光伏支架基础砼配合比优化探究

2023-12-12中国华电科工集团有限公司北京市100160张鹏远赵卫校

石河子科技 2023年6期

（中国华电科工集团有限公司，北京市，100160）张鹏远赵卫校

2023 年，我国光伏行业继续保持良好发展态势。装机规模快速增长，连续10 年位居全球第一，新增总装机容量连续8 年位居全球第一，今年上半年新增装机达到7 842 万千瓦，累计装机规模超过4.7亿千瓦，成为我国装机规模第二大电源。

在过去的研究中，光伏支架基础砼配合比的设计主要遵循材料力学、结构力学和流体力学等相关学科的理论基础[1-2]。此外，研究人员还考虑了环境因素（如温度、湿度、腐蚀等）对光伏支架基础砼性能的影响。根据文献综述，影响光伏支架基础砼配合比的主要因素包括：骨料类型与级配、水泥品种与用量、水胶比、外加剂种类与用量等。

根据建设经验，光伏支架在光伏电站初始投资成本中占比7%左右，仅次于光伏组件（38%）、建安（16%）、其他设备（13%），近些年国家倡导利用沙漠、戈壁等荒地建设大型光伏地面电站，动辄吉瓦级容量，光伏支架基础的投入是相当大的。

对于光伏项目来说，往往因为其与其他大型桩基对比半径小，桩长短，单桩总体相对不大，往往直接应用固定标号的商品混凝土进行设计与施工，但光伏项目的桩数量很大，总体体量并不小，非常有必要对其配合比进行优化。

1 集料优化控制实例

当粒径小于4.75mm 的岩石碎屑，如砂、卵石、碎卵石、碎石和石屑等细集料的石粉含量或含泥量超出标准配合比要求时，为改善混凝土拌和物的工作性能，可以采取降低砂率或增加减水剂的措施进行调整[3]。若调整减水剂用量在胶凝材料总量的2‰范围内，但仍无法达到其性能要求，则应更换石粉含量和含泥量更低的集料[4]。若粒径大于4.75mm以上的碎石、破碎砾石、筛选砾石和矿渣等粗集料的粒径变化较大，需要进行重新筛分优化。通过间断级配筛分结果形成连续级配，藉此来确定各档粗集料的掺配比率。可通过图1～6所示的试验过程来印证优化。其中粗集料的含水率可以3‰为界，在实际施工过程中通过砂率和水胶比的优化，结合粗细集料和施工用水的调整来确定。

图1 试样1筛分数据

如图1中试验数据对应横轴为筛孔尺寸（单位：mm），试样总质量2 709.24g，筛上总量2 585.84g，0.075mm筛下量为145.20g，其通过率为5.36%；如图2 中试样总质量2 399.09g，筛上总量2 244.19g，0.075mm筛下量为143.35g，其通过率为5.97%。

图2 试样2筛分数据

根据图1、2筛分数据可得图3对应横轴为各标准筛孔尺寸对应的1、2两组平均累计筛余和通过率（单位：mm），非加权简单均值曲线，最终平均值为5.67%。

图3 试样1、2累计筛余与通过率算数平均值曲线

如图4 中试样总质量2 354.25g，筛上总量2 218.7g，水洗0.075mm 筛下量为135.55g，其通过率为5.97%；如图5中试样总质量2 498.13g，筛上总量2 368.41g，水洗0.075mm 筛下量为129.72g，其通过率为5.22%。

图4 试样3筛分数据

图5 试样4筛分数据

图6 试样3、4累计筛余与通过率算数平均值曲线

根据图4、5筛分数据可得图3对应横轴为各标准筛孔尺寸对应的1、2两组平均累计筛余和通过率（单位：mm），非加权简单均值曲线，最终平均值为5.60%。

以本案例中的混凝土为例，减水剂一般低档参数为1.8%～2.2%，用量为5～7kg。减量剂的用量一般为混凝土的1.5～2.0%，大型工程的用量一般为1.0～1.2%。此外，不同种类的减水剂用量也不同。有普通减水剂和高效减水剂之分，用量在1%～2%左右，需在减水剂采购运抵现场后将胶凝材料和减水率的兼容性进行实测，另外还要特别注意施工温度对混凝土凝结时间的间接影响，低温水化热反应相对减缓，凝结时间拉长，反之高温时则其时间缩短，可根据实际需要请采购厂商适当微调减水剂的化学组成并以调整后的实测数据重新调整混凝土配合比，最终实测水泥混凝土的各项力学指标和使用性能。

2 施工期配合比优化常规流程

2.1 施工准备

水泥：用32.5的复合硅酸盐水泥和42.5的普通硅酸盐水泥。砂：用中粗砂，含泥量不大于2%。石子：粒径2～4cm 以及5～31.5mm 碎石。水：用不含杂质的洁净水。混凝土配合比经试验室确定，配合比通知单与现场使用材料相符。

2.2 工艺流程

作业准备→混凝土搅拌→混凝土输送→混凝土浇筑、振捣→混凝土养护。

2.3 施工方法及技术措施

混凝土搅拌，根据测定的砂、石含水率，施工前试配，施工中取试块，调整配合比中砼的用水量。根据搅拌机每盘各种材料用量分别固定好水泥、砂、石各个标量，计量量具必须定期检测、保养维护，以保证能够准确计量。

3 光伏支架基础与大体积混凝土配合比优化区别

光伏支架的基础体积相对小，与大体积混凝土配合比优化的不同主要是体现在水胶比和用水量上。水胶比是指混凝土中水的质量与水泥质量之比，水胶比的大小直接影响到混凝土的强度、和易性以及耐久性，在配合比相同的条件下，水胶比越小，混凝土的强度越高，收缩性越小。大体积混凝土在配合比时，一般水胶比要比小体积混凝土的水胶比低一些，通过减少用水量，降低混凝土的收缩开裂概率。

另外降低水化热也是小体积混凝土配合比优化需要格外注意的。混凝土结构体积小，散热面积相对较大，容易造成混凝土内外温差过大，从而产生温度裂缝。首先选择低水化热的水泥：采用低水化热的水泥，如矿渣水泥、火山灰水泥等，可以减少混凝土的水化热；其次，适当减少水泥用量，增加粉煤灰等掺合料的用量，也可以降低混凝土的水化热。再者，降低水胶比也可以降低水化热，水胶比越小，混凝土的强度越高，收缩性越小。适当降低水胶比，可以减少混凝土的收缩开裂概率；最后，一定要加强混凝土的养护工作，控制混凝土内外温差不超过25℃，及时采取措施防止温度裂缝的产生。