混凝土電桿由于運行維護方便、 節(jié)約鋼材等優(yōu)點，大量應用在輸變電工程、鐵路電氣化工程及通信領域，尤其在我國平原和運輸條件好的地區(qū) 得到廣泛的應用。2017年上半年全國規(guī)模以上電桿企業(yè)電桿總產量為823萬根，比2016年同期增長17.2%，混凝土電桿具有非常廣闊的市場空間。然而，雖然普通混凝土電桿具有上述優(yōu)點；

但同時也存在重量大，容易開裂，耐久性較差等缺點，在電網運行中存在安全隱患。普通混凝土電桿為充分利用桿高而采用淺基礎設計，大轉角或大荷載情況下，需要安裝拉線，占用一定的土地資源。隨著城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，土地資源越來越稀缺，使得傳統(tǒng)電桿的不足日漸凸顯。

普通混凝土電桿因承載力較低，在惡劣天氣條件下（如冰雪災害、大風天氣），易出現電桿損壞現象。在2008年冰災中，我國南方多數地區(qū)混凝土電桿受到不同程度的損壞，一定程度影響了配電網的安全運行。據統(tǒng)計報道，其中倒桿基數957基，受損189基，總數達到1146基，破壞情況比較嚴重。隨著輸電線路導線截面的增大，桿塔承受的荷載變大，對電桿的強度要求更高。

超高強混凝土具有強度高、耐久性好等優(yōu)點，可以有效減輕結構的重量，同時在節(jié)約資源和環(huán)境保護方面也具有重要的意義，是混凝土技術未來的發(fā)展趨勢。國內外學者在超高強混凝土方面已經做了大量的有益探索，取得了許多寶貴的經驗，主要有：(1)水泥采用高強度等級，比如42.5，52.5甚至62.5的硅酸鹽水泥；(2)添加活性的超細摻合料，例如硅灰、超細粉煤灰等；(3)采用高效減水劑，減水率在25%以上；(4)水膠比一般在0.26以下。

我國從20世紀70年代就已經開始研究超高強混凝土，目前在實際工程得到一定的應用，比如C100超高強混凝土在國家大劇院工程上的應用，2014年東塔實現C120超高強混凝土超高層的泵送等，但在混凝土電桿中應用鮮有報道。

超高強度混凝土電桿具有高強度和優(yōu)良的耐久性，有效地彌補了普通電桿的許多缺陷，可應用于大荷載線路工程、耐腐蝕地區(qū)和運輸條件不便利的山區(qū)，因其不需要安裝拉線的優(yōu)點，在城市線網工程中也可以得到很好的應用。

超高強電桿混凝土配置宜采用P·O52.5或更高等級普通硅酸鹽水泥，骨料宜采用石英砂，摻合料采用優(yōu)質的活性礦物摻量硅灰，減水劑采用高效減水劑，減水率大于25%，配置超高強混凝土需添加鋼纖維；配合比設計時水膠比宜小于0.2，以保證混凝土的強度要求。根據原材料的選用原則挑選材料，設計了8組配合比方案配置混凝土試樣，進行抗壓強度試驗，研究混凝土的破壞形態(tài)，分析原材料對強度的影響情況，對于超高強混凝土的配合比研究具有一定的參考。

1 混凝土配合比設計

1.1 原材料

(1)水泥

在制備超高強混凝土時，水膠比的范圍通常在0.18~0.27，甚至更小。文獻指出水泥膠砂28天抗壓強度不宜小于52MPa，方能保證混凝土的強度，對C100及更高等級的混凝土采用P·O52.5或以上等級更好。

(2)礦物摻合料

超高強混凝土強度影響因素最主要是水泥的用量，在一定范圍內，隨著水泥占比的增加，強度增大。但C80及以上強度等級的混凝土，礦物料的添加是必不可少的。優(yōu)質的活性礦物料有硅灰、超細粉煤灰、超細礦渣。

(3)骨料

有學者認為砂對超高強混凝土的影響主要體現在和易性方面，建議使用細度模數2.6~2.9的中砂。當水膠比較低時，砂率對混凝土的流動性有很大的影響，文獻指出當采用中砂時，最優(yōu)砂率是40%。

(4)鋼纖維

鋼纖維按外形可以分為平直形鋼纖維、壓棱形鋼纖維、波形鋼纖維、彎鉤形鋼纖維等，不同的制取方式產出的鋼纖維性能也不一樣，混凝土中摻加適量的鋼纖維，可提高其抗拉、抗彎強度，并大幅度地提高其韌性和抗沖擊強度，同時鋼纖維可以有效約束滑移量和裂縫寬度的開展，避免發(fā)生脆性破壞。文獻指出不同外形鋼纖維中，端鉤型鋼纖維比直線型和波紋型的增強效果更好。

(5)減水劑

減水劑是一種在坍落度不變的情況下減少用水量的外加劑，可以改善混凝土拌合物的流動性。按減水能力可以劃分為普通減水劑、高效減水劑、高性能減水劑，其中高性能減水劑以聚羧酸系減水劑為代表。高性能減水劑的減水率可以達到25%~35%，可以大幅提高拌合物的流動性和密實度，已廣泛應用于水利、水電、水工、海工、橋梁等工程中。

試驗選用以下材料。

水泥：P·O52.5普通硅酸鹽水泥，密度約3000kg/m3，產地河北曲陽縣。

礦物摻合料：II級粉煤灰，表觀密度2800kg/m3；S95礦渣，表觀密度2900kg/m3；硅灰，表觀密度約2300kg/m3，產地河北行唐縣。

粗骨料：5~10mm粒徑花崗巖碎石，壓碎值6%左右，孔隙率小于43%，產地為河北保定易縣。

細骨料：2區(qū)級配中砂，細度模數2.4，表觀密度2500kg/m3，產地為保定唐縣；石英砂，表觀密度2600kg/m3左右，產地為河北石家莊行唐縣。

減水劑：采用聚羧酸型高性能減水劑，減水率25%以上。

鋼纖維：采用30mm端鉤型系列。

1.2 配合比設計方案

由于超高強混凝土目前沒有系統(tǒng)的配合比設計方法，其配合比設計較為困難。為了獲得較好的力學性能，在確定最終配合比前，進行配合比試配試驗。試驗采用通用的技術途徑：硅酸鹽水泥+活性礦物摻料+高性能減水劑，配合比見表1。配合比方案滿足JGJ 55-2011《普通混凝土配合比設計規(guī)程》。其中A至C配合比中礦物料只添加硅粉，D和E配合比添加了硅粉和礦渣，F至I配合比中添加了鋼纖維，骨料采用石英砂。通過對這8組配合比方案，系統(tǒng)的研究了礦物摻和料、骨料、鋼纖維對抗壓強度的影響規(guī)律。

2 混凝土抗壓強度試驗

由于目前還沒有關于超高強混凝土試驗的國家標準，因此具體的試驗過程參照GB/T 50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》和 T/CEC 143-2017《超高性能混凝土電桿》的規(guī)定，采用100mm的立方體試件，抗壓強度試驗值不乘以折減系數。

表1 配合比設計方案

2.1 試樣制作

(1)按照配合比的要求稱量，將水泥、砂、碎石、摻合料放入攪拌機中，攪拌均勻。

(2)將不同的配合比所需的用水量和減水劑用量一起倒入攪拌機中，攪拌3min。

(3)在鋼纖維的配比方案，采用干拌的方法使鋼纖維攪拌均勻后，再進行濕拌3min。

(4)把攪拌均勻的混凝土裝入100mm的立方體試模中，先手動插搗密實，再放在振動臺上進行振搗后表面收光。

(5)因試驗研究是針對實際工程的應用，因此采用常規(guī)工藝進行養(yǎng)護。

2.2 強度試驗結果

試驗設備采用某公司生產的DYE-200電液式壓力試驗機，如圖1所示，測試件養(yǎng)護齡期為7天、28天抗壓強度值，加載速率為1.2MPa/s，直至試塊破壞試驗機停止，自動讀取試驗數據，強度試驗結果見表2。

圖1 電液式壓力試驗機

表2 不同齡期的混凝土抗壓強度

3 試驗結果分析

3.1 不同強度混凝土破壞形態(tài)

混凝土立方體試塊在受壓過程中，會產生縱向和橫向的變形。當壓力達到一定數值后，變形達到混凝土的極限值；繼續(xù)加大荷載，裂紋就會擴大最終使試件達到破壞，故砼的受壓破壞是內部裂紋擴展的過程。混凝土在破壞形式上呈現一定的脆性，塑性性能表現較小，如圖2所示。

圖2 混凝土試塊破壞形態(tài)

摻加了鋼纖維的試塊與普通混凝土試塊有明顯區(qū)別，橫向變形變小，破壞后的試塊形態(tài)仍比較完整，表面有多條裂縫，但試塊沒有散裂，如圖3所示。

3.2 材料對混凝土強度的影響

3.2.1 粗細骨料對強度影響

試驗砂膠比為1.17:1，A，B，C三組配合比研究摻入不同的骨料對抗壓強度的影響，結果見圖4。由圖4可知， A組試塊只添加普通中砂，早期和晚期強度變化很小，幾乎沒有增長；B組試塊添加了普通中砂和和碎石，早期強度比A組稍高些，但是后期強度增長幅度并不明顯；C組試塊添加了石英砂，強度是三組配比中最高的。通過這三組配比的對比發(fā)現，骨料采用石英砂對超高強混凝土強度增長效果較好。

圖3 添加鋼纖維試塊破壞形態(tài)

圖4 不同骨料對強度的影響

3.2.2 礦渣對強度影響

試驗中有D，E共2組配合比添加礦渣材料。圖4中將A和D，C和E進行對比分析，礦渣對混凝土抗壓強度的增長影響很小。

3.2.3 鋼纖維對強度影響

隨著齡期的延長，混凝土強度持續(xù)增長。在普通混凝土中，這種增長呈對數曲線關系。在超高強混凝土中，強度的增長具有自身的特征：早期強度增長的很快，28天后則呈十分緩慢增長的態(tài)勢。從圖5可以看出，添加了鋼纖維的試塊強度比普通試塊的強度較高，且均達到了120MPa以上，這是由于混凝土基體中摻入了鋼纖維，有效阻止了混凝土裂紋的擴展，使抗壓強度得到提高。

3.3 工作性能

A和C組配合比的流動性比B，D，E組要好。通過分析發(fā)現，一方面膠凝材料中礦渣摻量為20%的時候對混凝土的流動性能影響不是很明顯；另一方面由于粗骨料采用5~10 mm粒徑的花崗巖碎石，屬于小粒徑的粗骨料，其相對比表面積較大，相應的用水量需求也較大，在同等的用水量、膠凝用量條件下，塌落度較小，流動性能也較差。

圖5 鋼纖維對強度的影響

4 結論

通過以上配合比設計和強度試驗分析，可得到以下結論：

(1)采用石英砂等材料，配制出28天強度達到136.3MPa的超高強混凝土。

(2)鋼纖維的摻加可以顯著提高混凝土的抗壓強度，同時大大提高混凝土的塑性。

(3)對于C120以上的超高強混凝土的配制，建議采用0.21以下的水膠比。

(4)對于超高強電桿用混凝土，鋼纖維的摻量對強度的影響、降低混凝土粘度還需要做進一步研究。