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风电塔筒基础的锚栓笼与混凝土之间,最怕的就是出现缝隙导致受力不均。您搜索“风电塔筒基础用灌浆料”,大概率是在为锚栓笼底部灌浆选材,或者正在处理某个项目里灌浆层开裂、脱空的质量问题。这篇文章不讲通用参数,直接结合我们在北方某陆上风电场的实测数据和现场经验,说清楚怎么选、怎么用才能保证20年服役期不出事。
很多同行看到图纸上标注“灌浆料强度≥C80”,就直接套用桥梁支座或设备基础的配方。这其实是个误区。风电塔筒基础承受的是数百万次的风致疲劳荷载,且锚栓笼直径往往超过2米,灌浆层厚度在50mm到150mm之间。普通C80灌浆料的流动度虽然能到300mm以上,但大厚度浇筑时容易出现分层离析,骨料沉底、浆体上浮,导致上部强度不足。
经验上来说,塔筒基础用的灌浆料必须满足三个特殊指标:一是28天抗压强度不低于85MPa,且7天强度要达到70MPa以上,因为塔筒安装工期通常只有14天;二是竖向膨胀率控制在0.02%到0.05%之间,膨胀过大顶裂锚栓垫板,过小又填不实缝隙;三是流动度经时损失要小,30分钟内流动度下降不能超过50mm,否则现场工人加水二次搅拌,强度直接打八折。我们去年在河北某50MW项目上做过对比,用普通C80料浇筑后第三天取芯,发现底部50mm处强度只有顶部的75%,这就是骨料沉降导致的。
风电项目经常赶在冬歇期前抢装,低温施工是常态。国标GB/T 50448-2015规定灌浆料施工温度宜在5℃以上,但实际现场经常遇到-5℃的低温。这时候不能只靠加防冻剂,因为防冻剂会引入氯离子,对锚栓造成电化学腐蚀风险。我们在内蒙古一个项目上吃过亏:用含亚硝酸钠的防冻型灌浆料,结果第二年开春检查,锚栓根部出现明显锈斑。
正确做法是采用低温早强型配方,通过调整胶凝材料体系和外加剂,让灌浆料在-5℃环境下48小时内强度达到20MPa以上,这个强度足以抵抗冻胀应力。养护更关键:浇筑后立即覆盖保温被+电热毯,保持表层温度不低于10℃至少72小时。实际操作中,我们会在锚栓笼周围搭设暖棚,用热风机加热,棚内温度控制在15℃左右。千万不能用蒸汽直接吹灌浆层表面,那样会造成表层水分蒸发过快,产生塑性收缩裂缝。
很多施工队图省事,用工地上的小型卧式搅拌机拌料,加水后搅个两三分钟就出料。这会导致两个问题:一是搅拌不均匀,干粉料里的外加剂没有充分溶解,流动度达不到设计值;二是引入大量气泡,硬化后表面出现蜂窝麻面。我们在山东某海上风电陆上集控中心项目做过测试:强制搅拌3分钟比搅拌5分钟的浆体含气量高了3.2%,28天强度低了8MPa。
另一个常见坑是用水量控制。塔筒基础灌浆料的推荐用水量通常是干粉重量的13%到14%,但现场工人为了好施工,经常加到15%甚至16%。多加了1%的水,强度会下降5%到8%。经验上来说,如果流动度达不到要求,优先检查搅拌时间,而不是加水。我们给现场配了一个量筒,要求每批次必须按重量比加水,并且用秒表卡搅拌时间。另外,从搅拌完成到浇筑完毕的时间要控制在30分钟以内,超过45分钟的浆体必须废弃,因为膨胀反应已经开始,再浇筑进去后期膨胀量不足,填不实缝隙。
灌浆层和锚栓垫板之间有没有脱空,是监理和业主最关心的问题。传统做法是敲击听声,但大直径锚栓笼底部根本敲不到。我们这两年推广的是预埋声波检测管法:在灌浆前,沿着锚栓笼圆周每隔60度预埋一根直径20mm的PVC管,管底距基础底板50mm。灌浆完成并养护7天后,用声波跨孔法检测,如果波速低于3500m/s,说明该区域存在脱空或低密度区。
这个方法在江苏某风电场得到了验证。当时检测发现一个锚栓笼的3点钟方向波速只有2800m/s,后来用内窥镜从预埋管伸进去看,果然有一条2mm宽的缝隙。处理方案是用环氧树脂进行压力注浆,压力控制在0.2MPa到0.4MPa之间,注到表面出浆为止。如果没有预埋管,也可以采用钻芯法,但每台风机只允许取3个芯样,因为钻孔会损伤灌浆层。实际操作中,我们建议在施工方案里就把预埋管检测写进去,这比事后打孔省钱省事。
塔筒运行五年后,灌浆层出现环向裂缝是常见问题,主要原因是混凝土基础与灌浆料的线膨胀系数不同,温度变化导致界面应力集中。裂缝宽度小于0.2mm且不贯穿的,可以不做处理,但要定期监测。我们跟踪过甘肃一个项目,裂缝宽度0.15mm,持续观察了三年,宽度没有变化,结构安全。
如果裂缝宽度超过0.3mm或者贯穿整个灌浆层,就需要处理。方案不是重新灌浆,而是采用高渗透性环氧树脂进行表面封闭+压力注浆。先沿裂缝开V型槽,槽深10mm,用环氧腻子封闭表面,然后每隔200mm埋设注浆嘴,从一端开始低压注浆,压力0.1MPa到0.2MPa,直到相邻注浆嘴出浆。注意,注浆前必须确保裂缝内部干燥,含水率低于4%,否则环氧树脂粘接不住。我们遇到过因为裂缝里有水,注浆后两个月又开裂的情况,后来返工先用热风枪烘干了24小时才成功。
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