趙卯忠+劉曉曉

【摘要】風(fēng)電場(chǎng)由于地處偏遠(yuǎn)、冬季嚴(yán)寒及風(fēng)速較高等氣候特性，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)施工屬于特殊工況下的大體積混凝土施工，對(duì)氣候因素、材料選用和施工工藝比一般的大體積混凝土施工更要敏感，若不注意很容易產(chǎn)生溫度裂縫。如何應(yīng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)溫度裂縫已經(jīng)成為風(fēng)電行業(yè)日益關(guān)注的話題。本文結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，淺談風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土溫度裂縫的原因分析及防治措施。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)電場(chǎng)；大體積混凝土；溫度裂縫；防治措施

【Abstract】Because of its remote location， cold winter and high wind speed， wind farm construction is a mass concrete construction under special working conditions. It is more sensitive to the selection of climatic factors， material selection and construction process than the general mass concrete construction. If you do not pay attention to it is easy to produce temperature cracks. How to deal with the wind turbine foundation temperature cracks has become a topic of growing concern in the wind power industry. Based on the practical experience， this article discusses the reason analysis and prevention measures of the temperature crack in the concrete foundation of the wind farm fan base.

【Key words】Wind farm；Mass concrete；Temperature crack；Prevention and control measures

1. 前言

（1）在各類新能源中，風(fēng)力發(fā)電作為技術(shù)相對(duì)成熟、最具大規(guī)模商業(yè)開(kāi)發(fā)條件、成本相對(duì)較低的一種，近年來(lái)發(fā)展迅速。目前，風(fēng)電場(chǎng)多位于風(fēng)資源豐富的山區(qū)，地處偏遠(yuǎn)，海拔一般在1500m～2500m，平均風(fēng)速均在6m/s以上，晝夜溫差大。

（2）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)形式包含有擴(kuò)展型、梁板式以及灌注樁等。目前被國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)采用的是圓形擴(kuò)展基礎(chǔ)，少部分采用八角形、矩形等。以圓形擴(kuò)展基礎(chǔ)為例，一般采用兩部梯形退臺(tái)，平面和地面均為圓形布置，下部基礎(chǔ)直徑為19m左右，上部基礎(chǔ)直徑為6m左右，內(nèi)置直徑為4m左右的基礎(chǔ)環(huán)配約40t的鋼筋呈籠狀布置，基礎(chǔ)墊層一般為100mm厚的C15混凝土，基礎(chǔ)一般為500m2左右的C35、C40混凝土。混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體最小幾何尺寸不小于1m，屬于大體積混凝土施工（見(jiàn)圖1）。

（3）風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)除了施工冷縫、沁水現(xiàn)象、水泥漿過(guò)厚等一般大體積混凝土的質(zhì)量通病以外，最主要的是混凝土溫度裂縫。裂縫不僅影響風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的耐久性，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊懡Y(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，進(jìn)而影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。尤其風(fēng)電場(chǎng)所在地域的施工環(huán)境惡劣，晝夜溫差大，對(duì)混凝土進(jìn)行溫度控制比較一般大體積混凝土更為困難。

2. 混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的原因分析

2.1混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的直接原因?yàn)樗嗨療釋?dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大。水泥在混凝土初凝期間水化熱要產(chǎn)生大量的熱量，由于大體積砼截面厚度大，水化熱聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失，使砼內(nèi)部的溫度越來(lái)越高。當(dāng)砼內(nèi)部與表面溫差過(guò)大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。當(dāng)砼的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗該溫度應(yīng)力時(shí)，便產(chǎn)生溫度裂縫。

混凝土的絕熱溫升：

T（t）=WQCρ（1-e-mt）

式中：T（t）——混凝土齡期為t時(shí)的絕熱溫升（°C）；

W——每m3混凝土的膠凝材料用量（Kg/m3）；

C——混凝土的比熱，一般為0.92～1.0（KJ/Kg.°C）；

ρ——混凝土的重力密度，2400～2500（Kg/m3）；

m——與水泥品種、澆筑溫度等有頭的系數(shù)，0.3～0.5（d-1）；

t——混凝土齡期（d）

2.2根據(jù)上式中混凝土的絕熱溫升公式，可以得出影響混凝土溫度變化的的主要因素有原材料品種、配合比形式、混凝土施工工藝及養(yǎng)護(hù)方案等。具體說(shuō)明如下：

（1）外界氣溫變化：

風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)所屬區(qū)域夏季氣溫溫和，高溫天氣很少，因高溫條件下混凝土內(nèi)部不易散熱的情況較少。但冬季嚴(yán)寒，極端天氣較多，氣溫驟降等會(huì)大大增加混凝土內(nèi)外層溫差。

（2）混凝土運(yùn)距長(zhǎng)：

風(fēng)電場(chǎng)地處偏遠(yuǎn)，風(fēng)機(jī)布置較為分散，不論是新建攪拌站還是利用商砼，運(yùn)輸距離一般均大于10Km。容易產(chǎn)生離析現(xiàn)象。

（3）原材料及級(jí)配問(wèn)題：

水泥水化熱過(guò)高、粗細(xì)骨料的含泥量過(guò)大、外加劑選用不合理等，混凝土配合比未考慮實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的施工環(huán)境和施工方法。

（4）混凝土攪拌問(wèn)題：

夏季攪拌用水溫度較高，冬季攪拌用水溫度較低，原材溫度和攪拌順序控制不當(dāng)導(dǎo)致水泥假凝和外加劑失效等。

（5）混凝土澆筑問(wèn)題：

入模溫度較高，未實(shí)行薄層分層澆筑，振搗不力，沁水較多且未清理等。

（6）混凝土養(yǎng)護(hù)問(wèn)題：

養(yǎng)護(hù)方案單一，僅覆膜蓋砂，測(cè)溫時(shí)間選取不當(dāng)，不能真實(shí)反映混凝土內(nèi)外溫差。endprint

3. 措施分析

根據(jù)混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的原因分析，即砼的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗該溫度應(yīng)力。那么如何避免溫度裂縫的產(chǎn)生也可從兩方面入手：一是降低水化熱導(dǎo)致的溫度應(yīng)力，二是提高混凝土的抗拉強(qiáng)度。具體措施方案如下：

3.1外界氣溫變化。

針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際情況，混凝土施工盡量選擇在氣溫溫和、溫差較小的5～9月份進(jìn)行。如特殊情況需要進(jìn)行冬季施工時(shí)，需要注意的是保證混凝土的出機(jī)溫度在20℃～35℃之間，灌注溫度在在8℃～10℃之間，入模溫度控制在5℃。

3.2長(zhǎng)距離運(yùn)輸。

（1）嚴(yán)格控制水灰比，避免在長(zhǎng)距離長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)輸中加水造成的坍落度損失，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低。

（2）對(duì)于較易發(fā)生離析的混凝土品種，在喂料前使用高速旋轉(zhuǎn)模式進(jìn)行滾筒一分鐘，使混凝土前置拌和均勻。避免產(chǎn)生離析現(xiàn)象。

（3）在冬季運(yùn)輸時(shí)，罐車外加保溫罩，減少運(yùn)輸途中熱量損失。

3.3原材料的選用及級(jí)配要求：

合理選用原材料和級(jí)配，能夠起到降低水化熱、增加混凝土和易性，節(jié)約水泥用量、提高混凝土后期強(qiáng)度的作用。具體做法如下：

（1）水泥：應(yīng)盡量選用水化熱低、凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)的水泥，優(yōu)先采用中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、大壩水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥等。同時(shí)，由于礦渣水泥的析水性比其他水泥大，容易造成澆筑層表面沁水現(xiàn)象，從而破壞混凝土的粘結(jié)力和整體性。所以盡量選用沁水性的礦渣水泥品種。

（2）骨料：根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)所在地骨料生產(chǎn)現(xiàn)狀，采用粒徑大、級(jí)配良好的粗骨料，摻和粉煤灰、減水劑等措施，可減少水泥用量，從而減少水泥水化熱。

（3）外加劑：宜采用緩凝高效減水劑，由于緩凝高效減水劑具有較高的減水率，在水灰比不變的情況下，可降低水泥用量，最終降低水泥水化熱，有利于溫升控制。其緩凝作用還有利于避免出現(xiàn)施工冷縫。摻合料宜采用粉煤灰、礦渣粉等。

（4）另外，施工單位在編制混凝土配合比設(shè)計(jì)委托單時(shí)，除了常規(guī)性的情況說(shuō)明以外，也應(yīng)該明確風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土澆筑量、澆筑形式、運(yùn)輸狀況、氣候條件及施工環(huán)境等。設(shè)計(jì)單位應(yīng)根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行有針對(duì)性的級(jí)配設(shè)計(jì)。

3.4混凝土攪拌。

混凝土攪拌除了計(jì)量系統(tǒng)、投料順序和攪拌時(shí)間等一般性質(zhì)量控制以外，針對(duì)冬季施工，還需要注意以下幾點(diǎn)：

（1）保證粗細(xì)骨料不受凍，可為集料倉(cāng)安裝地暖或搭設(shè)保溫棚，保證骨料能正常使用且溫度達(dá)到要求。

（2）增設(shè)鍋爐，為拌合水加熱，并給輸水管道及儲(chǔ)水池包裹保溫材料，保證水溫達(dá)到拌制混凝土的要求。

（3）為減水劑桶覆蓋電熱毯并包裹保溫材料，保證減水劑的溫度達(dá)到要求。

（4）用棉被式保溫材料包裹膠凝材料罐，保證膠凝材料的流暢下料。

3.5混凝土澆筑。

合理選用混凝土澆筑方案，以降低混凝土的塊體溫升，提高混凝土的極限拉伸強(qiáng)度。具體做法如下：

（1）混凝土澆筑要合理分層分段進(jìn)行，使混凝土沿高度均勻上升。

（2）混凝土要保證連續(xù)供應(yīng)，間隔時(shí)間不應(yīng)大于混凝土的初凝時(shí)間，以免形成冷縫。

（3）混凝土宜采用二次振搗，不僅可以提高混凝土的強(qiáng)度，而且可以增加混凝土的密實(shí)度，提高防滲性，消除混凝土由于沉陷產(chǎn)生的裂紋和細(xì)縫。

（4）混凝土澆筑時(shí)，要及時(shí)清除混凝土表面的沁水。嚴(yán)禁混凝土直接向水中澆搗，避免因水浸而產(chǎn)生蜂窩和不密實(shí)。

3.6混凝土養(yǎng)護(hù)。

養(yǎng)護(hù)是控制風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土溫度裂縫的主要手段，是保證混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)全面正常增長(zhǎng)的關(guān)鍵工序。通過(guò)測(cè)溫的方式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土內(nèi)外溫差的變化情況，從而有針對(duì)性的采取降溫保濕等養(yǎng)護(hù)方法。具體做法如下：

（1混凝土的拆模時(shí)間應(yīng)考慮氣溫環(huán)境的影響，必須有利于強(qiáng)度的正常增長(zhǎng)，即拆模時(shí)混凝土表面溫度、中心溫度幾外界溫度之間的溫差不超過(guò)20℃。

（2）降溫法養(yǎng)護(hù)：在混凝土內(nèi)部預(yù)埋水管，在澆筑成型后，通入冷卻水，降低混凝土內(nèi)部最高溫度，降低混凝土內(nèi)外溫差，有效地控制因內(nèi)外溫差而引起的結(jié)構(gòu)性開(kāi)裂。

（3）保溫法養(yǎng)護(hù)：混凝土澆筑完畢后，及早灑水養(yǎng)護(hù)，商品混凝土表面用塑料薄膜覆蓋濕潤(rùn)，用棉被覆蓋保溫。并定時(shí)噴澆熱水等辦法，提高混凝土表面幾四周散熱面的溫度，減少混凝土表面的熱擴(kuò)散，減小混凝土表面的溫度梯度，防止產(chǎn)生表面裂縫。同事延長(zhǎng)散熱時(shí)間，充分發(fā)揮混凝土的潛力和材料的松弛特性，使混凝土額的平均總溫差產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于混凝土的抗拉強(qiáng)度，防止產(chǎn)生貫穿裂縫。

（4）混凝土測(cè)溫：測(cè)溫點(diǎn)的布置應(yīng)選擇溫度變化大，容易散熱、收環(huán)境溫度影響大，絕熱溫升最大和產(chǎn)生收縮拉應(yīng)力最大的地方，一般設(shè)置上、中、下三層。混凝土澆筑前三天，每隔2小時(shí)測(cè)溫一次，以后每6小時(shí)測(cè)溫一次。尤其是夜間內(nèi)外溫差達(dá)到最大值時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加測(cè)溫密度，以便及時(shí)作出反應(yīng)。

4. 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，在風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的施工中，針對(duì)初凝期水化熱導(dǎo)致的溫度裂縫的防治，應(yīng)在正確選用原材料、優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)、改善施工工藝、提高施工質(zhì)量、做好溫度監(jiān)測(cè)及加強(qiáng)基礎(chǔ)養(yǎng)護(hù)等方面采取有效措施，堅(jiān)持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕そM織管理，完全可以控制混凝土溫度裂縫的發(fā)生，使工程質(zhì)量得到可靠的控制。

參考文獻(xiàn)

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[2]沈芳、金飛翔。《淺析混凝土季節(jié)施工及應(yīng)注意的事項(xiàng)》.endprint