高山風(fēng)電基礎(chǔ)混凝土開(kāi)裂與防治

劉亮

【摘 要】風(fēng)資源作為一種新能源，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展越來(lái)越起到不可估量的作用。近年來(lái)隨著風(fēng)力發(fā)電的迅速發(fā)展，單機(jī)容量不斷增大導(dǎo)致其基礎(chǔ)也隨之增大，成為了大體積混凝土，而風(fēng)電基礎(chǔ)混凝土開(kāi)裂對(duì)結(jié)構(gòu)安全造成的一定的隱患。本文總結(jié)了高山風(fēng)電場(chǎng)大體積混凝土開(kāi)裂的原因，并針對(duì)性的給出了防治措施。

【關(guān)鍵詞】高山風(fēng)電 裂縫 風(fēng)電基礎(chǔ)

1 引言

本文對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)裂縫成因進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)，施工工藝等方面采取相應(yīng)的措施，對(duì)減少和避免風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)大體積混凝土產(chǎn)生裂縫具有一定的參考意義。

2 基礎(chǔ)混凝土開(kāi)裂原因

2.1 工程概況

云南華電大黑山風(fēng)電基礎(chǔ)于2013年竣工驗(yàn)收并交付使用，未見(jiàn)明顯裂縫問(wèn)題。2014年冬季，此地區(qū)遭遇罕見(jiàn)的極端寒冷天氣，風(fēng)電場(chǎng)地處高山地帶（海拔高度270m），經(jīng)歷了建成后的第一次冰凍期。此冰凍期對(duì)風(fēng)電場(chǎng)破壞比較大，部分風(fēng)電基礎(chǔ)混凝土表面出現(xiàn)了明顯的裂縫。到2015年春季，部分風(fēng)電基礎(chǔ)混凝土表面裂縫縫款1～4mm，沿基礎(chǔ)環(huán)向生成，距離基礎(chǔ)邊緣50～150mm不等，深度距離表層約50mm。

2.2 天氣原因

2014年冬季至2015年春季，風(fēng)電場(chǎng)建成后經(jīng)歷第一次寒冬，此地區(qū)雨水較多，高山環(huán)境氣溫較低，氣候復(fù)雜多變。受北方冷空氣的影響，冰凍期長(zhǎng)達(dá)20多天，溫度在零度以下的冰凍期時(shí)間較長(zhǎng)，整個(gè)山體出現(xiàn)了約20cm厚的凍土層。

2.3 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土溫度裂縫

風(fēng)里發(fā)電工程中大體積混凝土基礎(chǔ)應(yīng)用比較廣泛。在施工過(guò)程中，大體積混凝土面臨的主要問(wèn)題是裂縫。產(chǎn)生裂縫的原因有很多種，溫度變化是其中之一。水泥在混凝土在硬化期間產(chǎn)生大量水化熱，這是大體積混凝土內(nèi)部熱量的主要來(lái)源。混凝土內(nèi)部溫度升高，在表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。在降溫過(guò)程中，混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過(guò)程中，又會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力，混凝土表面也會(huì)產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，會(huì)在混凝土表面產(chǎn)生裂縫。眾所周知，混凝土是一種脆性材料，其抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度。所以，防止風(fēng)電基礎(chǔ)混凝土產(chǎn)生裂縫的一項(xiàng)主要措施是做好溫度控制。

2.4 施工原因

由于運(yùn)輸及澆筑過(guò)程的離析現(xiàn)象、原材料不均勻等原因?qū)е禄炷羶?nèi)部抗拉強(qiáng)度是不均勻的，存在著不少抗拉能力低極易出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。混凝土?xí)r一種脆性材料，抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的1/10左右。由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，及運(yùn)輸和澆筑過(guò)程中的離析現(xiàn)象，在同一混凝土中其抗拉強(qiáng)度又是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位[1]。

大體積混凝土施工模板采用的是大塊鋼模板，導(dǎo)致拆除比較困難。在模板拆除過(guò)程中，需要拆模工具，常會(huì)產(chǎn)生肉眼不易觀察到的細(xì)小裂縫。大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)要求嚴(yán)格。大體積混凝土升溫膨脹，降溫收縮，因尺寸大導(dǎo)致收縮量比較大，在收縮應(yīng)力大于混凝土抗剪強(qiáng)度時(shí)便會(huì)出現(xiàn)裂縫。許多混凝土基礎(chǔ)在初期沒(méi)有裂縫，但在兩個(gè)三月后會(huì)出現(xiàn)比較嚴(yán)重的裂縫。大體積混凝土還受到外部條件的制約，除了采取一些措施緩解之外，還應(yīng)當(dāng)特別注意后期澆水養(yǎng)護(hù)，保持混凝土濕潤(rùn)狀態(tài)。條件允許時(shí)，在模板拆除后，立即進(jìn)行回填土處理。

2.5 成因分析

當(dāng)高山地區(qū)氣溫低于零度時(shí)，吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍，游離的水轉(zhuǎn)變成冰，體積膨脹，因而混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力；同時(shí)混凝土凝膠孔中的過(guò)冷水（結(jié)冰溫度在零下7度以下）在微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分布引起滲透壓，使混凝土中膨脹力加大，混凝土強(qiáng)度降低，導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。環(huán)境溫度低于零度和混凝土吸水飽和是發(fā)生凍脹破壞的兩個(gè)必要條件。風(fēng)電基礎(chǔ)混凝土裂縫主要是環(huán)境氣溫在零度左右時(shí)反復(fù)凍融造成的。混凝土凝膠孔中的過(guò)冷水產(chǎn)生的膨脹力導(dǎo)致大體積混凝土存在細(xì)小裂縫不斷擴(kuò)大、發(fā)展，在基礎(chǔ)邊緣部位形成寬度較大的凍脹裂縫。具體形成過(guò)程為：

（1）水滲入細(xì)小裂縫；（2）氣溫低于零度時(shí)，水結(jié)成冰，體積膨大11%；（3）氣溫升高時(shí)，冰融化成水，水再次滲入，水量較第一次多11%；（4）水在氣溫較低時(shí)，再次結(jié)成冰，體積比第一次膨大1.112倍，此時(shí)裂縫開(kāi)始擴(kuò)展并向剪力薄弱的部位開(kāi)始延伸；（5）再次反復(fù)，體積較第一次擴(kuò)大1.114倍，裂縫持續(xù)發(fā)展；（6）如此反復(fù)多次，裂縫越來(lái)越寬且深，基礎(chǔ)上部混凝土上翹，下部裂縫貫通，導(dǎo)致剪力薄弱部位表層發(fā)生破壞。

2.6 對(duì)結(jié)構(gòu)影響

裂縫擴(kuò)展后，鋼筋保護(hù)層厚度減小，增加鋼筋與空間的接觸面積，混凝土的耐久性減弱，導(dǎo)致鋼筋生銹，有效面積減小，承載能力減弱，最終導(dǎo)致風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)使用壽命縮短。由于環(huán)境等各方面因素的相互作用，導(dǎo)致裂縫數(shù)量不斷增加，開(kāi)裂面積越來(lái)越大。所以，應(yīng)當(dāng)及時(shí)采取補(bǔ)救措施，減小因?yàn)榱芽p出現(xiàn)而對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的影響。

3 基礎(chǔ)混凝土開(kāi)裂防治措施

（1）優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)選原材料，水泥選用低熱礦渣或者中熱的硅酸鹽水泥，沙子選用細(xì)度模數(shù)較大的粗紗；加入一定量的外加劑改善混凝土的性能；適當(dāng)提高混凝土標(biāo)號(hào)；風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)外露部分混凝土采用抗凍、抗?jié)B措施進(jìn)行處理。（2）施工時(shí)，嚴(yán)格控制混凝土澆筑溫度，規(guī)范規(guī)定大體積混凝土澆筑溫度應(yīng)≤25度；采用分層澆筑，每層澆筑厚度≤30cm，以加快熱量散失；振搗均勻密實(shí)，避免出現(xiàn)離析現(xiàn)象；嚴(yán)格控制混凝土配合比；對(duì)大體積混凝土進(jìn)行溫度檢測(cè)控制；規(guī)定合理拆模時(shí)間；嚴(yán)格控制混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間。（3）混凝土開(kāi)裂措施：將裂縫兩側(cè)混凝土進(jìn)行人工鑿毛后采用C40 高標(biāo)號(hào)混凝土進(jìn)行填充處理。裸露在外的基礎(chǔ)混凝土采取防凍、防滲措施，覆土50cm厚作為混凝土的二次保護(hù)，外露部分可采用防水卷材滿(mǎn)鋪，澆筑150mm厚C40抗凍、防滲鋼筋混凝土作蓋面保護(hù)[2]。

4 結(jié)語(yǔ)

大體積混凝土出現(xiàn)裂縫是不可避免的，但若不采取必要的補(bǔ)救、保護(hù)措施，不僅對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)使用壽命造成不利影響，甚至?xí)＜敖ㄖ锏陌踩?。另外，在?duì)南方高山風(fēng)電進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮南方高寒山區(qū)這一特殊的氣候條件，施工中要采取必要的措施來(lái)預(yù)防裂縫的產(chǎn)生。風(fēng)電公司也需適當(dāng)加大資金投入，確保風(fēng)機(jī)安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃朝.風(fēng)力發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)混凝土施工中的溫度控制[J].水電與新能源，2014（36）：124-125.

[2]王進(jìn)文，李再新，王金良.高山風(fēng)電基礎(chǔ)混凝土開(kāi)裂的原因與處治[J].中外建筑，2012（5）：152-153.