圆台式钢筋混凝土基础承台温度控制与配合比研究

李 斌 杜建胜 温 宇 赵志涛

（中国安能集团第一工程局有限公司，广西 南宁 530028）

0 引言

1 工程概况

龙源陈平风电项目位于广西省南宁市宾阳县陈平乡南部山区，总共需要安装16 台风机。风电项目风机基础底部直径为21m，顶部直径为6.6m，垫层厚为0.1m。采用的是2 个圆形组合而成的圆台式风机基础，基础顶高4.7m。浇筑该大型结构物需要多方措施的配合实施。为了进行对基础承台的温度控制和配合比的研究，需要细致分析混凝土材料的绝热温升问题。

2 温度控制措施

2.1 模拟绝热温升试验

在实际浇筑过程中，很难精准把控圆台式钢筋混凝土基础承台的温度。因此需要通过同条件下的试件模拟试验来验证实际中混凝土浇筑过后其内部温度升高的变化趋势[2]。现场混凝土浇筑所取得的同条件试块如图1 所示。该试验采用的是一个尺寸为800mm×600mm×100mm 的平板型试件。

图1 圆台式混凝土浇筑试块

该温升试验的目的是研究在不同干燥状态下混凝土所受的开裂影响，采用4 种干燥养护条件，即覆膜密封养护0d、1d、2d 和3d，观察其后的表现情况。具体试验方法如下：通过设置热电偶与保温泡沫箱，取得较好的保温效果。将热电偶一端用于测试混凝土温度，另一端与数据采集装置连接，对混凝土试件的中心温度、边缘温度进行细致采集[3]。

温升试验将通过温升试验仪来确定采集办法。该仪器需要符合混凝土热物理参数测定仪的相关规定，仪器主要情况由2 个部分组成，分别是绝热养护箱和控制记录仪，温度控制记录仪的测量范围在0℃～100℃，分刻度值是0.5℃。对圆台式混凝土试块的浇筑按照《水工混凝土试验规程》（DL/T5150—2001）进行即可，对现场施工的混凝土试块温升试验进行分析的主要依据是指数型模型和双曲指数型模型，具体如公式（1）、公式（2）所示。

式中：θ（τ）为圆台式混凝土的绝热温升变量；θ0为圆台式混凝土的最终绝热温升变量；τ为其养护时间的自变量；m为一控制常数。

为了更为准确地利用上述2 个模型，该文将实测数据带入模型公式，进而得到后续第2.2 节的绝热温升试验曲线，以便于进行直观分析。

2.2 温升数据分析

试块选取6 种配合比，以测试不同配合比下的温度变化情况。详细配比见表1。其中选取混凝土的标号为C30，掺入不同数量的粉煤灰以区分混凝土的不同配合比，并对不同的配合比组别下的温升数据进行代号区分。当粉煤灰掺量为30%、35%、40%和50%时，用YC30、YC35、YC40和YC50 表示；同时加入掺量为20%、25%的矿渣，用代号YC3020、YC3025 表示。通过这6 种不同方式制成混凝土配合比后，利用第2.1 节中的公式（1）、公式（2），用最小二乘法原理对试验数据做数据拟合，求出有关参数和拟合公式。该文对某大坝所采用的几种碾轧、常态混凝土在龄期内进行绝热温升试验，获得混凝土绝热温升数据，分别使用公式（1）、公式（2）对所有数据进行数学拟和，分析2 种表达式的拟和优劣，得出最佳拟和数学模型，并对其进行分析。

地矿信用体系主要包括信用监督管理制度、信用等级评价标准、信用信息系统三个部分。据统计，自2014年实施以来，原浙江省国土资源厅已公开发布了2015年、2016年、2017年三个年度的采矿权人信用等级名单，其中C级共73个（次）、D级共17个（次）；公开发布了2016年和2017年探矿权人信用等级名单，其中C级共11个（次）；公开发布了2017年度地矿中介服务机构信用等级名单，其中C级11家、D级16家；公开发布了2017年度全省地矿专家人员信用考核结果，其中10位评审类专家被公开移出省地矿专家库。通过地矿信用监管，各类从业主体诚信意识、自律意识明显增强，地矿市场秩序更加规范，成效初步显现。

表1 温升试块混凝土配合比（kg/m3）

通过前述模拟绝热温升的试验方法进行数据采集，并合并拉出曲线进行分析，得到的最终曲线如图2 所示。

图2 圆台式混凝土试块绝热模拟试验曲线

图2 中对6 种配合比下的混凝土温升进行了整理，可以发现所有情况趋势均类似，从起始温度27℃开始缓慢上升，维持在30℃后，又开始出现短暂的下降，而后迅速攀升到峰值温度，从第3d 左右开始出现连续下降的趋势，从第7d 左右开始呈现缓慢下降的趋势。最终所有6 种配合比下的圆台式混凝土的材料温度保持在17℃～20℃附近。从绝热温升模拟试验可以得出：圆台式混凝土的温控主要把握中后程，在龄期3d 左右会达到峰值，如果不进行妥当处理，将会对结构件造成破坏。

2.3 温控措施

从施工角度来看，在圆台式混凝土温控过程中主要应做好切片[4]，分区域及时进行放热，有足够的热交换就能够进行准确的温度控制，保持温度的一致性，也就不会产生较大的混凝土开裂问题。常规的温控措施非常多，该文采取的主要措施是对配合比进行优化并对混凝土结构的浇筑进行细分，以达到温度控制的目的，并且依次配置不同的配合比混凝土以进行施工[5]。实践证明，该模式能够最大限度地处理好圆盘式混凝土基础承台浇筑的一系列问题。

3 配合比研究

3.1 主要技术指标

圆台式钢筋混凝土基础承台的浇筑涉及在圆形的边界范围内进行混凝土的浇筑施工。由于几何尺寸和常规的结构形状有所不同，因此更需要在混凝土自身的配合比问题上进行研究，以适应风电基础的耐久性要求。

为了透彻地分析圆台式重力钢筋混凝土基础承台的耐久性问题，需要重点考虑单位用水量、砂率、水灰比这3 个关键性指标[6]。其中单位用水量将主要影响圆台式混凝土的流动性，砂率将影响结构的聚合性和一定的保水性能，而水灰比是影响圆台式重力混凝土承台的耐久性和稳定性的控制指标。

3.1.1 水灰比影响

对混凝土的配合比进行研究，需要首要考虑的是水灰比的影响[7]。水灰比的配置方案直接决定了圆台式混凝土基础承台的浇筑效果和整体质量。通常标号为C60 的混凝土，即除了高强混凝土以外的普通混凝土的水灰比的计算应如公式（3）所示。

式中：W为用水量；C为水泥用量；αa、αb为回归系数，根据不同集料采取不同的回归系数，最大取为1；fce为28d水泥抗压强度实测值，单位为MPa；fcu，o为水泥极限强度标准值，单位为MPa。

公式（3）能够定性地分析出水泥和水的掺加比例，对圆台式混凝土而言，应当将水泥与水的比例保持在0.25 以下较为合适。

3.1.2 砂率影响

砂率是指整个混凝土集料中砂子的含量占比。显然，砂子在集料中的占比应该保持在一定的范围内，砂率选取方法主要包括如下方面：1）砂率与水灰比的关系成正比，一般设置为1 ∶0.3 为宜。2）碎石用量应显著多于卵石，二者相差应当为0.02 左右。3）当配比中粗集料的粒径成4mm 的等差数列依次递增时，相应地，砂率也应按照公差为0.02 左右向下递减。

3.1.3 结构单位用水量影响

圆台式混凝土承台基础的结构单位用水量需要通过现场试验来确定。其基础定在90mm 的坍落度上，每增加20mm 的坍落度，单位用水量就需要增加5kg[8]。考虑外加剂时需要进行有关计算，如公式（4）所示。

根据该结果，将圆台式混凝土承台基础分为素混凝土材料和钢筋混凝土材料2 个大类，并考虑几种常见施工工况下的水灰比用量控制，总结得出的控制参数见表2。

表2 圆台混凝土最大水灰比控制参数表

根据表2 的数据，可以试验在水灰比一定的情况下，通过变换用水量来进行圆台式混凝土的配合比优化研究。并在此基础上进行有关操作，对提高结构物的整体性能和耐久性能起到明显的促进作用，且效果显著。

假设浇筑混凝土的标号为C30，初始坍落度控制在160mm±20mm，可以配置出6 种满足要求的如表3 所示用水量的结构混凝土。

表3 单位用水量优化圆台式混凝土浇筑配合比配置表

3.2 优化方法研究

对混凝土的施工，其结构部位、环境、原材料、工艺等因素并非独立，而是相互作用的有机整体。为了能够达到真正的优化效果，配合比的调整应当是分块、分区采用不同的配合比。根据大体积的圆台式混凝土基础承台的浇筑策略，拟通过多项分类的方法进行浇筑施工，对同一部位的不同层次也要采用不同配比的混凝土材料施工，才能确保结构整体性能得到提升。

基于上述逻辑，通过测算并根据混凝土材料的温度传导特性将现场实际浇筑施工分成3 个区（A 区、B 区和C区）共14 个小区的浇筑工区。这些区域对应了不同的配合比，能够较好地适应浇筑时间、浇筑环境条件等，可大幅提升混凝土质量，不会发生开裂变形。其优化方法是按照图3 所示依次进行浇筑，由下到上首先进行C 区施工，沿圆台式混凝土基础承台径向交叉分为4 个区域即C Ⅰ、C Ⅱ、C Ⅲ和C Ⅳ区依次浇筑，然后向上开始B 区浇筑。为保证材料一致性和几何一致性，先行浇筑最里圈的工区，并按照径向平切为2 个部分，即B Ⅰ区、B Ⅱ区，浇筑外圈两侧的工区B Ⅲ和B Ⅳ区，再浇筑基础承台顶部工区。为了保证整体性和耐久性，沿着与B 区里圈径向平切相垂直的径向方向平切为2 个部分，即A Ⅰ区、A Ⅱ区，浇筑外圈两侧的工区，再平切为2 个部分，即A Ⅲ区、A Ⅳ区和A Ⅴ区、A Ⅵ区，最终完成所有圆台式钢筋混凝土基础承台的浇筑工作。其不同区域对应的优化配合比详见表4。

表4 按区域优化后的混凝土配合比设置对应表

图3 圆台式钢筋混凝土基础承台不同配合比分区浇筑示意图

综上所述，该文所述浇筑分区及对应的分块混凝土配合比能够最大限度地进行承台混凝土温度控制和防裂缝控制，并能取得较好效果。

4 结论

圆台式风电基础承台的浇筑作业涉及温度控制和配合比的优化问题且在几何尺寸较大的基础中更为关键。该文从温控措施开始，对温升试验和混凝土配合比问题进行了较为深入的研究，得出以下结论：1）该文进行了模拟现场同条件的混凝土绝热温升模拟试验，选择出6 种配合比的混凝土，结果发现混凝土温度变化在3d 左右达到峰值，其后开始持续下降，最终稳定在17℃左右。2）该文建议温控措施的最优方法是将温度控制、混凝土配合比及分块分区作业结合起来，通过在不同工区设置不同配合比的混凝土料，最大限度地提升圆台式基础承台的整体质量。