光伏支架基礎(chǔ)砼配合比優(yōu)化探究

（中國(guó)華電科工集團(tuán)有限公司，北京市，100160） 張鵬遠(yuǎn) 趙衛(wèi)校

2023 年，我國(guó)光伏行業(yè)繼續(xù)保持良好發(fā)展態(tài)勢(shì)。裝機(jī)規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)，連續(xù)10 年位居全球第一，新增總裝機(jī)容量連續(xù)8 年位居全球第一，今年上半年新增裝機(jī)達(dá)到7 842 萬(wàn)千瓦，累計(jì)裝機(jī)規(guī)模超過(guò)4.7億千瓦，成為我國(guó)裝機(jī)規(guī)模第二大電源。

在過(guò)去的研究中，光伏支架基礎(chǔ)砼配合比的設(shè)計(jì)主要遵循材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)和流體力學(xué)等相關(guān)學(xué)科的理論基礎(chǔ)[1-2]。此外，研究人員還考慮了環(huán)境因素（如溫度、濕度、腐蝕等）對(duì)光伏支架基礎(chǔ)砼性能的影響。根據(jù)文獻(xiàn)綜述，影響光伏支架基礎(chǔ)砼配合比的主要因素包括：骨料類(lèi)型與級(jí)配、水泥品種與用量、水膠比、外加劑種類(lèi)與用量等。

根據(jù)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，光伏支架在光伏電站初始投資成本中占比7%左右，僅次于光伏組件（38%）、建安（16%）、其他設(shè)備（13%），近些年國(guó)家倡導(dǎo)利用沙漠、戈壁等荒地建設(shè)大型光伏地面電站，動(dòng)輒吉瓦級(jí)容量，光伏支架基礎(chǔ)的投入是相當(dāng)大的。

對(duì)于光伏項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，往往因?yàn)槠渑c其他大型樁基對(duì)比半徑小，樁長(zhǎng)短，單樁總體相對(duì)不大，往往直接應(yīng)用固定標(biāo)號(hào)的商品混凝土進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工，但光伏項(xiàng)目的樁數(shù)量很大，總體體量并不小，非常有必要對(duì)其配合比進(jìn)行優(yōu)化。

1 集料優(yōu)化控制實(shí)例

當(dāng)粒徑小于4.75mm 的巖石碎屑，如砂、卵石、碎卵石、碎石和石屑等細(xì)集料的石粉含量或含泥量超出標(biāo)準(zhǔn)配合比要求時(shí)，為改善混凝土拌和物的工作性能，可以采取降低砂率或增加減水劑的措施進(jìn)行調(diào)整[3]。若調(diào)整減水劑用量在膠凝材料總量的2‰范圍內(nèi)，但仍無(wú)法達(dá)到其性能要求，則應(yīng)更換石粉含量和含泥量更低的集料[4]。若粒徑大于4.75mm以上的碎石、破碎礫石、篩選礫石和礦渣等粗集料的粒徑變化較大，需要進(jìn)行重新篩分優(yōu)化。通過(guò)間斷級(jí)配篩分結(jié)果形成連續(xù)級(jí)配，藉此來(lái)確定各檔粗集料的摻配比率?？赏ㄟ^(guò)圖1～6所示的試驗(yàn)過(guò)程來(lái)印證優(yōu)化。其中粗集料的含水率可以3‰為界，在實(shí)際施工過(guò)程中通過(guò)砂率和水膠比的優(yōu)化，結(jié)合粗細(xì)集料和施工用水的調(diào)整來(lái)確定。

圖1 試樣1篩分?jǐn)?shù)據(jù)

如圖1中試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)橫軸為篩孔尺寸（單位：mm），試樣總質(zhì)量2 709.24g，篩上總量2 585.84g，0.075mm篩下量為145.20g，其通過(guò)率為5.36%；如圖2 中試樣總質(zhì)量2 399.09g，篩上總量2 244.19g，0.075mm篩下量為143.35g，其通過(guò)率為5.97%。

圖2 試樣2篩分?jǐn)?shù)據(jù)

根據(jù)圖1、2篩分?jǐn)?shù)據(jù)可得圖3對(duì)應(yīng)橫軸為各標(biāo)準(zhǔn)篩孔尺寸對(duì)應(yīng)的1、2兩組平均累計(jì)篩余和通過(guò)率（單位：mm），非加權(quán)簡(jiǎn)單均值曲線(xiàn)，最終平均值為5.67%。

圖3 試樣1、2累計(jì)篩余與通過(guò)率算數(shù)平均值曲線(xiàn)

如圖4 中試樣總質(zhì)量2 354.25g，篩上總量2 218.7g，水洗0.075mm 篩下量為135.55g，其通過(guò)率為5.97%；如圖5中試樣總質(zhì)量2 498.13g，篩上總量2 368.41g，水洗0.075mm 篩下量為129.72g，其通過(guò)率為5.22%。

圖4 試樣3篩分?jǐn)?shù)據(jù)

圖5 試樣4篩分?jǐn)?shù)據(jù)

圖6 試樣3、4累計(jì)篩余與通過(guò)率算數(shù)平均值曲線(xiàn)

根據(jù)圖4、5篩分?jǐn)?shù)據(jù)可得圖3對(duì)應(yīng)橫軸為各標(biāo)準(zhǔn)篩孔尺寸對(duì)應(yīng)的1、2兩組平均累計(jì)篩余和通過(guò)率（單位：mm），非加權(quán)簡(jiǎn)單均值曲線(xiàn)，最終平均值為5.60%。

以本案例中的混凝土為例，減水劑一般低檔參數(shù)為1.8%～2.2%，用量為5～7kg。減量劑的用量一般為混凝土的1.5～2.0%，大型工程的用量一般為1.0～1.2%。此外，不同種類(lèi)的減水劑用量也不同。有普通減水劑和高效減水劑之分，用量在1%～2%左右，需在減水劑采購(gòu)運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后將膠凝材料和減水率的兼容性進(jìn)行實(shí)測(cè)，另外還要特別注意施工溫度對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間的間接影響，低溫水化熱反應(yīng)相對(duì)減緩，凝結(jié)時(shí)間拉長(zhǎng)，反之高溫時(shí)則其時(shí)間縮短，可根據(jù)實(shí)際需要請(qǐng)采購(gòu)廠(chǎng)商適當(dāng)微調(diào)減水劑的化學(xué)組成并以調(diào)整后的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)重新調(diào)整混凝土配合比，最終實(shí)測(cè)水泥混凝土的各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)和使用性能。

2 施工期配合比優(yōu)化常規(guī)流程

2.1 施工準(zhǔn)備

水泥：用32.5的復(fù)合硅酸鹽水泥和42.5的普通硅酸鹽水泥。砂：用中粗砂，含泥量不大于2%。石子：粒徑2～4cm 以及5～31.5mm 碎石。水：用不含雜質(zhì)的潔凈水?；炷僚浜媳冉?jīng)試驗(yàn)室確定，配合比通知單與現(xiàn)場(chǎng)使用材料相符。

2.2 工藝流程

作業(yè)準(zhǔn)備→混凝土攪拌→混凝土輸送→混凝土澆筑、振搗→混凝土養(yǎng)護(hù)。

2.3 施工方法及技術(shù)措施

混凝土攪拌，根據(jù)測(cè)定的砂、石含水率，施工前試配，施工中取試塊，調(diào)整配合比中砼的用水量。根據(jù)攪拌機(jī)每盤(pán)各種材料用量分別固定好水泥、砂、石各個(gè)標(biāo)量，計(jì)量量具必須定期檢測(cè)、保養(yǎng)維護(hù)，以保證能夠準(zhǔn)確計(jì)量。

3 光伏支架基礎(chǔ)與大體積混凝土配合比優(yōu)化區(qū)別

光伏支架的基礎(chǔ)體積相對(duì)小，與大體積混凝土配合比優(yōu)化的不同主要是體現(xiàn)在水膠比和用水量上。水膠比是指混凝土中水的質(zhì)量與水泥質(zhì)量之比，水膠比的大小直接影響到混凝土的強(qiáng)度、和易性以及耐久性，在配合比相同的條件下，水膠比越小，混凝土的強(qiáng)度越高，收縮性越小。大體積混凝土在配合比時(shí)，一般水膠比要比小體積混凝土的水膠比低一些，通過(guò)減少用水量，降低混凝土的收縮開(kāi)裂概率。

另外降低水化熱也是小體積混凝土配合比優(yōu)化需要格外注意的。混凝土結(jié)構(gòu)體積小，散熱面積相對(duì)較大，容易造成混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大，從而產(chǎn)生溫度裂縫。首先選擇低水化熱的水泥：采用低水化熱的水泥，如礦渣水泥、火山灰水泥等，可以減少混凝土的水化熱；其次，適當(dāng)減少水泥用量，增加粉煤灰等摻合料的用量，也可以降低混凝土的水化熱。再者，降低水膠比也可以降低水化熱，水膠比越小，混凝土的強(qiáng)度越高，收縮性越小。適當(dāng)降低水膠比，可以減少混凝土的收縮開(kāi)裂概率；最后，一定要加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)工作，控制混凝土內(nèi)外溫差不超過(guò)25℃，及時(shí)采取措施防止溫度裂縫的產(chǎn)生。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，從光伏支架基礎(chǔ)混凝土的體量和施工特點(diǎn)出發(fā)，從集料控制著手，結(jié)合水膠比調(diào)整、水化熱控制以及減水劑的科學(xué)添加，保證在質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下經(jīng)濟(jì)合理的滿(mǎn)足混凝土配合比在施工過(guò)程中保持動(dòng)態(tài)的優(yōu)化管理。