摘要：针对海上风电高桩承台混凝土裂缝控制难度大的问题，进行海上混凝土施工温度控制研究。结果表明：通过采用掺入抗裂纤维、合理布置冷却水管和保温、保湿养护等技术措施，基本消除了风电高桩承台混凝土的裂缝；形成了海上风电高桩承台混凝土配合比设计、混凝土内部布设冷却水管、温度控制和现场施工质量控制等裂缝控制成套技术，有效控制了海上风电高桩承台混凝土裂缝。
关键词：海上风电、大体积混凝土、裂纹、温度控制
引言
高桩承台结构是海上风电基础的重要结构形式，海上风电承台大体积混凝土结构具有尺寸大、质量要求高、海上施工、质量控制难度大等特点。同时，海上风电承台混凝土强度等级高，胶凝材料用量大，水化热散热条件差，大量的水化热聚集在混凝土内部，混凝土结构极易因为温度应力产生开裂，给工程造成极大的危害[1]。
承台大体积混凝土浇筑结束后，由于温度升高，混凝土早期各向变形均表现为膨胀变形，混凝土内部应力表现为压应力，表面应力表现为拉应力，承台早期温度应力主要集中于上表面；而温度峰值过后，混凝土处于降温期时，混凝土开始收缩变形，混凝土拉应力逐渐传递到内部，此时混凝土内部应力表现为拉应力，表面应力表现为压应力，混凝土内部拉应力增大。混凝土若出现早期开裂，一般裂缝较浅；而后期开裂则很可能是深层裂缝，危害性很大，如何减少混凝土温度应力，是控制承台质量的关键，海上特殊的施工环境给大体积混凝土裂缝控制带来巨大挑战。[2]
1风机承台基础大体积混凝土施工
某海上风电项目承台基础直径13.5米，混凝土厚度4.5米，属于大体积混凝土。大体积混凝土施工前应根据现场实际、气候条件等情况，编报大体积混凝土温控专项方案，从施工技术准备、混凝土浇筑工艺、现场测温、混凝土养护等方面制定全面技术措施，确保大体积混凝土结构工程质量。
该工程混凝土等级C45，根据现场施工环境及结构特点做好配合比设计，由搅拌船现场供应。
2控制混凝土的出机温度和浇筑温度
当日平均气温在30度以上时，需要控制混凝土的出机温度。降低砂、石的温度，砂、石仓应搭设简易防雨、遮阳棚防曝晒，必要时在拌和用水中加入碎冰（必须溶化）。
控制混凝土的浇筑温度，对混凝土泵送系统采取防晒措施，选择室外气温较低时进行浇筑，完善浇筑工艺，总之加快混凝土各环节的施工速度。确保混凝土入模温度在30℃以下。
3养护措施
在钢套箱组装时，拼缝处粘贴PE胶条，同时在板缝内侧打聚氨酯泡沫胶或玻璃胶密封拼装缝，确保拼缝严密不漏水，确保储存养护蓄水。
每个承台基础配置1台3kW发电机和10米扬程的潜水泵。
基础混凝土厚度达3.7m时，内部因水化热温升很高，内部及表面温差大，因此必须精心养护，严格控制内表温差和每米的温度梯度，才能有效控制混凝土的温度应力。
本工程优先采用表面蓄水深度15cm+内通循环冷却水的方式养护（循环冷却水管布置要求见下图）+钢套箱外侧模板采用岩棉保温。并按计算及测温结果及时调整水深和冷却水流速，将温差控制在25℃内，每1米温度梯度控制在15℃内。
测温采用智能巡检仪对混凝土进行实时测温，当温差接近25℃时启动应急措施。若采用保温保湿养护，在养护期间，随时检查混凝土表面的干湿情况。
4控制大体积混凝土裂缝（纹）措施
4.1在混凝土中掺入抗裂纤维
抗裂纤以聚丙烯为原料，化学性质非常稳定，仅改变混凝土的物理结构而改善混凝土的性能，而本身不会吸收其它物质，同混凝土骨料、外加剂、掺合料和水泥都不会有任何冲突，与混凝土材料有很好的亲和性，0.05%体积掺量，抗裂能力提高即达70%。
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4.2温控设施
在二期混凝土中水平设置2层Φ30×2mm径向间距1.5米阿基米德螺线形的冷却水钢管（即在标高8米和标高9.2米处设置），当混凝土内外温差较大时，从基础中心处通入冷却水降温散热，且管口两端露出混凝土面300mm，并使管内一直处于满水状态，根据测温结果，调节水深和冷却水管道流速。
4.3表面处理
初凝前用铁滚筒碾压2遍，再用木抹子搓平压实，控制表面龟裂。
在混凝土初凝后终凝前进行二次或三次抹面压实，以闭合收水裂缝，控制表面龟裂。
4.4测温监控
混凝土表部温度、薄膜下面温度及养护水温测温采用温度计，内部测温采用智能巡检仪测温，测温片共设置3组（因承台基础是圆台形状），每组埋设深度分别为上表面下0.1m、中部、底板（底模）上0.1m，在浇注前埋设。混凝土浇捣后12小时开始测温，升温阶段每2小时用温度仪测量一次混凝土内温度及大气温度，降温阶段每8小时测一次，做好记录，技术负责人及时审阅，随时控制混凝土内外温差不大于25℃。每米温度梯度不大于15℃。当内外温差或温度梯度接近规范限值时，及时报警并立即采用应急措施，防止混凝土出现温度裂缝。
4.5控温养护
终凝后及时在钢套箱内注入≥15cm的淡水进行蓄水养护（严禁使用海水），确保混凝土水化作用能正常顺利进行，提高混凝土的极限抗拉强度。
大体积混凝土的养护是防止混凝土出现温度裂缝的关键工作，必须高度重视，蓄水法养护、保温保湿蓄热法养护都是大体积混凝土养护最有效的方法。本工程侧面采用在钢套箱外侧敷设30～50mm岩棉保温材料，模板侧面能满足保温养护的要求；若顶面保温效果达不到要求时，可采取加大水深等措施，减小混凝土表面的热损失，控制内外温差和每米温度梯度，延长散热时间，使混凝土的平均总温差所产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度，防止产生温度裂缝。
在混凝土浇筑后的3天左右，由于水泥前期水化热较大，混凝土是处在升温阶段，其期间混凝土弹性模量低、基本处于塑性与弹塑性状态，抗拉强度很低。当水化热温升至峰值后，水化热能耗尽，继续散热温度将下降，随着时间逐渐递延，混凝土弹性模量迅速增加，约束拉应力也随时间增加，在某时刻如超过混凝土抗拉强度便出裂缝，因此控制温升曲线和降温曲线对保证大体积混凝土施工质量尤为关键。若施工期间气温较高，则可适当推迟覆盖时间，因为过早的保温并不利于热量的散发，只会提高混凝土内部的最高温度，增加一期混凝土对二期混凝土的约束力，反而对防止深层裂缝不利。
螺旋形冷却钢管通冷水可有效降低内部温度，但应控制内部温度与进水水温之差不超过25℃，否则也会产生内部裂纹、裂缝，根据测温情况，调节水量即可有效控制内部温度。
根据混凝土测温结果随时调整覆盖厚度，在保证混凝土内外最大温差符合规范要求的前提下，尽量减小蓄水深度。根据混凝土测温信息以及天气气温变化情况及时调整，当天气较好，气温较高时，在白天，可减少蓄水深度。当到晚上，要及时恢复蓄水深度；注意天气预报，当气温骤变时，是养护工作的关键时刻，应迅速采取措施，防止发生温度裂缝。
当混凝土的表面温度与环境最大温差小于20℃时，可结束大体积的养护并开始拆除模板。
5结论
通过采用现场严格的保温、保湿养护等综合技术措施，基本消除了上风电高桩承台混凝土的裂缝，形成了海上风电高桩承台混凝土内部布设冷却水管、和现场施工质量控制等裂缝控制成套技术，有效控制了海上风电高桩承台混凝土裂缝的产生，推广应用前景广阔。
参考文献
[1]邹辉.大体积海上风机基础混凝土水管冷却温度场有限元分析[J].可再生能源，2013,31（5:56-60）.
[2]汪发红，张国志，雷宇芳，等.海洋环境下大体积混凝土温控防裂措施研究[J].公路，2006(9):97-100.
论文作者:时磊
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/3/11
标签：混凝土论文; 测温论文; 温度论文; 裂缝论文; 应力论文; 体积论文; 海上论文; 《基层建设》2019年第29期论文;