胶装绝缘子中水泥胶合剂的性能研究

徐银芳,孙继成。徐文胜.张芮铭,段纪成

(华中科技大学土木工程与力学学院.武汉430074)

捕薹:高标号普通硅酸盐水泥中加八越要的化学外抽荆和细集料.采用合适的胶砂比和水友比,在最佳

的养护每件下.可以制得性能良好的水泥胶合荆。这种胶舍剖具有流动度太.早期强度高、受仲l枳和温

度至他影响小等特点..

关■词:水泥肢合剂;绝缘子:;虎动度;体积变化性能;温度变化性能

水泥胶合荆与瓷件、金属附件并称胶装型绝缘子的三大组成”:。水泥胶合荆起整体结构的组织、连接作用,它的品质直接关系到绝缘子的性能、寿命及可靠性。随着绝缘子生产技术的发展与提高,近年来对胶合剂性能与绝缘子品质的关系有了进一步认识,水泥胶合剂及其原材料日益受到重视,特别是应用于高吨位悬式瓷绝缘子胶装。这就要求水泥胶合剂的性能达到早强、高强、工作性能优越及耐久性好等特点。国内很多绝缘子生产厂家和研究人员从事这方面的研究.他们通过添加细集料的方法对水泥胶合剂的制备,但由于配合比和养护制度的不恰当.使得胶合剂不能在较短时间内达到高强,很快即能投入使用的特点”】f,I,其它性能也不能够完全满足这种高吨位绝缘子的要求。本文则从原材料选取、配合比优化、最佳养护制度上对水泥胶合剂的制备及各种性能与某工厂现用的水泥胶合剂进行了大量的试验对比研究。

1水泥胶合剂的原材料组成

水泥胶合剂要具备早强、高强及其它~些性能,必须使用高标号水泥及掺人必要的掺合料”l,水泥和这些外加剂的化学组成是影响水泥胶合剂性能的重要因素。

(i)水泥

本试验采用的水泥为大连小野田水泥厂生产的普硅52.5R等级的水泥,其物理性能见下表I

CalOH)二浓度过低,导致C—S—H凝胶和钙凡石数量减少的结果。

6结论

试验证明,用55%粉煤灰加20%熟料配以适量矿渣、石膏与其他组份,可以生产公路路面基层要求的的水泥;它不仅物理性能满足施工需要,而且具有低水化热和微膨胀特点,有效解决了目前路面基层干缩开裂技术问题,延长公路使用寿命。由于粉煤灰掺量大,熟料仅占20%左右,生产成本很低;大量使用工业废渣,符合我国产业政策和可持续发展要求,是一种前景广阔的品种水泥。

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表1水泥的物理性能

I材料品种安定性韧凝时问终凝时问细度(80“m)抗折强度MPa抗压强度MPa I l3d28d3d28d l I525R水泥合辂130mln35h24%

l6O923l361l I

(2)超细粉

超细粉的品种、化学成分见表2,细度见表3

表2超细耢的化学组成

化学成分

代号品种产地

N∽∽S0、P:0,

CaO Sl氇^110,F鼬0)M柏

SF硅粉武汉冶金渣厂l394S l2l0少量少量

SL矿渣武汉钢铁厂34633l10310676O203

柏.9‘l O FA粉煤灰武汉青山电厂236132346.42306O S

表3超纲耪细度

(3)砂

试验采用的砂为大连海砂,细砂,表观密度2.629/cm3,堆积密度1.47g/em3。

2水泥胶合剂配合比方案设计

由于绝缘子产品对水泥胶合剂的性能要求较严,因此我们在实验中采用了较多的配合比方案进行研究…。以下三种方案JILl一1、j}U一2、j砌一3(见表4)是在实验过程中得出的几种较好的组合;JHJ一0为某工厂现用的水泥胶合剂。通过对这几种试件的测试,发现它们比该工厂生产的胶合剂能更好的满足绝缘子的要求。

表4胶台卉碡的鼍台比(g)

腔砂比三乙醇胺编号水泥硅粉矿渣粉煤灰减术刺水灰比

‘

3%040I5:10I JHJ—I540108324108

3%040i4:l0.1: JHJ一2525105315105

3%040I6:10.1 JHJ一3554i10334110

3%0.3015:l0 JHJ一0600000

3试验方法

试件制作方法采用类似于cB/T17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(IsO)》,先将水泥、硅粉、矿渣、粉煤灰、减水荆和标准砂在水泥胶砂搅拌机内混拌均匀,然后将掺有早强剂的试验用水在30秒内缓慢加入搅拌锅内,继续搅拌5分钟,取出后立即成型。成型后在试验条件下(20±2℃)放置O.5h.然后将试件放在温度为45℃、湿度为98%RH的标准恒温恒湿养护箱内放置3・5h后脱模.取出试件放置在温度为35"12的恒温水浴内养护到规定期限。测量试件的体积变化性能采用两

40ram×160rnm的试端装有钉头可用比长仪测量的25ram×25mm×280ram试模,其余采用40ram x

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模。水泥胶合剂流动度试验采用跳桌试验方法。具体操作参照GB/T2419—1994《水泥胶砂流动度测定方法》。水泥胶合剂的各项性能测试参照GB/T17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(Iso)》和部颁标准JB4307—86(绝缘子胶装用水泥胶合剂技术条件》执行。

4性能研究

(1)水泥胶合剂的流动度

水泥胶合剂是连接绝缘子中瓷件与金属附件并与之共同起作用的重要组成部分。必须有足够的流动度和较小的流动度经时损失,才能使胶合剂与瓷件和金属附件紧密有效的结合。因此,胶合剂的流动度是决定绝缘子工作性能好坏的~个重要因素。图l是我们设计方案的流动度及其变化,可以看出,这三种方案的胶合剂的流动度初始值均在210ram以上,且经过40分钟以后其流动度值均大于试验标准给出的流动度值200ram。与普通水泥砂浆(P0)相比,有着较小的流动度经时损失。因此从理论上完全满足胶合剂的性能。在实际工程中也很符合要求。

(rain)

围1胶台帮和瞢通砂浆流动度的经时损失

(2)胶合剂强度

绝缘子产品结构复杂,受力也十分复杂。经研究发现,绝缘子产品的破坏大部分是胶合剂破坏所引起。通过对大量破坏的绝缘子产品的观察,可以发现胶装绝缘子的机电破坏强度与水泥胶合剂的压缩强度有关…。绝缘子在工作过程中也会使胶合剂产生较大的弯矩和拉应力。因此,具备一定的抗折性能对胶合剂品质同样有重要意义。从表5可以看出本方案的水泥胶合剂一天强度均达到l l天强度的80%以上,远高于普通水泥的28天强度和某工厂生产的胶合剂强度。

裹5三种腔台耐的强度分析

抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)编号

J天1I天l天11天JHJ—l B2599685ll8

JHJ一2863103595125

JHJ一39l7105l IO5135

Jm一062.47998O105

(3)水泥胶合剂体积变化性能

水泥及掺合料中含有一定的游离氧化物,如(f—CaO)、氧化镁(MgO)、碱(&o+Na:o)以及砂中含有的活性二氧化硅Si02,将引起胶合剂的安定性不良,会导致胶合剂强度下降。严重时还会引起胶装绝缘子的破坏。因此,胶合剂的压蒸膨胀率…必须控制在一定范围之内。与压蒸膨胀率相反,如将胶合剂放于空气中,由于水份蒸发引起体积收缩,会导致胶装绝缘子内瓷、附件产生反约束力,会影响绝缘子的品质。因此,胶合剂的干燥收缩率…性能也很重要。胶合剂试件内部的异常气孔大小和数量将影响胶合剂的性能,并造成胶装绝缘子品质不均匀而降低产品的可靠性。对于高吨位悬式瓷绝缘子胶装,异常气孔直径宜控制在2mm以下…。以下是各方案的上述体积变化性能研究值。见表6和图2。

表6腔合剂的压蒸膨胀车和异常气孔直径

编号压蒸摩胀率异常气孔直径(mm)

JHJ一10.I8%O.5

JHJ一2021%08

JⅢ一3023%07

JHJ一0O.32%07

收5

缩

率4

变

化2

值

,、O

×

、_,

7d Z4d21d28d6蠡d9溅

I悯(d)F而网l_卜阅心I 也-I-=j'113"-z J

圈2水泥胶食剂收缩罩随时间变化僵

(4)水泥胶合剂的温度变化性能

由于大多数绝缘子产品用于室外,所以必须考虑在使用环境条件下能否经受住环境温度变化、冻融循环的考验。在严寒地区低温条件下,水泥胶合剂每年都要经过冻融循环,冰冻对水泥胶合剂的危害是十分严重的。水在结冰时,体积约增加9%,水泥胶合剂毛细管中的水结成冰后,冰在毛细管中受到约束,与水泥胶合剂之间产生巨大的压应力。该应力可使水泥胶合剂内部结构疏松。这种疏松随着冻融次数的增加而逐渐显著,水泥胶合剂的冻融膨胀也越来越大。在一般情况下,水泥胶合剂的冻融膨胀率达到0.1%时,即可遭到破坏而丧失机械强度”’。因此水泥胶合剂必

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须在环境低温极限温度-40XIT,不会发生受低温、冰冻影响而产生的不良性能变化。这种变化可以用在一40℃低温前后弹性模量变化值来表示,即低温耐受系数…,用Bk来表示。

Bk=Eb/E

式中:E——试验前试样的弹性模量(MPa)

Eb——试验后试样的弹性模量(MPa)

为了能使绝缘子产品具有一定的耐久性。水泥胶合荆必须能承受一定数目的冻融循环。冻融循环系数采用同样的方法计算,即用经过200个冻融循环后的试件的弹性模量与试验前的弹性模量之比。冻融循环是在冰箱和恒温水槽内进行的。将试件放在一IO。C的冰箱内冷冻4h,然后在20℃温水中解冻4h为一个循环。表7为各方案水泥胶合剂的温度变化性能值。

表7木泥胶台剂温度变化性能

编号低温耐受系数冻融循环系数

JHJ—I O98079

JHJ一2097082

j.tJ一3099079

J}u一0076069

5结论

通过对水泥胶合剂以上三种方案的对比实验研究,可“看出上述的水泥胶合剂与某工厂生产的胶合剂相比具有以下几种优越性能:(1)较高的流动度和较小流动度经时损失,使成型比较容易;(2)早强、高强的强度保证,能够满足高吨位悬式瓷绝缘子胶装的要求;(3)体积变化小、承受温差和冻融循环能力高的特殊耐久性使它能较好的适合环境对绝缘子的要求。

参考文献

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胶装绝缘子中水泥胶合剂的性能研究

作者:徐银芳, 孙继成, 徐文胜, 张芮铭, 段纪成

作者单位:华中科技大学土木工程与力学学院(武汉)

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引用本文格式:徐银芳.孙继成.徐文胜.张芮铭.段纪成胶装绝缘子中水泥胶合剂的性能研究[会议论文] 2003