定性。

(2)螺栓保護(hù)帽與塔座板接觸面腐蝕。對(duì)于地腳螺栓另一個(gè)較為有效的防腐措施是安裝螺栓保護(hù)帽，可防止螺栓的裸露部分出現(xiàn)大面積腐蝕。但由于安裝緊固性的問(wèn)題，保護(hù)帽與塔座板結(jié)合面存在氧氣濃度差異且容易積水，因此在結(jié)合面上容易發(fā)生腐蝕，長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展將會(huì)進(jìn)一步地腐蝕到地腳螺栓本體。

(3)安裝、拆卸難度較大。當(dāng)?shù)啬_螺栓受到腐蝕、氧化的損傷時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行維護(hù)與更換，但由于腐蝕的地腳螺栓存在不穩(wěn)定問(wèn)題，導(dǎo)致安全和拆卸工作的進(jìn)行十分困難。

3 電力桿塔地腳螺栓常見(jiàn)腐蝕原因分析

3.1 介質(zhì)引起的腐蝕

金屬材料受周圍介質(zhì)的影響容易發(fā)生腐蝕，按腐蝕機(jī)制可將金屬腐蝕分為化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕及物質(zhì)腐蝕三類，按腐蝕環(huán)境可分為大氣腐蝕、土壤腐蝕、海水腐蝕、生物腐蝕、高溫氣體腐蝕、熔鹽腐蝕等多種類別。此外，電力桿塔地腳螺栓還易受到縫隙腐蝕與尖端腐蝕兩種電化學(xué)腐蝕的影響?？p隙腐蝕通常發(fā)生在地腳螺栓表面與墊片、墊圈、保護(hù)帽的接觸面、表面沉積物等部分，并且比通常鐵銹發(fā)生的電化學(xué)腐蝕程度更加迅速、嚴(yán)重[3]。尖端腐蝕是由于尖端部位電荷聚發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移現(xiàn)象導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕，通常發(fā)生在地腳螺栓的棱角、螺紋等部分。

在桿塔地腳螺栓的實(shí)際使用過(guò)程中除了環(huán)境因素會(huì)造成腐蝕，材料、外力在結(jié)構(gòu)方面對(duì)地腳螺栓的影響也是造成腐蝕的重要原因。

3.2 選材及連接問(wèn)題造成的腐蝕

金屬材料對(duì)于地腳螺栓防腐非常重要，材料選用不當(dāng)或構(gòu)成成分偏離要求、加工不良都會(huì)嚴(yán)重影響地腳螺栓的耐腐蝕性能。部分桿塔的地腳螺栓采用42CrMo碳鋼，螺母和墊片為40鋼或碳鋼。不同材質(zhì)之間電連接并存在電解質(zhì)時(shí)，陽(yáng)極將會(huì)發(fā)生電偶腐蝕。

圖1 地腳螺栓腐蝕

3.3 應(yīng)力、載荷變化引起的腐蝕

地腳螺栓在實(shí)際投入運(yùn)行的過(guò)程中，桿塔承受的載荷力以及各類外力會(huì)以上拔力與下壓力的形式傳導(dǎo)至地腳螺栓，應(yīng)力和載荷變化的共同作用加劇了螺栓的腐蝕，導(dǎo)致開(kāi)裂、疲勞斷裂等問(wèn)題。

4 電力桿塔地腳螺栓防腐處理措施

4.1 螺栓材質(zhì)選擇與改良

電力桿塔地腳螺栓通常選用Q235、Q345、35號(hào)碳素鋼、45碳素鋼等碳鋼作為螺栓主體材料，存在易斷、焊接困難、抗腐蝕性較弱等問(wèn)題。在某些特殊應(yīng)用情況下，可以采用在鋼材料中添加鉻元素的以及鉬元素的40Cr、42CrMo合金鋼。在鋼中添加鉻元素后將使合金鋼內(nèi)部鐵鈍化以提升抗腐蝕能力，加入鉬能促使不銹鋼表面鈍化，增強(qiáng)合金鋼材料的抗點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕的能力。在部分對(duì)地腳螺栓強(qiáng)度及混凝土裹握力要求不高，但對(duì)抗腐蝕性要求較高的情況下，可以用耐腐蝕性更強(qiáng)的鎂鋁合金和銅質(zhì)金屬進(jìn)行地腳螺栓材質(zhì)改良，但此類螺栓適用范圍較小，加工周期長(zhǎng)，因此在進(jìn)行螺栓材質(zhì)選擇時(shí)應(yīng)綜合考慮各方面因素確定地腳螺栓應(yīng)選用何種材質(zhì)。

4.2 螺栓金屬電鍍層防護(hù)

金屬電鍍利用電極通過(guò)電流使特定金屬附著在地腳螺栓表面，通常采用抗腐蝕性較強(qiáng)的金屬如鉻、鎳、鋅、錫在地腳螺栓表面形成一層電鍍層，將螺栓與外界環(huán)境進(jìn)行物理隔離，達(dá)到防腐的目的。電鍍層與空氣的氧氣接觸還會(huì)氧化形成一層氧化物薄膜，該層氧化物薄膜可有效減緩地腳螺栓的腐蝕進(jìn)程。在正常完整的情況下，氧化物薄膜抗腐蝕性較強(qiáng)，腐蝕速度較慢；當(dāng)薄膜出現(xiàn)破損時(shí)，較為活潑的電鍍層金屬還可通過(guò)犧牲陽(yáng)極的電化學(xué)腐蝕來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)螺栓的長(zhǎng)時(shí)間保護(hù)。但由于電鍍層會(huì)降低地腳螺栓與土壤之間的裹握力，此類保護(hù)方法的適應(yīng)范圍有限，可用于中小型鋼結(jié)構(gòu)工程。

4.3 螺栓表面涂層防護(hù)

對(duì)于地腳螺栓防腐處理，另一種有效且較為常見(jiàn)的措施是在螺栓表面涂刷非金屬鍍層類的防銹油漆涂料。油漆涂料的涂層體系由底漆、中層漆和面漆組成，三層構(gòu)成從防蝕、抗?jié)B、據(jù)物理侵入方面形成有效防護(hù)整體。底漆常采用富鋅涂料，需要有較好的附著力能夠與地腳螺栓形成緊密貼合，并且能夠延緩腐蝕；中層漆為過(guò)渡層，有抵抗雨水、污穢滲透的作用；面漆則是最外層防線，起著抵抗各類腐蝕物質(zhì)與外部應(yīng)力的作用。與富鋅涂料相匹配的中層、面層涂料有環(huán)氧樹(shù)脂類、聚氨酯類、氟碳類等。其他的涂層防護(hù)還可在表面涂抹黃油、機(jī)油等防銹類油脂以達(dá)到短期防腐的目的。在實(shí)際使用油漆涂層防護(hù)的過(guò)程中，需要定期對(duì)地腳螺栓涂層進(jìn)行維護(hù)，重新涂刷油漆保障防腐措施有效性。

4.4 螺栓及基礎(chǔ)一體化防腐處理

除對(duì)地腳螺栓進(jìn)行涂層防腐處理之外，還可將地腳螺栓與桿塔基礎(chǔ)實(shí)施一體化防腐處理，采用耐蝕材料對(duì)螺栓與基礎(chǔ)進(jìn)行整體包裹，將地腳螺栓與外界環(huán)境徹底隔離，有效防止腐蝕物質(zhì)滲透。

4.5 安裝螺栓防護(hù)帽

螺栓防護(hù)帽是安裝在地腳螺栓帽頭部分的物理隔離，可以有效防止雨水、腐蝕性物質(zhì)接觸到地腳螺栓，且螺栓防護(hù)帽安裝拆卸維護(hù)簡(jiǎn)單，是一種較好的防腐措施，缺點(diǎn)就是成本較高以及可能存在縫隙腐蝕的問(wèn)題。

5 結(jié)論

電力桿塔地腳螺栓是桿塔基礎(chǔ)的重要組成部分，起著維護(hù)桿塔穩(wěn)固的作用，地腳螺栓的腐蝕問(wèn)題將會(huì)間接導(dǎo)致各類安全問(wèn)題，帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。因此本文在分析電力桿塔地腳螺栓防腐保護(hù)處理的基礎(chǔ)上，對(duì)地腳螺栓腐蝕原因進(jìn)行研究，并探討了相關(guān)可行的處理措施，對(duì)實(shí)際防腐工作有一定指導(dǎo)意義。