張 威

北京市豐臺華電產(chǎn)業(yè)園華電重工股份有限公司 北京 100160

1 項(xiàng)目基本概況

本工程位于唐山市京唐港與曹妃甸港之間海域，擬安裝75 臺西門子SWT- 4.0- 130 型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，以12回35kV 海纜匯流后接至新建220kV 海上升壓站，經(jīng)兩臺容量為160MVA 分裂繞組變壓器升壓至220kV。再經(jīng)220kV 海底電纜敷設(shè)登陸，以220kV 架空線路型式π 接至大清河風(fēng)電場陸上升壓站（陸上集控中心）220kV 母線，匯集后以1 回220kV 架空線路接入國網(wǎng)冀北電力有限公司220kV 風(fēng)電匯集站。其中，擬采用大體積混凝土澆筑承臺基礎(chǔ)型式36 臺。

2 本項(xiàng)目采用了自動化監(jiān)測設(shè)備

該自動監(jiān)測設(shè)備由濟(jì)南環(huán)宇通科技有限公司研發(fā)，根據(jù)大體積混凝土的特點(diǎn)，專門設(shè)計(jì)的智能監(jiān)測系統(tǒng)通過GPRS 將數(shù)據(jù)上傳到云端，實(shí)現(xiàn)對溫度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測。溫度傳感器主要技術(shù)性能：測溫范圍，- 50～150℃；工作誤差，±0.5r；分辨率，0.1r；平均靈敏度，- 2.1mV/ C。溫度監(jiān)測儀主要技術(shù)參數(shù)：額定工作條件：環(huán)境溫度，- 20～60℃；相對濕度，＜80%；電源電壓應(yīng)為50Hz 工業(yè)交流或12V 穩(wěn)壓直流。

3 混凝土入模和澆筑溫度的控制

在混凝土入模和澆筑施工過程中采用多項(xiàng)溫控措施。其具體措施如下：

3.1 抓好混凝土骨料的堆放及攪拌

混凝土骨料堆放于干燥、散熱快的位置，在澆注骨料集中堆放的場所附近搭起了遮陽天棚，采用了冷卻水拌和水循環(huán)系統(tǒng)，保證混凝土在攪拌中有利于降溫散熱。

3.2 抓好混凝土入模的溫度控制

由于混凝土入模的溫度較高，因此選取溫度并不甚高的時(shí)段進(jìn)行入模。盡量地減少澆筑混凝土材料的轉(zhuǎn)運(yùn)的次數(shù)，避開在夏季高溫天氣及炎熱季節(jié)時(shí)段集中進(jìn)行高溫混凝土的澆筑施工。

3.3 抓好瀝青混凝土塊澆筑時(shí)段

瀝青混凝土塊在澆筑中溫度時(shí)常會在短時(shí)間內(nèi)飆升的，因此挑選在氣溫相對較低時(shí)段進(jìn)行澆筑。由于夏季外界氣溫高，必須嚴(yán)格控制戶外溫度對混凝土澆筑帶來的影響。在冬季施工時(shí)，主要選擇正常室外溫度時(shí)進(jìn)行澆筑。

4 合理選用混凝土澆筑用原材料及混合配比設(shè)計(jì)

要讓混凝土澆筑成形溫控指標(biāo)達(dá)標(biāo)，應(yīng)該合理選擇混凝土所用的原材料及配合比設(shè)計(jì)的優(yōu)化。

4.1 內(nèi)外部混凝土所用水泥的選擇

內(nèi)部混凝土主要選擇熱量較低的礦渣水泥與熱量較高的硅酸鹽類水泥。而外部的混凝土則選取硅酸鹽混凝土覆蓋，這種混凝土不易裂縫，防寒抗凍、防腐蝕性都很好，也經(jīng)得起風(fēng)雨的打磨。

4.2 混合材料的選擇

選用混合材料可以有效降低混凝土的絕熱溫升，對于混凝土抗裂性能有一定的改善。

4.3 外加劑的選擇

適當(dāng)選用添加劑，如，減水劑和緩凝劑等。減水劑的選用可減少用水量、水泥用量、有效控制絕熱溫升。而緩凝劑的使用可以推遲混凝土的硬化，減緩混凝土的水化熱釋放。

4.4 混凝土配合比設(shè)計(jì)

通過科學(xué)的配合比和砂石材料的選擇，嚴(yán)格控制砂石材料中砂漿的最大允許含泥量，以保證混凝土強(qiáng)度的相對穩(wěn)定性、可靠性和流動性。選用具有對混凝土性能有益的熱學(xué)性質(zhì)和理化特性的砂石骨料，采用了單粒級和混合粒級的混合骨料，增加混凝土骨料顆粒的總密度，減少水泥用量，提高混凝土材料的相容性和可交易性，提高混凝土的力學(xué)性能指標(biāo)和結(jié)構(gòu)耐久性。

5 設(shè)置溫控指標(biāo)并合理管控

通過設(shè)置混凝土的溫度控制指標(biāo)，采取合理的技術(shù)措施，理想的混凝土控制要求如下：通過對溫度控制指標(biāo)進(jìn)行合理評估，采取有力措施，保證溫度的最大臨界值與其最終冷卻后的溫度相當(dāng)接近，并確保溫度具有穩(wěn)定性且波動不大；混凝土的體積要基本保持不變；混凝土在可控范圍內(nèi)進(jìn)行熱脹冷縮，不會因溫度的升降而影響其使用的硬度或剛度。

為了達(dá)到以上目的，應(yīng)該把握好如下兩個(gè)方面溫度的控制指標(biāo)。

（1）一方面是切實(shí)把握好混凝土的溫度控制指標(biāo)。其中，澆筑溫度要小于28r，允許達(dá)到的內(nèi)部最高溫度為84℃，混凝土釋放的水化熱能量不得超過60℃，降溫速率不宜超過2.0℃/ d。澆筑的溫度也取決于環(huán)境溫度，通常選取氣溫較低的時(shí)段進(jìn)行澆筑，盡可能保證混凝土的硬化質(zhì)量，遇上不可避免的炎熱高溫天氣時(shí)，也會采用冷卻水系統(tǒng)對其進(jìn)行合理地降溫，使其內(nèi)部的水化熱得到充分的散發(fā)，又不至于影響混凝土的質(zhì)量。

（2）另一方面是強(qiáng)化對混凝土溫差控制指標(biāo)的有效管控。其中，混凝土的內(nèi)外溫度差不應(yīng)超過25℃，養(yǎng)護(hù)水溫與混凝土不得超過15℃，而冷卻水的溫度與混凝土的內(nèi)部溫度也不應(yīng)超過25℃。確保混凝土的表面溫度、表面水溫、表面養(yǎng)護(hù)水溫呈現(xiàn)出一種梯度的變化，以此實(shí)現(xiàn)溫度控制的目標(biāo)。

為了達(dá)到混凝土密封處理效果，選用高比熱容、低導(dǎo)熱系數(shù)的材料，可以避免混凝土在各種環(huán)境介質(zhì)中散熱過快。對于冷卻水與混凝土內(nèi)部的溫差指標(biāo)來說，其大小控制很大程度上取決于冷卻水的通斷狀況，為避免冷卻溫度過低而導(dǎo)致混凝土開裂，水管周圍混凝土溫度應(yīng)與連續(xù)冷卻水溫度基本相同，溫度梯度應(yīng)穩(wěn)定。

6 采用科學(xué)的水冷卻系統(tǒng)

混凝土降溫的主要措施是采用較為先進(jìn)的水冷卻系統(tǒng)，采用的水冷卻系統(tǒng)具有降溫效果顯著且高效的特點(diǎn)，有利于大體積混凝土的溫控技術(shù)方案的落實(shí)，在混凝土里表散熱條件有差異的情況下實(shí)現(xiàn)有效的調(diào)節(jié)。其啟動運(yùn)行的管控機(jī)制如下：

(1) 應(yīng)該合理布設(shè)冷卻水管系統(tǒng)，并檢查試驗(yàn)水管的密封性是否良好，水管的布局必須合理，便于使用調(diào)節(jié)。由于風(fēng)機(jī)承臺的中心位置混凝土的溫度要遠(yuǎn)高于周邊，因此必須對中心區(qū)域的冷卻水管進(jìn)行適度密集地布置，做到全方位溫度控制。

(2) 水冷卻系統(tǒng)需要提前布置準(zhǔn)備，確保能及時(shí)吸收混凝土內(nèi)部的水化熱，避免混凝土澆筑后的高溫時(shí)段與冷卻水管的溫差導(dǎo)致冷激反應(yīng)影響混凝土成形的質(zhì)量。啟用水冷卻系統(tǒng)需要在初始施工階段，現(xiàn)場溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測表明，早期通水有利于吸收和疏散混凝土內(nèi)部的水化溫度，提高混凝土的整體內(nèi)部溫度控制效果。而根據(jù)介質(zhì)導(dǎo)熱原理，混凝土內(nèi)部的水化熱在散熱過程中，是會受介質(zhì)影響的，應(yīng)該及時(shí)啟用水冷卻系統(tǒng)，以便及時(shí)吸收和疏散混凝土內(nèi)部所存儲的水化熱能，盡量避免澆筑后混凝土快速升溫，避免水管內(nèi)的冷卻水產(chǎn)生冷震效應(yīng)。

根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)時(shí)動態(tài)數(shù)據(jù)以及密封狀態(tài)下水的物理特性顯示，密封狀態(tài)下的水具良好的保溫特性，在冷卻水管內(nèi)注入足量的水以后，再以相對平穩(wěn)緩慢的流速進(jìn)行降溫。本工程的實(shí)施過程中并未對水流速實(shí)行有效地控制，但因進(jìn)出水口均位于基礎(chǔ)承臺之上，因此可以通過切換進(jìn)出水的通斷實(shí)現(xiàn)技術(shù)范圍內(nèi)的要求。

7 采用蓄水養(yǎng)護(hù)并覆蓋土工布保溫濕養(yǎng)護(hù)

蓄水養(yǎng)護(hù)是對混凝土散熱的一個(gè)重要措施，因?yàn)樾枰陲L(fēng)機(jī)承臺表面上覆蓋土工布進(jìn)行施工，且在露天狀況下，由于蓄水池是極易被蒸發(fā)的，對散熱揮發(fā)效率有極大的影響對其表面進(jìn)行密封處理以維持保溫特性。

8 采用鋼套箱模板施工

由于風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)承臺結(jié)構(gòu)選用鋼套箱模板，可以縮短前期施工的準(zhǔn)備工作時(shí)間，當(dāng)基礎(chǔ)承臺的溫度相對趨于一個(gè)溫度相對平穩(wěn)的界限值時(shí)，鋼套箱模板也較為容易被拆卸，而當(dāng)溫度未降到穩(wěn)定值時(shí)，就可以提供穩(wěn)定的約束力，以保證混凝土在施工過程中尚未牢靠的基礎(chǔ)上，不會因?yàn)樯岵痪鶆蛟斐蓽夭疃鴮?dǎo)致裂縫生成。

9 溫度監(jiān)測的布置及監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

依據(jù)機(jī)位承臺設(shè)計(jì)的幾何對稱特性與溫度變化的起伏形勢，在施工過程中除布置4 層溫度監(jiān)測點(diǎn)外，還額外設(shè)立了針對環(huán)境溫度、冷卻水溫及養(yǎng)護(hù)水溫三處溫度監(jiān)測點(diǎn)，通過測溫點(diǎn)可以對施工過程中的大體積混凝土的溫度變化進(jìn)行全方位的、動態(tài)的、實(shí)時(shí)的監(jiān)控管理。

以9# 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)承臺為例，對風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)承臺在施工過程中的混凝土溫度變化控制做出具體闡述：冷卻水是從澆筑開始便注入的，共計(jì)通入了22～230h，澆筑溫度為18.43～21.17℃，表面最高溫度約在38℃，而內(nèi)部溫度達(dá)到了61℃，所揮發(fā)出的水化熱也穩(wěn)定在澆筑溫度的一到兩倍，表里溫差基本是13～41℃的溫度變化走勢、混凝土內(nèi)部各層溫差差異變化、表層蓄水養(yǎng)護(hù)的水溫差變化、混凝土表面溫差變化可得出，基礎(chǔ)承臺的溫度始終保持在一個(gè)合理可控的范圍內(nèi)，在拆除了鋼套箱后，也并無裂縫變形等情況，這說明鋼套箱模板與蓄水養(yǎng)護(hù)冷卻系統(tǒng)成功抵消了混凝土在揮發(fā)過程中而生成的溫度應(yīng)力，固化了基礎(chǔ)承臺的幾何形體，避免了受熱脹冷縮過程中而導(dǎo)致的變形的情況發(fā)生。

10 結(jié)語

在海上風(fēng)電項(xiàng)目大體積混凝土承臺基礎(chǔ)施工中，通常以水冷卻作為主要的降溫措施，并結(jié)合優(yōu)化混凝土配合比的溫度控制體系，注重前期養(yǎng)護(hù)基本可以實(shí)現(xiàn)溫度的合理控制。這種技術(shù)措施具體可總結(jié)為以下幾點(diǎn)：

(1) 使混凝土的表里整體都能在溫控范圍之內(nèi):對大體積混凝土需采取蓄水措施進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，過程中為防止蒸發(fā)影響保溫，還需要進(jìn)行密封處理；有必要在大體積混凝土結(jié)構(gòu)周圍搭接保溫層或鋪設(shè)保溫層；水冷卻系統(tǒng)中，可在冷卻水管中蓄水進(jìn)行有效保溫，避免溫度過低對混凝土造成冷激反應(yīng)，破壞混凝土的質(zhì)量。

(2) 實(shí)現(xiàn)對混凝土溫度進(jìn)行持續(xù)合理掌控，就需要對水冷卻系統(tǒng)中冷卻水管內(nèi)的水流流速進(jìn)行有針對的限制，同時(shí)需要做出以下改進(jìn)：因露天環(huán)境下有諸多不可控因素，混凝土的里表溫差、表面養(yǎng)護(hù)水與表面溫差可以在短期內(nèi)略微超出界定值。在施工過程中因水冷卻系統(tǒng)因難以合理控制水流流速，會造成大量的能量損耗，且未設(shè)置水冷卻保護(hù)裝置，無法保證水冷卻系統(tǒng)始終保持在運(yùn)行狀態(tài)等，也有待于今后改進(jìn)。