输电铁塔保护帽内塔脚隐蔽腐蚀的检测及评价

唐晓森 1 王国栋 2

摘 要：输电铁塔保护帽内塔脚镀锌层腐蚀会对塔体整体稳定性产生影响，严重情况下会出现铁塔倾倒事故，无法保证电力系统安全、稳定运行，需要应用保护帽品质快速评定检测技术，对新建和在用输电铁塔保护帽品质进行有效检测。本文先对试验内容进行论述，并对保护帽品质检查、塔脚腐蚀速率测试进行深入地探讨。

关键词：输电铁塔；保护帽；腐蚀检测

1引言

输电铁塔是输电线路重要的设施，塔身、塔脚和接地系统等是否安全，会对电力系统稳定运行产生很大的影响。最近一些年来，塔脚保护帽受到环境污染、积水等导致的风化问题，会使得塔脚部位出现严重的腐蚀，尤其是铁塔主体和保护帽连接部位，由于腐蚀隐蔽、防腐处理难度大，已经成为输电铁塔腐蚀与防护的难点。需要应用保护帽品质快速评定检测技术，对新建和在用输电铁塔保护帽品质进行有效检测，准确了解保护帽内塔脚隐蔽腐蚀情况，对保证电力系统的稳定、安全供电具有很好的实用意义

2 试验内容

2.1内容与样品

采用超声法、回弹法等检验方法对输电铁塔混凝土基础品质进行评价，确定出简便易行的保护帽内塔脚腐蚀情况检测法，对保护帽强度、内部缺陷等进行快速准确地检测。

为了对检测技术进行验证，对不同混凝土强度、内部加入的盐类、泥土等条件，来制作1#～8#塔脚混凝土构件，混凝土强度等级为C20、C30、C40，对不同的品质下的保护帽进行模拟。制作的混凝土构件在室温条件下进行28天养护，然后再进行性能测试工作，掺盐性能试验加入一定质量分数的氯化钠，再将其与混凝土进行均匀搅拌，掺土试验加入一开视体积比的沙土，并将其与混凝土进行搅拌，加入的土样会下沉到混凝土构件的下部。

2.2试验方法

采用回弹法、超声法对16个测试点在200*200mm区域进行强度评估，在对测点和测区平均回弹值进行计算时，将16个回弹值中的3个最大、最小值进行滤除，把剩下的10个回弹值进行计算来求取均值。超声测试点设置在与回弹测试相同区域内，声时值精确度达到0.1μs，声速值精确到0.01km/h，在检测区域相对面中设置3个测点。将碎石作为混凝土构件的粗骨料，应用超声回弹综合法对强度进行计算。以线性极化法作为检测基础，改进原来的混凝土构件内部钢筋腐蚀速率检测方法，制定满足输电铁塔保护帽镀锌钢界面腐蚀速率检测办法，对检测装置辅助电机形状进行优化，确定合理的检测区域，可以避免出现更大的检测误差。混凝土构件内部形成的腐蚀电流可通过检测装置获取到，而腐蚀电流密度的计算要先确定出阳极面积，应用有限元分件软件仿真结果可以采取90%电流所在阳极区用于阳极影响深度确定的依据。将辅助电极宽度选取为20mm、40mm，阳极影响深度分别为60mm、65mm，影响深度会跟着宽度不断增长而变大。塔脚镀锌层钝化会起到保护作用，形成的腐蚀电流密度值较小，如果镀锌层被消耗掉，塔脚钢材基本受到腐蚀才会使腐蚀电流密度变大。所以，可将腐蚀电流作为评价保护帽内塔脚隐蔽腐蚀情况的指标，腐蚀电流密度单位为μA·cm^-2。腐蚀电流密度<0.1A·cm^-2，是未腐蚀状态；腐蚀电流密度区间在0.1～0.5μA·cm^-2，为轻度腐蚀；腐蚀电流密度区间在0.5～1.0μA·cm^-2，则为中度腐蚀状态；腐蚀电流密度>1.0μA·cm^-2，是严重腐蚀状态。

3结果与讨论

3.1保护帽品质检查

采用超声回弹法对制作的1#～12#混凝土构件强度等级进行评价，1#～3#评价结果与制作的混凝土强度 相符，表明采用该强度检测方法可以准确验证塔脚保护帽强度适用性。4#～5#构件中添加盐类物质，没有对混凝土构件强度产生太大的影响，而6#～8#构件中加入土样会使混凝土构件快速降低。对掺拌有土样的混凝土构件进行超声检测，检测点与掺土层距离不同时，检测数据会存在较大变化，跨土层声速数值在2-3km/s，不跨土层并顺着混凝土表面进行检测，声速数值稍超过4km/s，如果保护帽存在掺土缺陷可采用超声检测技术来进行品质评价。

3.2塔脚腐蚀速率测试

输电铁塔保护帽混凝土构件塔脚腐蚀情况检测，可对制作完成的不同品质混凝土构件内塔脚腐蚀速率进行准确分析与评价，针对强度超过C20的1#～3#混凝土保护帽，检测到的塔脚腐蚀率没有产生较大的差异，腐蚀电流密度分别为0.04μA·cm^-2、0.034μA·cm^-2、0.03μA·cm^-2。4#～5#混凝土中分别添加1%、3%盐类物质，使得塔脚腐蚀速率显著变大，表明具有侵蚀性的盐类物质可以加快金属物质的腐蚀，腐蚀电流密度分别为0.082μA·cm^-2、0.116μA·cm^-2。6#～8#混凝土构件由于渗有土样，导致检测到的腐蚀电流最大，分别为0.149μA·cm^-2、0.253μA·cm

^-2、0.233μA·cm^-2，与现场保护帽塔脚锈蚀现象一致。

3.3现场测试结果

对某输电线路铁塔保护帽混凝土构件强度区间在7.6～10.3Mpa，没有达到最低强度15Mpa强度要求，保护帽品质达不到设计要求，在内部存在着易腐蚀环境，这主要是因为保护帽使用以后会不断碳化，内部存在着泥土等杂质，会使混凝土强度达不到设计要求。实际测取到的腐蚀电流为2.65×10^-4A，理论计算方式对塔脚阳极面积进行计算得到226.5mm²，腐蚀电流密度值为0.117μA·cm^-2，按照腐蚀情况划分原则，该保护帽塔脚为轻度腐蚀。将该保护帽敲开进行内部检查，发现内部有沙土填充现象，内部并没有完全被混凝土填充，导致混凝强度检测数据达不到要求，内部塔脚部位出存在锈蚀，还没有达到严重的程度，与检测到的腐蚀速率数据一致，表明采用的腐蚀程度检测数据具有很高的准确性。

4保护帽内塔脚腐蚀机理分析

很多输电铁塔都应用镀锌技术来防腐处理，可以有效提升钢材在大气环境下的应用寿命。锌为两性金属，环境pH区间在6～13会使锌层表面生成氧化锌保护膜，钢材在强碱环境中呈现出惰性，如果保护帽品质达到合格要求，混凝土会以强碱性状态存在，镀锌处理后的钢材可以得到很好地保护，环境腐蚀速率比较低。当保护帽投入使用以后，长期风化、材料不合格等会使其形成缝隙，雨水等会滞溜在缝隙内部，会使混凝土碱性变小，还会将雨水中的 、 等引入到保护帽内部，会将氧化锌薄膜破坏掉，因此塔脚隐蔽部位存在着镀锌层腐蚀、钢材腐蚀等现象。同时，受到劣化保护帽保水作用的影响，镀锌钢材会处于存在侵蚀离子的环境下，并不能对水溶液条件下的钢材进行防护，内部塔脚腐蚀程度会比塔身更加严重。

5结论

综上所述，采用超声回弹法可以对混凝土构件强度等级进行准确评估，如果混凝土中混入盐类对构件强度影响并不大，当掺拌入土样等杂质则会使构件强度显著降低，该检测方法可以快速、准确地评价保护帽质量。采用改进的线性极化法进行检测，混凝土构件强度超过C20则内部塔脚腐蚀强度并不明显，如果内部存在盐类、土样会导致塔脚内部腐蚀速率变高，该检测方法可以快速、准确判断塔脚隐蔽腐蚀，具有很高的应用价值。

参考文献：

[1]马君鹏,王永强,岳贤强,李鸿泽,刘叙笔,李羽可.输电铁塔地脚螺栓腐蚀超声导波检测技术研究[J].机械制造与自动化,2020,49(05):196-199.

[2]滕越,聂元弘,缪春辉,陈国宏,金莎莎.全国输电铁塔腐蚀情况调研[J].安徽电气工程职业技术学院学报,2020,25(01):47-52.