淺析風電場風機基礎混凝土溫度裂縫的原因分析及防治措施

趙卯忠+劉曉曉

【摘要】風電場由于地處偏遠、冬季嚴寒及風速較高等氣候特性，風機基礎施工屬于特殊工況下的大體積混凝土施工，對氣候因素、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，若不注意很容易產生溫度裂縫。如何應對風電場風機基礎溫度裂縫已經成為風電行業(yè)日益關注的話題。本文結合實踐經驗，淺談風電場風機基礎混凝土溫度裂縫的原因分析及防治措施。

【關鍵詞】風電場；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，風力發(fā)電作為技術相對成熟、最具大規(guī)模商業(yè)開發(fā)條件、成本相對較低的一種，近年來發(fā)展迅速。目前，風電場多位于風資源豐富的山區(qū)，地處偏遠，海拔一般在1500m～2500m，平均風速均在6m/s以上，晝夜溫差大。

（2）風力發(fā)電機組基礎形式包含有擴展型、梁板式以及灌注樁等。目前被國內絕大多數風電場采用的是圓形擴展基礎，少部分采用八角形、矩形等。以圓形擴展基礎為例，一般采用兩部梯形退臺，平面和地面均為圓形布置，下部基礎直徑為19m左右，上部基礎直徑為6m左右，內置直徑為4m左右的基礎環(huán)配約40t的鋼筋呈籠狀布置，基礎墊層一般為100mm厚的C15混凝土，基礎一般為500m2左右的C35、C40混凝土?；炷两Y構實體最小幾何尺寸不小于1m，屬于大體積混凝土施工（見圖1）。

（3）風機基礎除了施工冷縫、沁水現象、水泥漿過厚等一般大體積混凝土的質量通病以外，最主要的是混凝土溫度裂縫。裂縫不僅影響風機基礎結構的耐久性，嚴重時甚至會影響結構的強度，進而影響風力發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。尤其風電場所在地域的施工環(huán)境惡劣，晝夜溫差大，對混凝土進行溫度控制比較一般大體積混凝土更為困難。

2. 混凝土產生溫度裂縫的原因分析

2.1混凝土產生溫度裂縫的直接原因為水泥水化熱導致混凝土內外溫差過大。水泥在混凝土初凝期間水化熱要產生大量的熱量，由于大體積砼截面厚度大，水化熱聚集在結構內部不易散失，使砼內部的溫度越來越高。當砼內部與表面溫差過大時，就會產生溫度應力。當砼的抗拉強度不足以抵抗該溫度應力時，便產生溫度裂縫。

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，0.3～0.5（d-1）；

t——混凝土齡期（d）

2.2根據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)護方案等。具體說明如下：

（1）外界氣溫變化：

風機基礎所屬區(qū)域夏季氣溫溫和，高溫天氣很少，因高溫條件下混凝土內部不易散熱的情況較少。但冬季嚴寒，極端天氣較多，氣溫驟降等會大大增加混凝土內外層溫差。

（2）混凝土運距長：

風電場地處偏遠，風機布置較為分散，不論是新建攪拌站還是利用商砼，運輸距離一般均大于10Km。容易產生離析現象。

（3）原材料及級配問題：

水泥水化熱過高、粗細骨料的含泥量過大、外加劑選用不合理等，混凝土配合比未考慮實際現場的施工環(huán)境和施工方法。

（4）混凝土攪拌問題：

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導致水泥假凝和外加劑失效等。

（5）混凝土澆筑問題：

入模溫度較高，未實行薄層分層澆筑，振搗不力，沁水較多且未清理等。

（6）混凝土養(yǎng)護問題：

養(yǎng)護方案單一，僅覆膜蓋砂，測溫時間選取不當，不能真實反映混凝土內外溫差。endprint

3. 措施分析

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

3.1外界氣溫變化。

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

3.2長距離運輸。

（1）嚴格控制水灰比，避免在長距離長時間運輸中加水造成的坍落度損失，進而導致混凝土強度降低。

（2）對于較易發(fā)生離析的混凝土品種，在喂料前使用高速旋轉模式進行滾筒一分鐘，使混凝土前置拌和均勻。避免產生離析現象。

（3）在冬季運輸時，罐車外加保溫罩，減少運輸途中熱量損失。

3.3原材料的選用及級配要求：

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

（1）水泥：應盡量選用水化熱低、凝結時間長的水泥，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、火山灰質硅酸鹽水泥等。同時，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象，從而破壞混凝土的粘結力和整體性。所以盡量選用沁水性的礦渣水泥品種。

（2）骨料：根據風電場所在地骨料生產現狀，采用粒徑大、級配良好的粗骨料，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計委托單時，除了常規(guī)性的情況說明以外，也應該明確風電場風機基礎混凝土澆筑量、澆筑形式、運輸狀況、氣候條件及施工環(huán)境等。設計單位應根據風電場實際情況進行有針對性的級配設計。

3.4混凝土攪拌。

混凝土攪拌除了計量系統、投料順序和攪拌時間等一般性質量控制以外，針對冬季施工，還需要注意以下幾點：

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

（2）增設鍋爐，為拌合水加熱，并給輸水管道及儲水池包裹保溫材料，保證水溫達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度。具體做法如下：

（1）混凝土澆筑要合理分層分段進行，使混凝土沿高度均勻上升。

（2）混凝土要保證連續(xù)供應，間隔時間不應大于混凝土的初凝時間，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度，而且可以增加混凝土的密實度，提高防滲性，消除混凝土由于沉陷產生的裂紋和細縫。

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

3.6混凝土養(yǎng)護。

養(yǎng)護是控制風機基礎混凝土溫度裂縫的主要手段，是保證混凝土各項性能指標全面正常增長的關鍵工序。通過測溫的方式實時監(jiān)測混凝土內外溫差的變化情況，從而有針對性的采取降溫保濕等養(yǎng)護方法。具體做法如下：

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

（2）降溫法養(yǎng)護：在混凝土內部預埋水管，在澆筑成型后，通入冷卻水，降低混凝土內部最高溫度，降低混凝土內外溫差，有效地控制因內外溫差而引起的結構性開裂。

（3）保溫法養(yǎng)護：混凝土澆筑完畢后，及早灑水養(yǎng)護，商品混凝土表面用塑料薄膜覆蓋濕潤，用棉被覆蓋保溫。并定時噴澆熱水等辦法，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散，減小混凝土表面的溫度梯度，防止產生表面裂縫。同事延長散熱時間，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生的拉應力小于混凝土的抗拉強度，防止產生貫穿裂縫。

（4）混凝土測溫：測溫點的布置應選擇溫度變化大，容易散熱、收環(huán)境溫度影響大，絕熱溫升最大和產生收縮拉應力最大的地方，一般設置上、中、下三層?；炷翝仓叭欤扛?小時測溫一次，以后每6小時測溫一次。尤其是夜間內外溫差達到最大值時，應適當增加測溫密度，以便及時作出反應。

4. 結束語

實踐證明，在風電場風機基礎的施工中，針對初凝期水化熱導致的溫度裂縫的防治，應在正確選用原材料、優(yōu)化配合比設計、改善施工工藝、提高施工質量、做好溫度監(jiān)測及加強基礎養(yǎng)護等方面采取有效措施，堅持嚴謹的施工組織管理，完全可以控制混凝土溫度裂縫的發(fā)生，使工程質量得到可靠的控制。

參考文獻

[1]GB50496-2012_《大體積混凝土工程施工規(guī)范》.

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