張勇，薛永宏，沙建芳，郭飛，吳洲

（1.高性能土木工程材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京210008；2.江蘇蘇博特新材料股份有限公司，江蘇 南京211100）

0 引言

風(fēng)電是資源潛力大、技術(shù)基本成熟的可再生能源，在減排溫室氣體、應(yīng)對(duì)氣候變化的新形勢(shì)下，越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視，并已在全球大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用。 中國(guó)風(fēng)能儲(chǔ)量大、分布廣，開(kāi)發(fā)利用潛力大。據(jù)估算，全國(guó)平均風(fēng)功率密度為100 W/m2，風(fēng)能資源總儲(chǔ)量約32.26 億kW， 可開(kāi)發(fā)和利用的陸地風(fēng)能和近海風(fēng)能儲(chǔ)量共計(jì)約10 億kW。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為一種新型高聳構(gòu)筑物，其荷載和動(dòng)力特性復(fù)雜。 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)是結(jié)構(gòu)的重要組成部分， 它承擔(dān)著將上部結(jié)構(gòu)所承受的全部荷載和作用安全可靠地傳遞到地基， 并保持結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定的作用[1-4]。 預(yù)應(yīng)力錨栓基礎(chǔ)是一種新型的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，采用預(yù)應(yīng)力錨桿連接塔筒和基礎(chǔ)，法蘭和基礎(chǔ)間通過(guò)灌漿連接成為整體， 預(yù)應(yīng)力錨栓從張拉完畢直至使用的整個(gè)過(guò)程中，其疲勞應(yīng)力幅小，抗疲勞性能優(yōu)異[5-8]。

預(yù)應(yīng)力錨桿基礎(chǔ)用灌漿料強(qiáng)度要求極高，28 d抗壓強(qiáng)度超過(guò)80 MPa， 遠(yuǎn)超過(guò)GB/T50448—2015《水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》要求范圍。意味著套筒灌漿料的水膠比將急劇減小， 一般在0.25 左右，自收縮顯著增大，灌漿料受到錨桿和基礎(chǔ)混凝土的約束，內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度時(shí)，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，如圖1 所示，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)安全及使用壽命。

圖1 裂縫產(chǎn)生原理

基于此，實(shí)驗(yàn)從灌漿料自身變形性能優(yōu)化及養(yǎng)護(hù)方式兩方面出發(fā)，考察了風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)灌漿料的變形發(fā)展規(guī)律及抗裂性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

（1）灌漿料：采用江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產(chǎn)的JGM-SP 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)灌漿料。

（2）膨脹劑：采用江蘇蘇博特新材料股份有限公司提供的HME 系列膨脹劑（CaO 類）。

（3）養(yǎng)護(hù)劑：采用江蘇蘇博特新材料股份有限公司提供的有機(jī)型養(yǎng)護(hù)劑和有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合型養(yǎng)護(hù)劑。

1.2 試驗(yàn)方法

灌漿料干燥收縮試驗(yàn)參照J(rèn)C/T 603—2004《水泥膠砂干縮試驗(yàn)方法》進(jìn)行，自生體積收縮試驗(yàn)參照干燥收縮試驗(yàn)成型、拆模后，用聚乙烯薄膜、鋁箔對(duì)試件的所有表面進(jìn)行密封，以避免水分損失。

目前，圓環(huán)法是各國(guó)研究者們研究水泥基材料早期開(kāi)裂敏感性時(shí)較普遍采用的一種方法。 在內(nèi)、外鋼環(huán)之間澆注環(huán)形混凝土、 砂漿或凈漿試件，拆除外模后，自生收縮、干燥收縮隨著水化和干燥過(guò)程而增長(zhǎng)，收縮受到中間鋼芯的約束，在試件環(huán)周的切線方向產(chǎn)生拉應(yīng)力。由于水泥基材料的粘彈性性質(zhì)，收縮作用因徐變的產(chǎn)生而部分抵消，當(dāng)經(jīng)徐變后的殘余收縮產(chǎn)生的主拉應(yīng)力達(dá)到臨界值時(shí)，試件開(kāi)裂[9]。 模具由外環(huán)和內(nèi)環(huán)組成，中間填料，成型后拆除外模，試件拆模后放入恒溫恒濕室。 本實(shí)驗(yàn)圓環(huán)尺寸為：混凝土內(nèi)徑250 mm，外徑300 mm，高150 mm，如圖2 所示。

圖2 圓環(huán)模具設(shè)計(jì)（單位：cm）

2 結(jié)果與討論

2.1 膨脹劑對(duì)灌漿料變形性能的影響

利用膨脹組分在水化過(guò)程中產(chǎn)生的體積膨脹補(bǔ)償水泥基材料的收縮是防止材料收縮開(kāi)裂的有效措施之一。 CaO 類膨脹劑是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新型膨脹劑[10]，其具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：膨脹速度快，膨脹效能大；濕度敏感性能優(yōu)異，對(duì)水養(yǎng)護(hù)的依賴程度低，更適用于低水膠比水泥基材料。

選取3 組不同膨脹性能的膨脹劑，水中7 d 限制膨脹率如表1 所示。三組膨脹劑的水中7 d 限制膨脹率均超過(guò)0.025%，滿足GB 23439—2017《混凝土膨脹劑》規(guī)定的I 型膨脹劑要求，1# 膨脹劑的水中7 d 限制膨脹率為0.03%，2#膨脹劑的水中7 d限制膨脹率為0.038%，3#膨脹劑的水中7 d 限制膨脹率為0.043%。

表1 限制膨脹率

圖3 為三種膨脹劑摻量為10%時(shí)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)灌漿料的自收縮試驗(yàn)結(jié)果，由圖3 可以看出，摻加膨脹劑后風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)灌漿料的自收縮顯著降低，并與膨脹劑的限制膨脹率具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，膨脹劑的限制膨脹率越高，補(bǔ)償收縮的效果越好，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)灌漿料的自收縮值越小，摻加10%的3# 膨脹劑的灌漿料自收縮值最小，28 d 時(shí)僅為159 με，較不摻加膨脹劑時(shí)的自收縮降低34.5%。

圖3 自收縮

圖4 干燥收縮

圖4 為三種膨脹劑摻量為10%時(shí)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)灌漿料的干燥收縮試驗(yàn)結(jié)果，由圖4 可以看出，摻加膨脹劑后風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)灌漿料的干燥收縮值有不同程度的降低，但膨脹劑對(duì)灌漿料干燥收縮的補(bǔ)償效果顯著低于對(duì)灌漿料自收縮的補(bǔ)償效果， 摻加2# 和3# 膨脹劑的灌漿料干燥收縮值最小，28 d 時(shí)為585 με， 較不摻加膨脹劑時(shí)的自收縮降低12.2%?？梢?jiàn)干燥條件下灌漿料內(nèi)部水分的流失對(duì)膨脹劑的水化反應(yīng)具有削弱作用，進(jìn)而影響灌漿料干燥收縮的補(bǔ)償效率。

2.2 養(yǎng)護(hù)對(duì)灌漿料變形性能的影響

養(yǎng)護(hù)對(duì)水泥基材料性能的發(fā)展至關(guān)重要。 養(yǎng)護(hù)劑是一種具有成膜性和滲透性的有機(jī)物，可以在水泥基材料表面形成一層均勻連續(xù)的致密薄膜，抑制水泥基材料內(nèi)部水分蒸發(fā)，降低其干燥收縮，提升其抗裂性能。 近年來(lái)隨著科技的不斷進(jìn)步，有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合型養(yǎng)護(hù)劑誕生，其原理為有機(jī)組分粘附于水泥基材料表面形成連續(xù)薄膜阻水，無(wú)機(jī)組分滲透入水泥基材料內(nèi)部毛細(xì)孔中同堿性物質(zhì)反應(yīng)形成膠體物質(zhì)而阻塞毛細(xì)孔。

選取一種有機(jī)養(yǎng)護(hù)劑和一種有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合型養(yǎng)護(hù)劑，考察其對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)灌漿料干燥收縮的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。 養(yǎng)護(hù)劑顯著減小了風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)灌漿料的干燥收縮，28 d 時(shí)采用有機(jī)型養(yǎng)護(hù)劑干燥收縮值為554 με， 減縮率為16.9%， 而采用有機(jī)—無(wú)機(jī)復(fù)合型養(yǎng)護(hù)劑干燥收縮值為476 με，減縮率為28.6%，減縮效果更優(yōu)。

圖5 干燥收縮

2.3 灌漿料開(kāi)裂敏感性研究

試驗(yàn)采用圓環(huán)法對(duì)比了膨脹劑及膨脹劑+復(fù)合型養(yǎng)護(hù)劑對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)灌漿料開(kāi)裂敏感性能的影響。表2 為開(kāi)裂敏感性試驗(yàn)結(jié)果， 從表2 可以看出，摻加膨脹劑后灌漿料的開(kāi)裂時(shí)間從2 d 延遲至4 d，裂縫寬度從0.025 mm 降低至0.016 mm， 裂縫寬度降低了36%；在摻加膨脹劑的基礎(chǔ)上，采用復(fù)合型養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)， 灌漿料的開(kāi)裂時(shí)間從2 d 延遲至7 d，裂縫寬度從0.025 mm 降低至0.010 mm， 裂縫寬度降低了60%，灌漿料的抗裂性能大幅提升，開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)顯著降低。

3 結(jié)論

（1）摻加膨脹劑后風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)灌漿料的自收縮和干燥收縮顯著降低， 膨脹劑的限制膨脹率越高，補(bǔ)償收縮的效果越好，但膨脹劑對(duì)灌漿料干燥收縮的補(bǔ)償效果顯著低于對(duì)灌漿料自收縮的補(bǔ)償效果。

表2 開(kāi)裂敏感性試驗(yàn)結(jié)果

（2）采用有機(jī)—無(wú)機(jī)復(fù)合型養(yǎng)護(hù)劑干燥收縮減縮率為28.6%，減縮效果顯著優(yōu)于有機(jī)型養(yǎng)護(hù)劑。

（3）在摻加膨脹劑的基礎(chǔ)上，采用復(fù)合型養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)，灌漿料的開(kāi)裂時(shí)間從2 d 延遲至7 d，裂縫寬度降低了60%，灌漿料的抗裂性能大幅提升。