风电大体积混凝土基础裂缝成因与控制措施

风电大体积混凝土基础裂缝成因与控制措施

朱自鹏 ,白相栋

大唐沽源新能源有限公司    河北省张家口市    075000

摘要: 风电工程中涉及大体积混凝土的结构一般都为重要部位或特殊结构，大体积混凝土质量控制有别于普通混凝土，其质量好坏对于整个工程而言至关重要。在大体积混凝土施工中要做好风电大体积混凝土基础裂缝控制，确保大体积混凝土质量满足设计要求对整体工程有着重要的意义，本文对风电大体积混凝土基础裂缝成因与控制措施，希望对于相关行业人员提供参考与借鉴。

关键词：风电；大体积混凝土；基础；裂缝

引言

鉴于风电大体积混凝土所处工程部位及其在工程中所起的重要作用，要求混凝土质量在满足设计要求的同时具有较好的结构稳定性和较高的耐久性。如果大体积混凝土不具备上述质量特性，就会对整体工程留下安全隐患，即使在工程使用过程中隐患逐渐凸显、质量逐渐劣化需要进行维修时，因混凝土部位特殊、功能重要等方面原因，维修起来难度很大，维修效果不佳，或达不到维修想要的结果，最终造成工程使用年限降低或者工程降级使用，对建设方和社会造成很大经济损失。所以，风电大体积混凝土基础裂缝显得尤为重要，施工单位应引起足够的重视。

1 大体积混凝土的主要特征

对于风电工程而言，混凝土结构实体最小尺寸不小于1m，就需要施工单位按大体积混凝土进行施工。混凝土是热的不良导体，大体积混凝土由于水化热热量大、混凝土结构尺寸大，面临内部热量无法及时导出，而混凝土表层温度下降很快，无疑造成混凝土里表（内外）温差过大，过大的温差形成温度差应力，当温差应力大于混凝土极限抗拉应力后，混凝土就会开裂，严重时混凝土甚至会破裂。因此，大体积混凝土施工采用合理的浇筑施工技术，并确保所有施工人员都能全面掌握整个施工流程以及混凝土施工技术，这样才能保证混凝土浇筑的质量且能在规定时间内完成施工。

2风电大体积混凝土基础裂缝成因

大体积混凝土的裂缝控制一直是实际工程中的难点和重点，该类裂缝的主要成因有以下三种：（1）组成混凝土的胶凝物质水泥发生水化热反应，使该类结构、构件内部温度迅速升高，因传热路径较长且材料导热性能差，使得短时间内混凝土内热量无法快速消散，进而导致内外温差过大，体积变形产生温度应力。（2）混凝土温度逐渐降低，大体积混凝土受周边结构构件较大的约束作用，限制其内部的收缩变形，产生拉应力。（3）混凝土自身的材料性能如力学本构关系等客观因素。

3风力发电塔架现浇大体积钢筋混凝土筏板基础受裂缝的影响

如何有效地控制混凝土中裂缝的产生和开展以及如何降低带裂缝混凝土对结构物所带来的力学性能影响，一直是相关学者研究的重点和热点课题。

裂缝是影响钢筋混凝土结构推广应用的关键因素，裂缝对混凝土的力学性能的主要影响如下：（1）若混凝土承重构件出现了开裂，将直接影响到整体结构、构件的承载能力，且当最大裂缝宽度达到限值时，则认为对应的构件甚至结构已失效，不能再继续服役。此类裂缝宽度是评价带裂缝构件和结构承载能力的重要指标之一，能判断结构是否遭到破坏。（2）若是钢筋保护层开裂并向构件内部展开，结构、构件内置的钢筋直接与空气中的氧气和水分接触，使得钢筋溶蚀和锈蚀、结构的耐久性降低，对结构的承载能力和使用性能产生了间接影响。（3）混凝土开裂使得结构不再抗渗，水分将裂缝作为移动路径，使结构的使用性能大大降低。风力发电塔架基础是大体积混凝土结构，内部钢筋布置多且密，裂缝的展开将导致钢筋锈蚀，使钢筋混凝土体系的耐久性降低，从而影响风电基础的使用性能。（4）裂缝的产生对于处于水下或者户外长期潮湿环境中的混凝土结构构件的影响是巨大且持续的。裂缝内会积攒雨水，在地处冻融循环区域的结构，冬天内部水分结冰将发生冻胀，使得裂缝进一步展开，回暖后表层混凝土可能出现大面积脱落，以致内部钢筋直接暴露在外部环境中，加速了钢筋锈蚀，对结构的力学性能产生损害乃至破坏性的影响。

4风电大体积混凝土裂缝的控制措施

4.1材料控制措施

4.1.1选择低热或中热水泥

由于矿物成分和混合物含量不同，水泥的水化热明显不同。目前，矿渣硅酸盐水泥的水化热小于普通水泥的60％，并且其耐腐蚀性优于普通水泥。

4.1.2选择性能较好的骨料

选择热学性能较好、含泥量较少的骨料，并严格控制骨料等级和泥浆含量。对于粗骨料，通常选用连续级配为10~40mm 的碎石，泥浆含量为1％或以下；对于细骨料，通常细度系数为2~3.11，沙子和中型沙子的泥浆含量应不超过3％，同时，沙子中不应有有机杂质。在大体积混凝土浇筑过程中，可以抛入一定数量和标准的碎屑并掩埋，以减少水泥用量，吸收水化热，抑制大体积混凝土开裂。

4.1.3添加剂以减少水泥消耗

在大体积混凝土中混合一定量的混合材料，可以减少水泥消耗，并有效降低大体积混凝土的水化热。目前，通常选用粉煤灰作为散装混凝土的混合材料。粉煤灰不仅可以代替部分水泥，还可以减少水化热产生的高温峰，提高混凝土的强度和密度，减少收缩和变形，并降低混凝土的可加工性。最大含量取决于水泥的类型，通常可以替代10％ ~30％的水泥。用粉煤灰替代30％的水泥，可以将混凝土的隔热温度降低2℃ ~3℃。

4.2 混凝土浇筑

在混凝土正式浇筑时如果气温、原材料温度都超过前期热工计算时预估温度，就要采用必要的原材料降温措施以保证入模不超过计算值，具体措施如：骨料遮阳降温、粗骨料洒水降温，拌和水中加入冰块降温等，对于超厚大体积混凝土（结构最小尺寸不小于5m），温控要求特别严的重大工程尽可能避免在高温季节进行浇筑施工，如果高温季节浇筑施工不可避免除了严格控制混凝土入模温度外还应从浇筑方式、主动降温等方面进行温度控制。制定合理的施工方案，严格按施工方案进行混凝土浇筑、振捣、抹面、养护、测温、控温，通过严格的施工质量控制来保证大体积混凝土质量符合设计要求。

4.3混凝土振捣

在对混凝土进行振捣操作时，施工单位要使用性能良好的振捣棒，采用快插慢拔的方法，快插可避免混凝土的离析，慢拔以保证混凝土填满振捣棒造成的空隙，混凝土分层浇筑时，振捣上层混凝土时应插入下层混凝土约50mm，以消除层间接缝。振捣棒插入点应分布均匀，相邻插入点之间的距离以不大于振捣棒作用半径（30 ～ 40cm）的1.5倍，振捣时应避免振捣棒碰触钢筋、预埋件。振捣时振捣棒可直插，也可斜插，但二者不可混用。振捣的时间应控制在30 秒以内，以混凝土充分填充结构部位，内部气泡不再排出或者排出量很少为振捣密实标准，严禁过振。良好的振捣保证混凝土施工整体的质量，避免因混凝土内部不密实而造成混凝土质量缺陷。目前，高频率的振捣器在混凝土振捣施工工作中得到了广泛的应用，能够将大体积混凝土的振捣时间严格控制在20 秒以下，只有确保混土表面不产生气泡，才算完成了整个振捣施工工作。

结束语

良好的混凝土结构不仅能确保建筑物的稳定，而且能大大降低因地质灾害带来的人员伤亡和财产损失。大体积混凝土已广泛应用于建筑工程，要根据工程结构的具体情况科学选用大体积混凝土的原料，加强施工控制，为类似工程提供参考。

参考文献：

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