超高压瓷绝缘子用水泥胶合剂的性能研究

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瓷绝缘子作为高压输电线路不可或缺的重要组成部分之一,主要起着支撑与绝缘的作用。随着国内特高压建设的不断发展,高架线路电压等级不断提高,输电线路的延长以及冰冻、雨水、高温等恶劣气候条件对瓷绝缘子的影响,对瓷绝缘子的机械性能和绝缘性能提出了更高要求。水泥胶合剂作为瓷绝缘子的重要组成部分之一,目前国内的相关研究存在以下几个问题:(1)绝大部分工厂采用硅酸盐水泥作为瓷绝缘子用水泥胶合剂,但其力学强度已无法满足特高压瓷绝缘子用水泥胶合剂的需求;(2)对于水泥胶合剂的研究仅局限于机械性能,几乎没有关于其绝缘性能方面的研究;(3)水泥胶合剂作为一种胶凝材料,其需要一段时间的养护才能达到相关性能要求,尤其是硅酸盐水泥需要7至28d的养护时间。这极大的提高了工厂的库存压力,导致工厂整体生产效率大大降低。本课题依托企业的智能化生产建设项目,采用高铝水泥代替硅酸盐水泥作为特高压瓷绝缘子用水泥胶合剂,以便于企业的自动化连续生产,对铝酸盐水泥胶合剂的机械性能和绝缘性能进行了系统研究,相关研究成果如下:(1)探讨了铝酸盐水泥代替硅酸盐水泥作为水泥胶合剂的可行性,并研究了胶砂比对铝酸盐水泥胶合剂的性能影响。研究结果表明:铝酸盐水泥胶合剂的流动度随着胶砂比的增加而增加;抗压强度随着胶砂比的增加先增大后减小,胶砂比3:1的组别28d抗压强度最高,达到124.0MPa;干缩率随着胶砂比的增加而增加。(2)在铝酸盐水泥胶合剂体系中掺入硅灰能有效地改善铝酸盐水泥后期强度不稳定的问题,研究表明:由于硅灰具有较大的比表面积,使得铝酸盐水泥胶合剂的需水量增加,流动度降低,在硅灰掺量达到12%时,水泥胶合剂的流动度仅为155mm,无法达到自密实的效果;硅灰颗粒为铝酸盐水泥水化提供晶核,使得铝酸盐水泥胶合剂的凝结时间缩短;硅灰掺量8%的组别早期强度低于空白组,28d时强度与空白组持平,达到123.6MPa,56d时强度持续增加达到127.5MPa,空白组强度则出现倒缩。硅灰的引入使得水泥内部锁住水分的能力加强从而使得水泥胶合剂的收缩率降低,但过量的硅灰掺入会使得材料抑制形变的能力降低,对水泥胶合剂的干缩性能起到不利的作用。(3)研究了铝酸盐水泥胶合剂饱和面干状态下和非饱和状态下电阻率的变化趋势。结合实验结果建立了饱和状态下抗压强度与电阻率的函数关系模型y=y0+Aexp[(x-x0)/t],并通过微观结构模型解释了养护早期水泥胶合剂电阻率的发展规律;研究发现非饱和状态下,水泥胶合剂的电阻率与含水率呈较好的线性关系,随着含水率的不断降低,材料的电阻率逐渐提高。同时结合瓷绝缘子的结构模型,建立了干燥环境下瓷绝缘子用水泥胶合剂的直流导电模型:(?)(4)研究了不同养护制度对铝酸盐水泥胶合剂各项性能的影响。实验结果表明:采用短期热水养护(70℃热水养护2h)使得铝酸盐水泥胶合剂直接生成了稳定的C3AH6,从而使得水泥胶合剂抗压强度后期稳定性大大增强、干缩性能大大提高。同时,C3AH6为立方晶系,其骨架搭接方式不如标准环境下生成的水化产物CAH10和C2AH8搭接致密。采用热水养护也使得材料内部水化不均匀,SEM微观形貌表征显示采用热水养护的试件表面存在更多的孔洞。
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