安徽天翰工程咨询有限责任公司 郭其龙
【摘 要】 本文阐述了风力发电风机基础大体积砼在冬期施工的质量控制方法与要点,以及冬期施工大体积砼产生裂纹原因，强调了事前配合比设计及原材料选用控制、事中砼搅拌、运输及浇筑控制和事后砼保温养护控制等措施；对从事冬期风力发电风机基础大体积砼质量控制具有参考和借鉴作用。
【关键词】 冬期施工 风力发电 风机基础 大体积砼 质量控制
1、 工程概况
风力发电风机基础结构形式一般为埋筒型钢筋砼基础；砼一次浇筑量达400～420立方米, 风机基础砼强度一般设计为C40～C35，且抗冻等级为F200；承台砼施工时都要求按大体积砼组织施工。
根据我公司在吉林长岭平原地区、山东蓬莱徐家集及满洲里丘陵地区在冬期平均气温为零下5度左右从事风力发电基础的施工经验，介绍冬期施工风机基础大体积砼的质量控制方法及要点。
2、冬期大体积砼施工质量控制方法及要点
在进入冬期施工期间，外界气温较低，新浇砼内外温差过大，砼表面易产生裂缝，为防止砼免受冻害影响，对未达到抗冻临界强度的砼采取保温防冻措施。
2.1 冬期大体积砼施工会出现以下质量问题及产生原因
2.1.1砼搅拌过程中，由于骨料有一定的含水率且气温低，骨料往往会被冻住，下不了料斗；
2.1.2一方面由于风机基础砼浇筑地点分散且一般距离砼搅拌地点比较远，砼在运输过程中塌落度的损失，严重影响砼的水灰比，另一方面气温低，故造成泵送砼时往往会出现堵泵管现象；
2.1.3砼浇筑过程中，由于砼配合比设计、原材料选用、水灰比、运输及浇筑方法不当，从而造成砼面会出现冻凝或初凝现象；
2.1.4砼浇筑完，气温低砼面来不及全面找平；
2.1.5砼养护过程中，由于砼外加剂的选用及参量大小、抹面搓平、压光及面层保湿方法不当，从而造成砼面出现泛白及龟纹现象；
2.1.6砼配合比设计、原材料的选用、施工方法及温差的检测和控制不当，造成砼出现裂缝。
2.2 针对冬期大体积砼施工出现以上质量问题所采取的控制及解决方案
2.2.1控制骨料的含水率，并采用热水拌和、加热骨料等提砼原材料温度的措施，以免出现搅拌时骨料受堵现象；
2.2.2确保泵送砼浇筑不受堵及浇筑中不出现初凝现象，采取以下措施：
⑴ 确保砼浇筑连贯性：一方面因为风电场一般建立在丘陵、草原及海边上，故道路宽度及坡度受限，为了避免进场道路不受堵，尽量加宽道路及降低坡度，并增加回车道，保持道路畅通，另一方面根据砼运输道路公里数、单车砼罐车运输时间、泵送能力，确定砼罐车数量及搅拌机能力大小和数量；
⑵ 采用热水拌和、加热骨料等提高砼原材料温度的措施，确保砼入模温度不宜小于5℃；
⑶ 当砼运输过程中出现离析或水分散失现象时，在砼罐车中加入泵送剂进行调整，且搅拌运输车应进行快速搅拌，搅拌时间应不小于120s，运输过程中严禁向拌合物中加水；
⑷ 适当增加砼振捣次数，但确保不漏振、过振现象；
2.2.3由于天气冷，砼早期强度来的慢，造成砼面找平、搓平及压光无法进行，故采取以下措施：
⑴ 在浇筑到最后一层砼里适量加入早强剂及泵送剂，并减小砼水灰比，以提高砼早期强度和砼的和易性；
⑵ 快速浇筑完最后一层砼，并在最后一层砼来不及找平时候，振捣后立即用塑料薄膜进行覆盖，以免砼受冻。
2.2.4砼在养护过程中出现泛白及龟纹现象，所采取的措施：
⑴ 加强最后一层砼的振捣，可采用二次振捣法振捣，以提高砼的密实度，从而提高砼抗拉强度；
⑵ 砼表面在终凝前，适时地用木抹子将表面砼搓毛两遍以上，以防止砼表面收缩裂缝的产生；
⑶ 在最后一层砼里适当增加JK-6型建克聚丙烯纤维材料掺量,以增强砼抗裂性能；
⑷ 砼表面在水化热没有上来且在覆盖保温材料之前，在砼表面喷撒热水后，立即进行保温覆盖，避免由于水化热造成砼内外面出现温差，这样既可以不会出现内部温度上升到表面把砼面顶裂，也不会造成砼表面缺水，而出现泛白现象；
2.2.5由于风机基础砼养护初期产生的内外温差比较大，特别在冬期-5℃以下，砼内外温差很难控制，控制不好会造成裂缝，这种裂缝是由内向外扩展，严重的会产生贯穿裂缝，故冬期风机基础施工重点及难点是如何控制由于水泥水化热产生的温差而造成裂缝。
3、冬期风机基础大体积砼施工温差产生裂缝的原因及其如何控制
3.1 大体积砼施工时，砼因温差产生裂缝原因分析
大体积砼结构，由于体积庞大，砼浇筑后，由于水泥水化热引起浇筑块体内部温度显著升高，同时由于砼表面散热较快，形成较大的内外温差，形成内约束，产生较大的温度应力，达到一定数值时，会在砼表面产生裂缝，这种裂缝多发生在砼浇筑的初期。
当砼冷却时，由于逐渐散热冷却产生收缩，加上砼失水引起的体积收缩变形，再加上砼硬化过程中砼自身的收缩，这两种收缩受到地基为结构边界条件的外约束，会产生很大的收缩应力，如果收缩应力超过当时砼极限抗拉强度，则从约束面开始向上开裂成收缩裂缝，严重时可能产生贯穿裂缝，从而影响砼结构的整体性、耐久性及正常使用。
3.2 大体积砼施工采取有关温控施工技术的必要性及有关温控指标
分析了大体积砼施工易产生裂缝的原因后，施工中对砼裂缝的控制实际上主要已转为对砼温升、里外温差及降温速度的控制。根据GB50496-2009大体积砼温控指标：
砼在浇筑入模温度基础上的最大温升值应≤50℃
砼内外温差(不含砼收缩的当量温度)≤25℃
砼表面温度与其周围环境大气温度之差≤20℃
砼降温速度控制在2.0℃／天之内。
3.3 因温差引起大体积砼裂缝的控制计算
以山东蓬莱徐家集风力发电工程风机基础大体积砼冬期施工为例，计算冬期大体积砼施工裂缝控制；当时施工最低气温达到-5℃，基础直径×厚=Ф18.5*3.0m，砼一次浇筑量为420立方米，采用C40W6F200抗冻砼；砼保温养护假定采用一层塑料薄膜、一层黑纤绵、一层彩条布、二层草袋。
3.3.1 砼温度计算（依据建筑施工手册(第四版)及大体积施工规范（GB50496-2009））
(a) 最大绝热温升
Th＝（mc＋k·F）Q/c·ρ
通过有关数据可取：mc=420 K=0.26 Q=330 c=0.97 ρ=2400 F=85.83
经计算砼最大绝热温升：Th＝（mc＋k·F）Q/c·ρ=63℃
(b) 砼中心计算温度
T1（t）＝Tj＋Th·ξ（t）
通过有关数据可取：Tj =10 Th =63 ξ（12）=0.57
经计算砼中心计算温度：T1（t）＝=T1（12）＝Tj＋Th·ξ（t）=45.9℃
(c) 砼表层覆盖保温材料厚度
砼浇筑体表面保温层厚度的计算
(C.0.1)
取：h=3.0m Tb-Tq=15℃ Tmax-Tb=25 λi=0.14 λ0=2.33 Kb=1.3
可得砼表层覆盖保温材料厚度：
=0.07mm
取δ=70mm
(d) 砼表层（表面下50~100mm处）温度
T2（t）＝Tq＋4·h'（H－h'）[T1（t）－Tq]/H2
砼虚厚度（h'）计算：
h'＝k·λ/β
砼表面模板及保温层的传热系 数（β）计算：
β＝1/[Σλi /δi＋1/βq]
取：δi =0.07m λi =0.17 W/（m·K） βq =23W/（m·K）
K=2/3 λ=2.33[W/（m·K）]
可得：β＝1/[Σδi /λi＋1/βq]=2.2[W/（m2·K）]
h'＝k·λ/β=0.7m
砼计算厚度
H＝h＋2h'
由h'＝0.7m h=3.0m 可得H＝h＋2h'=4.4m
由Tq=-5℃ T1（t）=45.9℃
可得砼表面温度：T2（t）＝Tq＋4·h'（H－h'）[T1（t）－Tq]/H2=25℃
3.3.2 温度理论计算结论
通过上述理论计算， 当砼绝热温升为63℃，且砼养护期达到12天，则砼内部中心温度为45.9℃，砼表面温度为30℃的计算；确定是否满足砼温控指标要求：
⑴ 砼最大温升值为45.9℃≤50℃，砼内外温差为45.3-27.5=17.5℃≤25℃，这两项满足要求
⑵ 砼表面为与外界环境大气温度之差27.5+5=32.5℃＞20℃；故此项不能满足砼表面温度与其周围环境大气温度之差≤20℃要求。
为了确保在冬季平均气温在-5℃左右砼表面温度和外界环境大气温度之差达到小于20℃要求，一方面砼入模温度不小于5℃(现在取6℃)，另一方面延长砼保温养护期21天，经计算通过有关数据可取：Tj =6 Th =63 ξ（3）=0.3
可得砼中心计算温度：T1（t）＝=T1（21）＝Tj＋Th·ξ（t）=24.9℃
由Tq=-5℃ T1（t）=24.9℃ h'＝0.7m h=3.0m H＝h＋2h'=4.4m
可得砼表面温度：T2（t）＝Tq＋4·h'（H－h'）[T1（t）－Tq]/H2=14℃
则砼表面为与外界环境大气温度之差14+5=19℃﹤20℃满足要求
4、冬季风力发电风机基础大体积砼施工质量控制实例
以山东蓬莱徐家集风电场风机基础大体积砼施工质量控制为例，简述确保大体积砼冬期施工质量，要做到事前、事中及事后各个环节的控制。
4.1 砼浇筑之前质量控制
⑴ 砼原材料的选择、配合比设计及降低砼的入模温度控制。
⑵ 如果运送到现场的砼坍落度过小，适合添加随车带的高效减水剂，搅拌均匀后方可继续使用。
⑶ 根据运输路途远近、罐车大小及泵车输送能力确定罐车的数量，且冬期雨雪天气要考虑防滑措施，以保证现场砼浇筑的连续性。
4.2 砼浇筑过程中质量控制
⑴ 砼浇筑采用“斜面薄层分层”施工方法，同时根据砼初凝时间及砼分层浇筑需用量确定砼的供应能力。
⑵ 根据泵送浇筑时自然流淌形成一个坡度的实际情况，在每道浇筑带前后布置三道振捣棒，前道振捣棒布置在底排钢筋处和砼坡脚处，确保下部砼密实，后道振捣棒布置在砼卸料点，解决上部砼的捣实。
⑶ 在砼浇筑过程中，上层砼振捣实应在下层砼初凝前完成，且振捣棒下插5cm。
⑷ 振捣要采取快插慢拔的原则，且振捣棒略微上下抽动，使振捣密实；振捣时间不要过长，一般控制在表面出浮浆且不再下沉为止。
⑸ 在砼浇筑过程中做好防雨雪工作，同时及时排除砼泌水，上浮的泌水和浮浆顺砼面流到坑底，随砼向前推进，由集水坑处抽排以提高砼的表面强度。
⑹ 在砼浇筑过程中，可采用二次振捣法振捣，以提高砼的密实度，从而提高砼抗拉强度。
⑺ 砼排除泌水和浮浆后，表面仍有较厚的水泥浆，在砼浇筑后一定要认真处理，按标高用长刮杆刮平，用木抹子搓压、拍实，在接近终凝前，用木抹子搓毛压光不少于两次，使收缩裂缝闭合，然后覆盖保温材料之前喷洒热水确保砼面湿润，保温材料厚度根据大体积砼表面上部点的温差值而定。
4.3 砼浇筑后质量控制
当气温低于-2℃时，砼内孔隙和毛细管中的水分逐渐冻结，水化作用完全停止；由于水冻结后体积膨胀（增加9%），使砼结构遭到破坏，最终导致砼强度和耐久性能降低；因此在砼浇筑后，为了避免砼早期受冻，必须加强砼养护工作。
4.3.1 加强砼养护措施
经过计算在砼终凝后及时层铺设一层塑料薄膜、一层黑心棉、一层麻袋进行保温保湿与养护，使砼表面不致快速散热，以控制砼内外温差在允许范围25℃以内；并保持砼表面湿润，防止产生表面裂缝及脱水产生干缩裂缝,且水温与砼表面温度不宜相差太大，以防因补充水份使砼表面温度陡降而引起砼内表温差过大。
4.3.2 加强砼浇筑后的温度监测与控制
砼内部温度在浇筑完毕后5天为升温阶段，温度峰值约维持1天左右后开始转为降温阶段，监测次数是每昼夜不少于四次，在监测砼内部温度的同时监测环境温度，记录所测温度数据，绘制各截面温度变化曲线，对温度数据及温度曲线进行分析和预测，以温控指标为标准决定是否采取局部或全部加厚(减薄)保温层的措施，以达到调控砼温差的目的。
4.3.3 砼保温层拆除及基础模板拆除
模板拆除时，待砼强度大于允许受冻临界强度方可拆除，若气温骤降，模板可不拆除，覆盖草帘直接保温；拆除模板时，尽可能选在白天拆除，避免在夜间或气温骤降期间拆除；当砼块体表面温度与天气温度之差小于20℃时，方可拆除保温层，基础侧面模板宜在拆除保温层后进行，如若在此之前进行拆模需在模板拆除的同时恢复保温层。
5、结束语
冬期风机基础大体积砼施工控制要点是把握好砼浇筑前、浇筑中及浇筑后有效的质量控制；吉林长岭、山东蓬莱及满洲里等风电场风机在冬季基础砼施工得到了有效的控制，且经过砼回弹及钻心取样合格，达到设计和有关砼规范要求，满足业主对砼质量严格要求和肯定。
【参 考 文 献】
（1）《大体积砼施工规范》 GB50496-2009
（2）《建筑施工手册》 第四版
（3）《建筑工程冬期施工规程》 JGJ104—97
（4）《钢筋砼施工及验收规范》 GBJ204—83
