電力桿塔地腳螺栓的防腐處理研究

甘徐

(廣西電網有限責任公司玉林供電局，廣西 玉林 537000)

1 引言

隨著我國社會和經濟的飛速發展，電力需求日益增長推動著電網規模的快速擴張。電力桿塔是輸電線路的基本構成部分，在電力傳輸的過程中發揮著重要作用。電力桿塔由塔身、桿塔基礎、接地線、絕緣子以及各類金具組成，在實際投入運行過程中，桿塔各部分所受外力會對由地腳螺栓固定的桿塔基礎形成上拔力及下壓力，并通過基礎傳導至大地。然而電力桿塔長期暴露于野外的復雜環境下，作為桿塔基礎重要構成的地腳螺栓因經常處于各種惡劣環境中，導致材料性能下降，有時在運維過程中就被發現存在各類銹蝕的問題，對電力桿塔的正常運行造成嚴重威脅。因此有必要對電力桿塔地腳螺栓開展防腐處理研究，穩固桿塔基礎保障桿塔安全穩定運行，進而保障電力的可靠傳輸，提高企業社會經濟效益。

2 電力桿塔地腳螺栓腐蝕防護現狀

電力桿塔長期暴露于復雜環境中會對桿塔各部分機械結構帶來的不可避免的腐蝕，輕則導致桿塔設備運行壽命縮短，重則導致桿塔倒塌，因此防腐投入在此類設備的運行維護成本中占有較大的比重。根據相關統計結果顯示，2014年我國因腐蝕造成的金屬失效價值約為GDP的3.34%，成本超過2萬億人民幣，其中類似于電力桿塔等設備所產生的腐蝕損耗超過50%[1，2]。電力桿塔由于其高度較高、橫截面較小，對風載荷敏感，所以電力桿塔的基礎牢固程度顯得十分重要，而地腳螺栓又是桿塔基礎中至關重要的組成部分?，F目前的地腳螺栓防腐處理現狀存在以下問題。

(1)長期暴露在復雜環境中，影響螺栓使用壽命。傳統的防腐處理方法通常是在地腳螺栓的表面涂上一層油漆。短時間內可以起到比較好的作用，但是長時間下來，隨著雨水沖刷和氧氣的腐蝕容易導致油漆防護失效，地腳螺栓出現銹蝕問題，影響桿塔穩定性。

(2)螺栓保護帽與塔座板接觸面腐蝕。對于地腳螺栓另一個較為有效的防腐措施是安裝螺栓保護帽，可防止螺栓的裸露部分出現大面積腐蝕。但由于安裝緊固性的問題，保護帽與塔座板結合面存在氧氣濃度差異且容易積水，因此在結合面上容易發生腐蝕，長時間發展將會進一步地腐蝕到地腳螺栓本體。

(3)安裝、拆卸難度較大。當地腳螺栓受到腐蝕、氧化的損傷時，需要對其進行維護與更換，但由于腐蝕的地腳螺栓存在不穩定問題，導致安全和拆卸工作的進行十分困難。

3 電力桿塔地腳螺栓常見腐蝕原因分析

3.1 介質引起的腐蝕

金屬材料受周圍介質的影響容易發生腐蝕，按腐蝕機制可將金屬腐蝕分為化學腐蝕、電化學腐蝕及物質腐蝕三類，按腐蝕環境可分為大氣腐蝕、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腐蝕的影響?？p隙腐蝕通常發生在地腳螺栓表面與墊片、墊圈、保護帽的接觸面、表面沉積物等部分，并且比通常鐵銹發生的電化學腐蝕程度更加迅速、嚴重[3]。尖端腐蝕是由于尖端部位電荷聚發生電荷轉移現象導致電化學腐蝕，通常發生在地腳螺栓的棱角、螺紋等部分。

在桿塔地腳螺栓的實際使用過程中除了環境因素會造成腐蝕，材料、外力在結構方面對地腳螺栓的影響也是造成腐蝕的重要原因。

3.2 選材及連接問題造成的腐蝕

金屬材料對于地腳螺栓防腐非常重要，材料選用不當或構成成分偏離要求、加工不良都會嚴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。不同材質之間電連接并存在電解質時，陽極將會發生電偶腐蝕。

圖1 地腳螺栓腐蝕

3.3 應力、載荷變化引起的腐蝕

地腳螺栓在實際投入運行的過程中，桿塔承受的載荷力以及各類外力會以上拔力與下壓力的形式傳導至地腳螺栓，應力和載荷變化的共同作用加劇了螺栓的腐蝕，導致開裂、疲勞斷裂等問題。

4 電力桿塔地腳螺栓防腐處理措施

4.1 螺栓材質選擇與改良

電力桿塔地腳螺栓通常選用Q235、Q345、35號碳素鋼、45碳素鋼等碳鋼作為螺栓主體材料，存在易斷、焊接困難、抗腐蝕性較弱等問題。在某些特殊應用情況下，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，增強合金鋼材料的抗點腐蝕和縫隙腐蝕的能力。在部分對地腳螺栓強度及混凝土裹握力要求不高，但對抗腐蝕性要求較高的情況下，可以用耐腐蝕性更強的鎂鋁合金和銅質金屬進行地腳螺栓材質改良，但此類螺栓適用范圍較小，加工周期長，因此在進行螺栓材質選擇時應綜合考慮各方面因素確定地腳螺栓應選用何種材質。

4.2 螺栓金屬電鍍層防護

金屬電鍍利用電極通過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，將螺栓與外界環境進行物理隔離，達到防腐的目的。電鍍層與空氣的氧氣接觸還會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程。在正常完整的情況下，氧化物薄膜抗腐蝕性較強，腐蝕速度較慢；當薄膜出現破損時，較為活潑的電鍍層金屬還可通過犧牲陽極的電化學腐蝕來實現對螺栓的長時間保護。但由于電鍍層會降低地腳螺栓與土壤之間的裹握力，此類保護方法的適應范圍有限，可用于中小型鋼結構工程。

4.3 螺栓表面涂層防護

對于地腳螺栓防腐處理，另一種有效且較為常見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，三層構成從防蝕、抗滲、據物理侵入方面形成有效防護整體。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與外部應力的作用。與富鋅涂料相匹配的中層、面層涂料有環氧樹脂類、聚氨酯類、氟碳類等。其他的涂層防護還可在表面涂抹黃油、機油等防銹類油脂以達到短期防腐的目的。在實際使用油漆涂層防護的過程中，需要定期對地腳螺栓涂層進行維護，重新涂刷油漆保障防腐措施有效性。

4.4 螺栓及基礎一體化防腐處理

除對地腳螺栓進行涂層防腐處理之外，還可將地腳螺栓與桿塔基礎實施一體化防腐處理，采用耐蝕材料對螺栓與基礎進行整體包裹，將地腳螺栓與外界環境徹底隔離，有效防止腐蝕物質滲透。

4.5 安裝螺栓防護帽

螺栓防護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、腐蝕性物質接觸到地腳螺栓，且螺栓防護帽安裝拆卸維護簡單，是一種較好的防腐措施，缺點就是成本較高以及可能存在縫隙腐蝕的問題。

5 結論

電力桿塔地腳螺栓是桿塔基礎的重要組成部分，起著維護桿塔穩固的作用，地腳螺栓的腐蝕問題將會間接導致各類安全問題，帶來嚴重的安全隱患。因此本文在分析電力桿塔地腳螺栓防腐保護處理的基礎上，對地腳螺栓腐蝕原因進行研究，并探討了相關可行的處理措施，對實際防腐工作有一定指導意義。