高山风电基础混凝土开裂与防治

刘亮

【摘 要】风资源作为一种新能源，对我国经济的发展越来越起到不可估量的作用。近年来随着风力发电的迅速发展，单机容量不断增大导致其基础也随之增大，成为了大体积混凝土，而风电基础混凝土开裂对结构安全造成的一定的隐患。本文总结了高山风电场大体积混凝土开裂的原因，并针对性的给出了防治措施。

【关键词】高山风电 裂缝 风电基础

1 引言

本文对风机基础裂缝成因进行分析，通过对优化设计，施工工艺等方面采取相应的措施，对减少和避免风机基础大体积混凝土产生裂缝具有一定的参考意义。

2 基础混凝土开裂原因

2.1 工程概况

云南华电大黑山风电基础于2013年竣工验收并交付使用，未见明显裂缝问题。2014年冬季，此地区遭遇罕见的极端寒冷天气，风电场地处高山地带（海拔高度270m），经历了建成后的第一次冰冻期。此冰冻期对风电场破坏比较大，部分风电基础混凝土表面出现了明显的裂缝。到2015年春季，部分风电基础混凝土表面裂缝缝款1～4mm，沿基础环向生成，距离基础边缘50～150mm不等，深度距离表层约50mm。

2.2 天气原因

2014年冬季至2015年春季，风电场建成后经历第一次寒冬，此地区雨水较多，高山环境气温较低，气候复杂多变。受北方冷空气的影响，冰冻期长达20多天，温度在零度以下的冰冻期时间较长，整个山体出现了约20cm厚的冻土层。

2.3 风机基础混凝土温度裂缝

风里发电工程中大体积混凝土基础应用比较广泛。在施工过程中，大体积混凝土面临的主要问题是裂缝。产生裂缝的原因有很多种，温度变化是其中之一。水泥在混凝土在硬化期间产生大量水化热，这是大体积混凝土内部热量的主要来源。混凝土内部温度升高，在表面产生拉应力。在降温过程中，混凝土内部出现拉应力内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，又会在混凝土内部出现拉应力，混凝土表面也会产生很大的拉应力。当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，会在混凝土表面产生裂缝。众所周知，混凝土是一种脆性材料，其抗压强度远大于抗拉强度。所以，防止风电基础混凝土产生裂缝的一项主要措施是做好温度控制。

2.4 施工原因

由于运输及浇筑过程的离析现象、原材料不均匀等原因导致混凝土内部抗拉强度是不均匀的，存在着不少抗拉能力低极易出现裂缝的薄弱部位。混凝土时一种脆性材料，抗拉强度是抗压强度的1/10左右。由于原材料不均匀，水灰比不稳定，及运输和浇筑过程中的离析现象，在同一混凝土中其抗拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能力很低，易于出现裂缝的薄弱部位[1]。

大体积混凝土施工模板采用的是大块钢模板，导致拆除比较困难。在模板拆除过程中，需要拆模工具，常会产生肉眼不易观察到的细小裂缝。大体积混凝土的养护要求严格。大体积混凝土升温膨胀，降温收缩，因尺寸大导致收缩量比较大，在收缩应力大于混凝土抗剪强度时便会出现裂缝。许多混凝土基础在初期没有裂缝，但在两个三月后会出现比较严重的裂缝。大体积混凝土还受到外部条件的制约，除了采取一些措施缓解之外，还应当特别注意后期浇水养护，保持混凝土湿润状态。条件允许时，在模板拆除后，立即进行回填土处理。

2.5 成因分析

当高山地区气温低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积膨胀，因而混凝土产生膨胀应力；同时混凝土凝胶孔中的过冷水（结冰温度在零下7度以下）在微观结构中迁移和重分布引起渗透压，使混凝土中膨胀力加大，混凝土强度降低，导致裂缝出现。环境温度低于零度和混凝土吸水饱和是发生冻胀破坏的两个必要条件。风电基础混凝土裂缝主要是环境气温在零度左右时反复冻融造成的。混凝土凝胶孔中的过冷水产生的膨胀力导致大体积混凝土存在细小裂缝不断扩大、发展，在基础边缘部位形成宽度较大的冻胀裂缝。具体形成过程为：

（1）水渗入细小裂缝；（2）气温低于零度时，水结成冰，体积膨大11%；（3）气温升高时，冰融化成水，水再次渗入，水量较第一次多11%；（4）水在气温较低时，再次结成冰，体积比第一次膨大1.112倍，此时裂缝开始扩展并向剪力薄弱的部位开始延伸；（5）再次反复，体积较第一次扩大1.114倍，裂缝持续发展；（6）如此反复多次，裂缝越来越宽且深，基础上部混凝土上翘，下部裂缝贯通，导致剪力薄弱部位表层发生破坏。

2.6 对结构影响

裂缝扩展后，钢筋保护层厚度减小，增加钢筋与空间的接触面积，混凝土的耐久性减弱，导致钢筋生锈，有效面积减小，承载能力减弱，最终导致风机基础使用寿命缩短。由于环境等各方面因素的相互作用，导致裂缝数量不断增加，开裂面积越来越大。所以，应当及时采取补救措施，减小因为裂缝出现而对风机基础的影响。

3 基础混凝土开裂防治措施

（1）优化设计，优选原材料，水泥选用低热矿渣或者中热的硅酸盐水泥，沙子选用细度模数较大的粗纱；加入一定量的外加剂改善混凝土的性能；适当提高混凝土标号；风机基础外露部分混凝土采用抗冻、抗渗措施进行处理。（2）施工时，严格控制混凝土浇筑温度，规范规定大体积混凝土浇筑温度应≤25度；采用分层浇筑，每层浇筑厚度≤30cm，以加快热量散失；振捣均匀密实，避免出现离析现象；严格控制混凝土配合比；对大体积混凝土进行温度检测控制；规定合理拆模时间；严格控制混凝土养护时间。（3）混凝土开裂措施：将裂缝两侧混凝土进行人工凿毛后采用C40 高标号混凝土进行填充处理。裸露在外的基础混凝土采取防冻、防渗措施，覆土50cm厚作为混凝土的二次保护，外露部分可采用防水卷材满铺，浇筑150mm厚C40抗冻、防渗钢筋混凝土作盖面保护[2]。

4 结语

大体积混凝土出现裂缝是不可避免的，但若不采取必要的补救、保护措施，不仅对风机基础使用寿命造成不利影响，甚至会危及建筑物的安全。另外，在对南方高山风电进行设计时，需要考虑南方高寒山区这一特殊的气候条件，施工中要采取必要的措施来预防裂缝的产生。风电公司也需适当加大资金投入，确保风机安全。

参考文献：

[1]黄朝.风力发电机基础混凝土施工中的温度控制[J].水电与新能源，2014（36）：124-125.

[2]王进文，李再新，王金良.高山风电基础混凝土开裂的原因与处治[J].中外建筑，2012（5）：152-153.