姜金平

（國華（江蘇）風電有限公司，江蘇 東臺 224200）

混凝土（砼）是建筑結構中運用最廣泛的材料之一，憑借其優(yōu)勢在不同的工程建設項目中發(fā)揮出獨特價值。但是，混凝土抗拉能力差、易開裂是工程建設中需要面對的“多發(fā)病”。大體積混凝土澆筑會釋放水化熱，易發(fā)生溫度變化并收縮，繼而造成裂縫；此外，結構設計、施工技術等也可能導致裂縫。裂縫出現(xiàn)后會明顯削弱混凝土的剛度和強度，降低耐久性，甚至影響工程項目的安全性。因此，深入分析風力發(fā)電機超大型混凝土基礎結構裂縫控制，對于踐行“碳達峰、碳中和”目標具有重要現(xiàn)實意義和技術參考價值。

1 工程概況

A 工程為風力發(fā)電機基礎工程，風機基礎承臺采用重力式現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎，圓盤形布置，直徑19.0m，埋深約3.3m，厚0.9～2.1m，圓墩直徑6.8m，高3.1m。單個基礎的混凝土量約480m3、鋼筋量約45.0t。影響A 工程施工的影響因素有氣溫溫差、降雨量、空氣濕度、風速等。該工程項目所處地區(qū)為冬寒夏熱地區(qū)，夏季降雨較多，春秋晝夜溫差相對較大。年度每日最大溫差值在26.7℃，春夏季多風，風大。經氣象站資料統(tǒng)計，該地區(qū)近4 年來的極大風速超20～50m/s。工程項目施工難點：基礎鋼筋含量高、密度大，風機基礎環(huán)布置難度大，無論混凝土澆筑、模板制作吊裝，還是混凝土養(yǎng)護、人員作業(yè)范圍、工程質量等，都面臨較大考驗。由于工期緊張，冬季必須施工，因此，施工過程中要考慮滿足原材料溫度和混凝土的拌和、運輸、澆筑、振搗等方面的要求。A 工程具備的施工條件如下：材料與機具設備可經國道、省道和縣級道路運輸，合同段所處地區(qū)有溪溝和河流，河流水量充足，可就近設置集水井取水施工使用，生活用水使用運水車從臨近村鎮(zhèn)運水至現(xiàn)場；施工區(qū)域電力充足，通訊便捷。

2 大體積混凝土結構特點

大體積混凝土指結構體積較大，能就地澆筑、成型、養(yǎng)護的混凝土。該類混凝土常出現(xiàn)在風力發(fā)電項目中的混凝土基礎、水利工程混凝土大壩、港口建筑物、高層建筑、大型設備等施工項目中。國內外學術界對于大體積混凝土的定義不同，如美國混凝土學會（ACI）、日本建筑學會標準（JASS5）對其定義有明顯差異。我國相關規(guī)范中提出：大體積混凝土指基礎邊長大于20m、厚度大于1m、體積大于400m3的混凝土。工程建設還要明確規(guī)定大體積混凝土的最小斷面、內外溫度、平面尺寸。以平面尺寸的參數(shù)為例，尺寸過大，約束作用下的溫度力更大。若施工中技術人員對溫度的把控不到位，會導致溫度應力超出混凝土拉力極限值外開裂，亟需圍繞該問題加大重視程度。

3 超大型混凝土裂縫產生原因

因大體積混凝土結構的截面尺寸相對較大，單純地因外部作用力導致的裂縫概率較小。裂縫的出現(xiàn)往往會給工程項目造成一定影響甚至是危害，如何預防控制一直都是大體積混凝土結構施工中的重要研究課題。超大型混凝土結構裂縫產生的原因，總結如下：

（1）水泥水化熱影響。水泥水化熱會釋放熱量，A 工程中的混凝土結構體積較大，斷面較厚，熱量不易散出?；炷笼g期增長下彈性模量提升，會加大對散溫收縮的約束，導致出現(xiàn)較大的拉應力，最終導致溫度裂縫。

（2）外界溫度變化。A 工程項目所處地區(qū)晝夜溫差大，年度的極端天氣較多，容易對工程中的大體積混凝土造成影響，產生裂縫。究其原因：溫差過大會導致氣溫迅速下降或上升，出現(xiàn)溫度應力，增加開裂的風險。

（3）混凝土收縮影響。當混凝土受到外部約束力的作用，會對本身的結構產生應拉力，加大混凝土的開裂。細化該情況，又可分為塑性收縮、干燥收縮、溫度收縮等類型，且出現(xiàn)裂縫階段包括初期、后期，前者與水泥石凝結體積變化有關，后者則與混凝土內水分蒸發(fā)的干縮、變形有關。

（4）沉降、施工影響。工程項目拆模后的3～7d 內，混凝土結構很可能出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，與混凝土的澆搗有關，加之有鋼筋的阻攔作用，均會產生裂縫。施工影響則主要指在工程項目完成后未對混凝土落實全方位的養(yǎng)護，如未及時覆蓋混凝土表面，導致其受到外界溫濕度、風速的影響，從而導致受到干縮、水分蒸發(fā)影響，最終導致裂縫。A 工程項目所處地區(qū)風速較大，近4 年來的極大風速在20～50m/s 之間。

（5）結構設計影響。該因素指在進行A 工程項目設計時，在假定超大型混凝土結構能承受的受力體系數(shù)據(jù)與實際并不符合，也易加大混凝土結構裂縫。

4 超大型混凝土結構裂縫的控制措施

4.1 混凝土原材料選用

超大型混凝土結構裂縫控制中，關于混凝土原材料的選用是基礎所在。以下圍繞原材料選用的幾個核心內容來分析：

（1）水泥。大體積混凝土結構的溫度變化，本質上與水泥水化熱有密切關聯(lián)。為此，要通過水泥用量分析如何降低大體積混凝土的溫度應力。選擇材料時要盡量偏向于水化熱參數(shù)低的，如大壩水泥、礦渣水泥，且含堿量≤0.6%；必要時可結合A 工程項目實際情況進行水化熱參數(shù)的測定。

（2）粗細骨料。在A 工程項目的施工中，粗細骨料的運用較廣泛。選用該材料時也要注意，如可通過加大粗骨料最大粒徑調整砂石顆粒級配等減少水能量，遂能減少水化熱。研究證實，將帶棱角、有麻面的碎石作為原材料，可提高混凝土的抗拉伸性，可適當運用。選擇粗骨料時要分析其級配、膨脹系數(shù)，觀察表面是否潔凈，保障整體的含泥量按質量計算在1%內；選擇細骨料時，以中、粗砂為首選，且含泥量按質量計≤2%，細度模數(shù)2.6～2.9，確保級配。

（3）拌和水量、水灰比和坍落度。對A 工程項目而言，所列舉出的幾項因素都與混凝土的性質變化有關，可能影響其干縮或是發(fā)熱。其中，以拌和的含水量的變化產生的影響最大。施工中拌和水量調整較少或是降低水灰比、降低坍落度（14±2cm）都能很大程度地避免混凝土干縮。原材料中還可添加泵送劑，它具有減水、緩凝效果，能改善混凝土拌和物流動性。同時，由于它具有減水效果，還能降低混凝土的水化熱，進一步減少產生溫度裂縫的風險。

（4）外加劑。外加劑能影響混凝土的干縮性，適當添加后可改善結構性能。它又可分為化學外加劑、礦物外加劑等不同類型，在實際選用時要圍繞A 工程項目的實際情況做好試驗，確保其品種、類型都與水泥原材料相契合。適當添加外加劑改善混凝土結構的均勻性，同時減少拌和水量，以防混凝土結構發(fā)生泌水或收縮變形。此外，可增加粉煤灰提升結構抗?jié)B性，確保其經久耐用。

4.2 混凝土配合比

超大型混凝土結構裂縫控制中要嚴格控制混凝土配合比，提前進行嚴密的計算和試配，確保比例最優(yōu)化。在該過程中要遵循的原則是：第一，最小水泥用量原則。在配比中可增加礦物外加劑、化學外加劑等，能有效改善混凝土本身的性能，提升其緊密性的同時節(jié)省用量，充分發(fā)揮出其價值。第二，合理水膠比原則。選擇適當?shù)乃z比，強化結構抗裂性。第三，最大堆積密實度原則。盡可能減少混凝土中的骨料空隙，采取連續(xù)級配，減少水泥用量，有效提升混凝土結構的質量。此外，要配備鋼筋加固結構。考慮到A 工程項目的特殊性，要增設加固結構。選用小直徑的鋼筋材料，將其緊密間隔加固，配筋率要控制到橫截面的0.3%～0.5%。尤其是針對超大型混凝土結構的集中受拉區(qū)，更要設置加強筋，以提高結構的抗拉極限強度，防止其出現(xiàn)混凝土結構開裂。

4.3 混凝土拌和與運輸

混凝土的拌和、運輸也與結構裂縫控制有關。在拌和上，要避免受外界陽光暴曬，以免增加材料溫度。新工藝的選擇可采取二次投料的砂漿裹石攪拌，能增加約10%的混凝土結構強度。增強結構強度后能減少收縮，預防裂縫發(fā)生。施工中注意協(xié)調攪拌機速度與混凝土施工速度，檢查混凝土坍落情況。在運輸方面，A 工程項目的管理人員要安排專屬人員進行材料運輸，用攪拌車運送，且選擇平坦大路，盡可能縮短運輸時間。運輸過程要快速且安全，防止該過程中出現(xiàn)混凝土離析、沁水等現(xiàn)象。注意該過程中也不可盲目加水。

4.4 混凝土澆筑與養(yǎng)護

（1）混凝土澆筑。通常澆筑溫度在5℃～35℃之間，且結構內、外部溫度間的差距應控制在25℃以內。此外，降溫速率要保持在每天3℃以內。因大體積混凝土結構的特殊性，其蓄熱量高，若與外界溫度差異過大，出現(xiàn)溫度裂縫的后果相對嚴重，澆筑時要遵循“低溫低熱”原則，避免開裂。在A 工程實際施工時，夏季的澆筑溫度可高達30℃～35℃，此時可提前準備預冷材料，將混凝土溫度降低到10℃，達到理想的裂縫控制效果。因此，在夏季進行混凝土澆筑時，施工技術人員最好選擇在夜間時段。因A 工程項目中的大體積混凝土面積太大，故澆筑工作要分段（分塊）、分層進行，且提前設置合理的澆筑間隔，以確保擴大混凝土結構的散熱面積?？s短塊體邊長來減少基底對塊體變形的約束作用，降低溫度和收縮應力。入模后要及時且細致地進行振搗，要求實現(xiàn)“不漏振、不過振”。澆筑時投入不大于混凝土體積20%～30%的大骨料（粒徑在15cm 左右），確保能在吸收熱量的同時減少水泥用量。注意與散熱有關的操作不可急于求成，盲目推進，而要結合實際循序漸進，以免突然冷卻造成較大裂縫。

（2）混凝土養(yǎng)護。通常在澆筑后的2～5d，A工程的混凝土溫度會逐漸達到峰值，隨后慢慢降溫。在該過程中彈性模量增高、周變系數(shù)減小，收縮拉應力會增大，加大裂縫幾率。為此，要加強化對該結構的養(yǎng)護。初凝后及時采取保濕措施，逐漸降低其表層溫度，縮小與外部環(huán)境中的距離。A 工程項目的混凝土養(yǎng)護共計14d，由該工程的技術人員在結構外層覆蓋草袋、麻袋或是充填塑料泡沫板；保濕則是通過噴霧、噴涂養(yǎng)護劑、澆水等落實。若養(yǎng)護階段遇高溫天氣，可用塑料膜或麻袋覆蓋，亦或利用機械設備自動化噴水（或噴霧）；氣溫驟降或日平均氣溫低于5℃時，采取冬期施工的操作要求，嚴密覆蓋表層進行保溫。安排資深現(xiàn)場管理人員加強對A 工程項目的監(jiān)督管理，嚴禁私自在現(xiàn)場加水。

4.5 混凝土結構溫度監(jiān)測

為保障超大型混凝土結構裂縫控制效果，在A 工程中除了選擇上述科學化的施工工藝外，還要加強對混凝土結構的溫度監(jiān)測，制定全方位的監(jiān)測方案。遵循真實、全面的基本原則布置測試點，確保能從不同角度反映出該混凝土結構的溫度。具體操作如下：

（1）在混凝土結構內設置熱電偶傳感器測定溫度數(shù)據(jù)；埋設數(shù)字化溫度傳感器（如圖1），再提前在計算機上設置程序，提高監(jiān)測的自動化水平。在本文論述的A 工程項目中的溫度監(jiān)測采取的是后者方法。

圖1 數(shù)字化溫度傳感器

（2）在混凝土溫度上升或下降的前5d 內，每2h 進行監(jiān)測，而后過渡每4h 一次。結構溫度與外界溫度間小于25℃時（連續(xù)24h 的前提下）可停止監(jiān)測。

（3）根據(jù)溫度監(jiān)測工作了解當前該結構的水化熱情況，分析溫度變化規(guī)律，以有效控制裂縫發(fā)生。

5 結語

綜上所述，大體積混凝土在風電基礎工程的質量控制往往是重中之重。經本次以A 工程項目為例的研究可知：對于超大型混凝土結構裂縫控制，可圍繞材料選用、配合比、拌和、運輸、施工工藝（澆筑、養(yǎng)護）、溫度監(jiān)測管理等方面采取措施。分析易導致裂縫的原因并進行經驗總結，且實踐中要基于國家施工規(guī)范和技術標準選擇科學的施工技術方法，能更好地控制混凝土結構裂縫，全面保障工程的施工質量。