风力发电机基础混凝土结构裂缝控制研究.pdf
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1、134风力发电机基础混凝土结构裂缝控制研究姜金平(国华(江苏)风电有限公司,江苏 东台 224200)2023 年第 5 期(总第 226 期)散 装 水 泥Bulk Cement作者简介:姜金平(1983-),男,江苏东台人,本科,工程师,研究方向:项目管理。摘 要:裂缝产生与水泥水化热、外界温度变化、混凝土收缩、沉降、施工、结构设计等因素有关。为从根源上控制裂缝的产生,实践中可从混凝土原材料选用、配合比、混凝土浇筑与养护、工程温度监测等维度来落实。文章以风力发电机混凝土基础工程 A 为案例分析,阐述了大体积混凝土的概念和特点,并围绕 A 工程为中心论述了超大型混凝土结构裂缝产生原因及控制措
2、施。关键词:超大型;混凝土结构;裂缝控制中图分类号:TU375文献标识码:B文章编号:1007-3922(2023)-05-0134-04混凝土(砼)是建筑结构中运用最广泛的材料之一,凭借其优势在不同的工程建设项目中发挥出独特价值。但是,混凝土抗拉能力差、易开裂是工程建设中需要面对的“多发病”。大体积混凝土浇筑会释放水化热,易发生温度变化并收缩,继而造成裂缝;此外,结构设计、施工技术等也可能导致裂缝。裂缝出现后会明显削弱混凝土的刚度和强度,降低耐久性,甚至影响工程项目的安全性。因此,深入分析风力发电机超大型混凝土基础结构裂缝控制,对于践行“碳达峰、碳中和”目标具有重要现实意义和技术参考价值。1
3、 工程概况A 工程为风力发电机基础工程,风机基础承台采用重力式现浇钢筋混凝土基础,圆盘形布置,直径 19.0m,埋深约 3.3m,厚 0.92.1m,圆墩直径 6.8m,高 3.1m。单个基础的混凝土量约480m3、钢筋量约 45.0t。影响 A 工程施工的影响因素有气温温差、降雨量、空气湿度、风速等。该工程项目所处地区为冬寒夏热地区,夏季降雨较多,春秋昼夜温差相对较大。年度每日最大温差值在 26.7,春夏季多风,风大。经气象站资料统计,该地区近 4 年来的极大风速超 2050m/s。工程项目施工难点:基础钢筋含量高、密度大,风机基础环布置难度大,无论混凝土浇筑、模板制作吊装,还是混凝土养护、
4、人员作业范围、工程质量等,都面临较大考验。由于工期紧张,冬季必须施工,因此,施工过程中要考虑满足原材料温度和混凝土的拌和、运输、浇筑、振捣等方面的要求。A 工程具备的施工条件如下:材料与机具设备可经国道、省道和县级道路运输,合同段所处地区有溪沟和河流,河流水量充足,可就近设置集水井取水施工使用,生活用水使用运水车从临近村镇运水至现场;施工区域电力充足,通讯便捷。2 大体积混凝土结构特点大体积混凝土指结构体积较大,能就地浇筑、成型、养护的混凝土。该类混凝土常出现在风力发电项目中的混凝土基础、水利工程混凝土大坝、港口建筑物、高层建筑、大型设备等施工项目中。国内外学术界对于大体积混凝土的定义不同,如
5、美国混凝土学会(ACI)、日本建筑学会标准(JASS5)对其定义有明显差异。我国相关规范中提出:大体积混凝土指基础边长大于 20m、厚度大于 1m、体积大于 400m3的混凝土。工程建设还要明确规定大体积混凝土的最小断面、内外温度、平面尺寸。以平面尺寸的参数为例,尺寸过大,约束作用下的温度力更大。若施工中技术人员对温度的把控不到位,会导致温度应力超出混凝土拉力极限值外开裂,亟需围绕该问题加大重视程度。3 超大型混凝土裂缝产生原因因大体积混凝土结构的截面尺寸相对较大,No.5,2023Serial.No.226135单纯地因外部作用力导致的裂缝概率较小。裂缝的出现往往会给工程项目造成一定影响甚至
6、是危害,如何预防控制一直都是大体积混凝土结构施工中的重要研究课题。超大型混凝土结构裂缝产生的原因,总结如下:(1)水泥水化热影响。水泥水化热会释放热量,A 工程中的混凝土结构体积较大,断面较厚,热量不易散出。混凝土龄期增长下弹性模量提升,会加大对散温收缩的约束,导致出现较大的拉应力,最终导致温度裂缝。(2)外界温度变化。A 工程项目所处地区昼夜温差大,年度的极端天气较多,容易对工程中的大体积混凝土造成影响,产生裂缝。究其原因:温差过大会导致气温迅速下降或上升,出现温度应力,增加开裂的风险。(3)混凝土收缩影响。当混凝土受到外部约束力的作用,会对本身的结构产生应拉力,加大混凝土的开裂。细化该情况
7、,又可分为塑性收缩、干燥收缩、温度收缩等类型,且出现裂缝阶段包括初期、后期,前者与水泥石凝结体积变化有关,后者则与混凝土内水分蒸发的干缩、变形有关。(4)沉降、施工影响。工程项目拆模后的37d 内,混凝土结构很可能出现沉降现象,与混凝土的浇捣有关,加之有钢筋的阻拦作用,均会产生裂缝。施工影响则主要指在工程项目完成后未对混凝土落实全方位的养护,如未及时覆盖混凝土表面,导致其受到外界温湿度、风速的影响,从而导致受到干缩、水分蒸发影响,最终导致裂缝。A 工程项目所处地区风速较大,近 4 年来的极大风速在 2050m/s 之间。(5)结构设计影响。该因素指在进行 A 工程项目设计时,在假定超大型混凝土
8、结构能承受的受力体系数据与实际并不符合,也易加大混凝土结构裂缝。4 超大型混凝土结构裂缝的控制措施4.1 混凝土原材料选用超大型混凝土结构裂缝控制中,关于混凝土原材料的选用是基础所在。以下围绕原材料选用的几个核心内容来分析:(1)水泥。大体积混凝土结构的温度变化,本质上与水泥水化热有密切关联。为此,要通过水泥用量分析如何降低大体积混凝土的温度应力。选择材料时要尽量偏向于水化热参数低的,如大坝水泥、矿渣水泥,且含碱量 0.6%;必要时可结合 A 工程项目实际情况进行水化热参数的测定。(2)粗细骨料。在 A 工程项目的施工中,粗细骨料的运用较广泛。选用该材料时也要注意,如可通过加大粗骨料最大粒径调
9、整砂石颗粒级配等减少水能量,遂能减少水化热。研究证实,将带棱角、有麻面的碎石作为原材料,可提高混凝土的抗拉伸性,可适当运用。选择粗骨料时要分析其级配、膨胀系数,观察表面是否洁净,保障整体的含泥量按质量计算在1%内;选择细骨料时,以中、粗砂为首选,且含泥量按质量计 2%,细度模数 2.62.9,确保级配。(3)拌和水量、水灰比和坍落度。对 A 工程项目而言,所列举出的几项因素都与混凝土的性质变化有关,可能影响其干缩或是发热。其中,以拌和的含水量的变化产生的影响最大。施工中拌和水量调整较少或是降低水灰比、降低坍落度(142cm)都能很大程度地避免混凝土干缩。原材料中还可添加泵送剂,它具有减水、缓凝
10、效果,能改善混凝土拌和物流动性。同时,由于它具有减水效果,还能降低混凝土的水化热,进一步减少产生温度裂缝的风险。(4)外加剂。外加剂能影响混凝土的干缩性,适当添加后可改善结构性能。它又可分为化学外加剂、矿物外加剂等不同类型,在实际选用时要围绕 A 工程项目的实际情况做好试验,确保其品种、类型都与水泥原材料相契合。适当添加外加剂改善混凝土结构的均匀性,同时减少拌和水量,以防混凝土结构发生泌水或收缩变形。此外,可增加粉煤灰提升结构抗渗性,确保其经久耐用。4.2 混凝土配合比超大型混凝土结构裂缝控制中要严格控制混凝土配合比,提前进行严密的计算和试配,确保比例最优化。在该过程中要遵循的原则是:第一,最
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