高山風電基礎混凝土開裂與防治

劉亮

【摘 要】風資源作為一種新能源，對我國經濟的發展越來越起到不可估量的作用。近年來隨著風力發電的迅速發展，單機容量不斷增大導致其基礎也隨之增大，成為了大體積混凝土，而風電基礎混凝土開裂對結構安全造成的一定的隱患。本文總結了高山風電場大體積混凝土開裂的原因，并針對性的給出了防治措施。

【關鍵詞】高山風電 裂縫 風電基礎

1 引言

本文對風機基礎裂縫成因進行分析，通過對優化設計，施工工藝等方面采取相應的措施，對減少和避免風機基礎大體積混凝土產生裂縫具有一定的參考意義。

2 基礎混凝土開裂原因

2.1 工程概況

云南華電大黑山風電基礎于2013年竣工驗收并交付使用，未見明顯裂縫問題。2014年冬季，此地區遭遇罕見的極端寒冷天氣，風電場地處高山地帶（海拔高度270m），經歷了建成后的第一次冰凍期。此冰凍期對風電場破壞比較大，部分風電基礎混凝土表面出現了明顯的裂縫。到2015年春季，部分風電基礎混凝土表面裂縫縫款1～4mm，沿基礎環向生成，距離基礎邊緣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，風電場建成后經歷第一次寒冬，此地區雨水較多，高山環境氣溫較低，氣候復雜多變。受北方冷空氣的影響，冰凍期長達20多天，溫度在零度以下的冰凍期時間較長，整個山體出現了約20cm厚的凍土層。

2.3 風機基礎混凝土溫度裂縫

風里發電工程中大體積混凝土基礎應用比較廣泛。在施工過程中，大體積混凝土面臨的主要問題是裂縫。產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生大量水化熱，這是大體積混凝土內部熱量的主要來源。混凝土內部溫度升高，在表面產生拉應力。在降溫過程中，混凝土內部出現拉應力內部溫度不斷上升，在表面引起拉應力。后期在降溫過程中，又會在混凝土內部出現拉應力，混凝土表面也會產生很大的拉應力。當拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時，會在混凝土表面產生裂縫。眾所周知，混凝土是一種脆性材料，其抗壓強度遠大于抗拉強度。所以，防止風電基礎混凝土產生裂縫的一項主要措施是做好溫度控制。

2.4 施工原因

由于運輸及澆筑過程的離析現象、原材料不均勻等原因導致混凝土內部抗拉強度是不均勻的，存在著不少抗拉能力低極易出現裂縫的薄弱部位。混凝土時一種脆性材料，抗拉強度是抗壓強度的1/10左右。由于原材料不均勻，水灰比不穩定，及運輸和澆筑過程中的離析現象，在同一混凝土中其抗拉強度又是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，易于出現裂縫的薄弱部位[1]。

大體積混凝土施工模板采用的是大塊鋼模板，導致拆除比較困難。在模板拆除過程中，需要拆模工具，常會產生肉眼不易觀察到的細小裂縫。大體積混凝土的養護要求嚴格。大體積混凝土升溫膨脹，降溫收縮，因尺寸大導致收縮量比較大，在收縮應力大于混凝土抗剪強度時便會出現裂縫。許多混凝土基礎在初期沒有裂縫，但在兩個三月后會出現比較嚴重的裂縫。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，還應當特別注意后期澆水養護，保持混凝土濕潤狀態。條件允許時，在模板拆除后，立即進行回填土處理。

2.5 成因分析

當高山地區氣溫低于零度時，吸水飽和的混凝土出現冰凍，游離的水轉變成冰，體積膨脹，因而混凝土產生膨脹應力；同時混凝土凝膠孔中的過冷水（結冰溫度在零下7度以下）在微觀結構中遷移和重分布引起滲透壓，使混凝土中膨脹力加大，混凝土強度降低，導致裂縫出現。環境溫度低于零度和混凝土吸水飽和是發生凍脹破壞的兩個必要條件。風電基礎混凝土裂縫主要是環境氣溫在零度左右時反復凍融造成的。混凝土凝膠孔中的過冷水產生的膨脹力導致大體積混凝土存在細小裂縫不斷擴大、發展，在基礎邊緣部位形成寬度較大的凍脹裂縫。具體形成過程為：

（1）水滲入細小裂縫；（2）氣溫低于零度時，水結成冰，體積膨大11%；（3）氣溫升高時，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，再次結成冰，體積比第一次膨大1.112倍，此時裂縫開始擴展并向剪力薄弱的部位開始延伸；（5）再次反復，體積較第一次擴大1.114倍，裂縫持續發展；（6）如此反復多次，裂縫越來越寬且深，基礎上部混凝土上翹，下部裂縫貫通，導致剪力薄弱部位表層發生破壞。

2.6 對結構影響

裂縫擴展后，鋼筋保護層厚度減小，增加鋼筋與空間的接觸面積，混凝土的耐久性減弱，導致鋼筋生銹，有效面積減小，承載能力減弱，最終導致風機基礎使用壽命縮短。由于環境等各方面因素的相互作用，導致裂縫數量不斷增加，開裂面積越來越大。所以，應當及時采取補救措施，減小因為裂縫出現而對風機基礎的影響。

3 基礎混凝土開裂防治措施

（1）優化設計，優選原材料，水泥選用低熱礦渣或者中熱的硅酸鹽水泥，沙子選用細度模數較大的粗紗；加入一定量的外加劑改善混凝土的性能；適當提高混凝土標號；風機基礎外露部分混凝土采用抗凍、抗滲措施進行處理。（2）施工時，嚴格控制混凝土澆筑溫度，規范規定大體積混凝土澆筑溫度應≤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，避免出現離析現象；嚴格控制混凝土配合比；對大體積混凝土進行溫度檢測控制；規定合理拆模時間；嚴格控制混凝土養護時間。（3）混凝土開裂措施：將裂縫兩側混凝土進行人工鑿毛后采用C40 高標號混凝土進行填充處理。裸露在外的基礎混凝土采取防凍、防滲措施，覆土50cm厚作為混凝土的二次保護，外露部分可采用防水卷材滿鋪，澆筑150mm厚C40抗凍、防滲鋼筋混凝土作蓋面保護[2]。

4 結語

大體積混凝土出現裂縫是不可避免的，但若不采取必要的補救、保護措施，不僅對風機基礎使用壽命造成不利影響，甚至會危及建筑物的安全。另外，在對南方高山風電進行設計時，需要考慮南方高寒山區這一特殊的氣候條件，施工中要采取必要的措施來預防裂縫的產生。風電公司也需適當加大資金投入，確保風機安全。

參考文獻：

[1]黃朝.風力發電機基礎混凝土施工中的溫度控制[J].水電與新能源，2014（36）：124-125.

[2]王進文，李再新，王金良.高山風電基礎混凝土開裂的原因與處治[J].中外建筑，2012（5）：152-153.