浅析风电场风机基础混凝土温度裂缝的原因分析及防治措施

赵卯忠+刘晓晓

【摘要】风电场由于地处偏远、冬季严寒及风速较高等气候特性，风机基础施工属于特殊工况下的大体积混凝土施工，对气候因素、材料选用和施工工艺比一般的大体积混凝土施工更要敏感，若不注意很容易产生温度裂缝。如何应对风电场风机基础温度裂缝已经成为风电行业日益关注的话题。本文结合实践经验，浅谈风电场风机基础混凝土温度裂缝的原因分析及防治措施。

【关键词】风电场；大体积混凝土；温度裂缝；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）在各类新能源中，风力发电作为技术相对成熟、最具大规模商业开发条件、成本相对较低的一种，近年来发展迅速。目前，风电场多位于风资源丰富的山区，地处偏远，海拔一般在1500m～2500m，平均风速均在6m/s以上，昼夜温差大。

（2）风力发电机组基础形式包含有扩展型、梁板式以及灌注桩等。目前被国内绝大多数风电场采用的是圆形扩展基础，少部分采用八角形、矩形等。以圓形扩展基础为例，一般采用两部梯形退台，平面和地面均为圆形布置，下部基础直径为19m左右，上部基础直径为6m左右，内置直径为4m左右的基础环配约40t的钢筋呈笼状布置，基础垫层一般为100mm厚的C15混凝土，基础一般为500m2左右的C35、C40混凝土。混凝土结构实体最小几何尺寸不小于1m，属于大体积混凝土施工（见图1）。

（3）风机基础除了施工冷缝、沁水现象、水泥浆过厚等一般大体积混凝土的质量通病以外，最主要的是混凝土温度裂缝。裂缝不仅影响风机基础结构的耐久性，严重时甚至会影响结构的强度，进而影响风力发电机组的安全稳定运行。尤其风电场所在地域的施工环境恶劣，昼夜温差大，对混凝土进行温度控制比较一般大体积混凝土更为困难。

2. 混凝土产生温度裂缝的原因分析

2.1混凝土产生温度裂缝的直接原因为水泥水化热导致混凝土内外温差过大。水泥在混凝土初凝期间水化热要产生大量的热量，由于大体积砼截面厚度大，水化热聚集在结构内部不易散失，使砼内部的温度越来越高。当砼内部与表面温差过大时，就会产生温度应力。当砼的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便产生温度裂缝。

混凝土的绝热温升：

T（t）=WQCρ（1-e-mt）

式中：T（t）——混凝土龄期为t时的绝热温升（°C）；

W——每m3混凝土的胶凝材料用量（Kg/m3）；

C——混凝土的比热，一般为0.92～1.0（KJ/Kg.°C）；

ρ——混凝土的重力密度，2400～2500（Kg/m3）；

m——与水泥品种、浇筑温度等有头的系数，0.3～0.5（d-1）；

t——混凝土龄期（d）

2.2根据上式中混凝土的绝热温升公式，可以得出影响混凝土温度变化的的主要因素有原材料品种、配合比形式、混凝土施工工艺及养护方案等。具体说明如下：

（1）外界气温变化：

风机基础所属区域夏季气温温和，高温天气很少，因高温条件下混凝土内部不易散热的情况较少。但冬季严寒，极端天气较多，气温骤降等会大大增加混凝土内外层温差。

（2）混凝土运距长：

风电场地处偏远，风机布置较为分散，不论是新建搅拌站还是利用商砼，运输距离一般均大于10Km。容易产生离析现象。

（3）原材料及级配问题：

水泥水化热过高、粗细骨料的含泥量过大、外加剂选用不合理等，混凝土配合比未考虑实际现场的施工环境和施工方法。

（4）混凝土搅拌问题：

夏季搅拌用水温度较高，冬季搅拌用水温度较低，原材温度和搅拌顺序控制不当导致水泥假凝和外加剂失效等。

（5）混凝土浇筑问题：

入模温度较高，未实行薄层分层浇筑，振捣不力，沁水较多且未清理等。

（6）混凝土养护问题：

养护方案单一，仅覆膜盖砂，测温时间选取不当，不能真实反映混凝土内外温差。endprint

3. 措施分析

根据混凝土产生温度裂缝的原因分析，即砼的抗拉强度不足以抵抗该温度应力。那么如何避免温度裂缝的产生也可从两方面入手：一是降低水化热导致的温度应力，二是提高混凝土的抗拉强度。具体措施方案如下：

3.1外界气温变化。

针对风电场的实际情况，混凝土施工尽量选择在气温温和、温差较小的5～9月份进行。如特殊情况需要进行冬季施工时，需要注意的是保证混凝土的出机温度在20℃～35℃之间，灌注温度在在8℃～10℃之间，入模温度控制在5℃。

3.2长距离运输。

（1）严格控制水灰比，避免在長距离长时间运输中加水造成的坍落度损失，进而导致混凝土强度降低。

（2）对于较易发生离析的混凝土品种，在喂料前使用高速旋转模式进行滚筒一分钟，使混凝土前置拌和均匀。避免产生离析现象。

（3）在冬季运输时，罐车外加保温罩，减少运输途中热量损失。

3.3原材料的选用及级配要求：

合理选用原材料和级配，能够起到降低水化热、增加混凝土和易性，节约水泥用量、提高混凝土后期强度的作用。具体做法如下：

（1）水泥：应尽量选用水化热低、凝结时间长的水泥，优先采用中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、大坝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等。同时，由于矿渣水泥的析水性比其他水泥大，容易造成浇筑层表面沁水现象，从而破坏混凝土的粘结力和整体性。所以尽量选用沁水性的矿渣水泥品种。

（2）骨料：根据风电场所在地骨料生产现状，采用粒径大、级配良好的粗骨料，掺和粉煤灰、减水剂等措施，可减少水泥用量，从而减少水泥水化热。

（3）外加剂：宜采用缓凝高效减水剂，由于缓凝高效减水剂具有较高的减水率，在水灰比不变的情况下，可降低水泥用量，最终降低水泥水化热，有利于温升控制。其缓凝作用还有利于避免出现施工冷缝。掺合料宜采用粉煤灰、矿渣粉等。

（4）另外，施工单位在编制混凝土配合比设计委托单时，除了常规性的情况说明以外，也应该明确风电场风机基础混凝土浇筑量、浇筑形式、运输状况、气候条件及施工环境等。设计单位应根据风电场实际情况进行有针对性的级配设计。

3.4混凝土搅拌。

混凝土搅拌除了计量系统、投料顺序和搅拌时间等一般性质量控制以外，针对冬季施工，还需要注意以下几点：

（1）保证粗细骨料不受冻，可为集料仓安装地暖或搭设保温棚，保证骨料能正常使用且温度达到要求。

（2）增设锅炉，为拌合水加热，并给输水管道及储水池包裹保温材料，保证水温达到拌制混凝土的要求。

（3）为减水剂桶覆盖电热毯并包裹保温材料，保证减水剂的温度达到要求。

（4）用棉被式保温材料包裹胶凝材料罐，保证胶凝材料的流畅下料。

3.5混凝土浇筑。

合理选用混凝土浇筑方案，以降低混凝土的块体温升，提高混凝土的极限拉伸强度。具体做法如下：

（1）混凝土浇筑要合理分层分段进行，使混凝土沿高度均匀上升。

（2）混凝土要保证连续供应，间隔时间不应大于混凝土的初凝时间，以免形成冷缝。

（3）混凝土宜采用二次振捣，不仅可以提高混凝土的强度，而且可以增加混凝土的密实度，提高防渗性，消除混凝土由于沉陷产生的裂纹和细缝。

（4）混凝土浇筑时，要及时清除混凝土表面的沁水。严禁混凝土直接向水中浇捣，避免因水浸而产生蜂窝和不密实。

3.6混凝土养护。

养护是控制风机基础混凝土温度裂缝的主要手段，是保证混凝土各项性能指标全面正常增长的关键工序。通过测温的方式实时监测混凝土内外温差的变化情况，从而有针对性的采取降温保湿等养护方法。具体做法如下：

（1混凝土的拆模时间应考虑气温环境的影响，必须有利于强度的正常增长，即拆模时混凝土表面温度、中心温度几外界温度之间的温差不超过20℃。

（2）降温法养护：在混凝土内部预埋水管，在浇筑成型后，通入冷却水，降低混凝土内部最高温度，降低混凝土内外温差，有效地控制因内外温差而引起的结构性开裂。

（3）保温法养护：混凝土浇筑完毕后，及早洒水养护，商品混凝土表面用塑料薄膜覆盖湿润，用棉被覆盖保温。并定时喷浇热水等办法，提高混凝土表面几四周散热面的温度，减少混凝土表面的热扩散，减小混凝土表面的温度梯度，防止产生表面裂缝。同事延长散热时间，充分发挥混凝土的潜力和材料的松弛特性，使混凝土额的平均总温差产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度，防止产生贯穿裂缝。

（4）混凝土测温：测温点的布置应选择温度变化大，容易散热、收环境温度影响大，绝热温升最大和产生收缩拉应力最大的地方，一般设置上、中、下三层。混凝土浇筑前三天，每隔2小时测温一次，以后每6小时测温一次。尤其是夜间内外温差达到最大值时，应适当增加测温密度，以便及时作出反应。

4. 结束语

实践证明，在风电场风机基础的施工中，针对初凝期水化热导致的温度裂缝的防治，应在正确选用原材料、优化配合比设计、改善施工工艺、提高施工质量、做好温度监测及加强基础养护等方面采取有效措施，坚持严谨的施工组织管理，完全可以控制混凝土温度裂缝的发生，使工程质量得到可靠的控制。

参考文献

[1]GB50496-2012_《大体积混凝土工程施工规范》.

[2]沈芳、金飞翔。《浅析混凝土季节施工及应注意的事项》.endprint