低温环境下不同养护方式对风电工程混凝土施工质量的影响研究

文摘 2025-01-22 07:01 河南

0引言

随着全球对可再生能源的需求不断增加，风电工程作为一种清洁、可持续的能源形式得到了广泛应用。在风电工程中，混凝土作为风电塔基的主要材料，承担着支撑和稳定风力发电机组的重要任务。但是风电工程通常需要在低温环境下进行施工，这给混凝土的养护和强度发展带来了一系列挑战。

由于水泥通过水化反应、凝结组合和硬化过程，使得混凝土自身强度得到充分发展。然而这些过程均需要一定的温度，因此低温环境下的混凝土施工存在着一些特殊问题，如混凝土的凝结时间延长、强度发展缓慢、抗冻性能下降等。这些问题可能会对风电工程的施工质量和工程可靠性产生不利影响。因此，研究低温环境下不同养护方式对风电工程混凝土施工质量的影响，对于确保风电工程的安全运行和延长使用寿命具有重要意义。

本研究旨在通过实验室试验和现场观测，对比分析低温环境下不同养护方式对风电工程混凝土施工质量的影响。研究内容包括混凝土强度发展和耐久性等方面的评估。实验室试验将通过控制温度和湿度条件，模拟低温环境下的混凝土养护过程，并对混凝土样品进行强度测试和抗冻性能评估。通过现场观测和数据收集，对不同养护方式下风电工程混凝土的实际施工质量进行评估和分析。

通过对低温环境下不同养护方式对风电工程混凝土施工质量的研究，可以更好地理解混凝土在低温环境下的行为特性，为风电工程的施工提供科学依据和技术支持，从而提高风电工程的施工质量和工程可靠性，推动风电产业的健康发展。

1低温环境下混凝土养护的影响因素

混凝土拌合物是由水泥、集料、拌和用水及外加剂等组成的混合物。在混合物拌制过程中主要发生的化学变化是水泥的水化反应，水泥水化速度与水泥细度有关，同时也是随着温度的变化而变化的，温度越高，反应越快。所以低温环境对混凝土的养护和强度发展产生了一系列影响，包括温度和养护时间等因素。

1.1温度对混凝土强度发展的影响

低温环境下，混凝土的凝结时间会延长，导致混凝土强度的发展速度变慢。在0℃以下该过程基本停止，导致混凝土强度几乎不再发展，严重时可导致实体混凝土冻裂，特别是在水化初期，冻结会使混凝土崩溃。而且早期受冻还会影响后期强度增长。这是因为低温会降低混凝土中水的活性，减缓水化反应的进行。低温还会影响混凝土中的胶凝材料的活性，使得胶凝材料的水化反应速率降低。因此，在低温环境下，混凝土的强度发展需要更长的时间。

为了防止混凝土早期受冻而降低混凝土强度和耐久性，在施工中要注意了解并掌握当地长、中、短期天气预报。负温下施工，要加强质量控制工作，施工前编制详细施工计划，做好适当的防冻保温措施(如采用保温被覆盖已浇混凝土等)，混凝土出机口温度低于5℃时，应采用骨料预热、加热水温的办法，水温不得超过60℃。此外还要进行仓面混凝土的保温工作。

1.2养护时间对混凝土强度和耐久性的影响

低温环境下，混凝土的养护时间需要相应延长，以确保混凝土的强度和耐久性得到充分发展。养护时间的延长可以提供更多的时间给混凝土进行水化反应，从而增强混凝土的强度。此外，养护时间的延长还可以减少混凝土中的孔隙率，提高混凝土的致密性，从而提高混凝土的抗冻性能和耐久性。

低温环境下混凝土养护的影响因素主要包括温度和养护时间。了解这些影响因素对混凝土的影响，可以为选择合适的养护方式和制定科学的养护策略提供依据，以确保混凝土在低温环境下的施工质量和工程可靠性。

2实验设计与方法

2.1实验材料和试件制备

依托公司承包的风电项目设备基础混凝土标号C35，水灰比为0.44，采用项目所在地商混站提供的预拌混凝土，具有出厂合格证明，且按要求预留送检试块。浇筑混凝土基础的同时制备了标准养护，常温养护，保温养护和加热养护的试块各9块，试块为150mm×150mm×150mm的标准立方体试块。

2.2实验方案设计

为了研究养护温度和养护时间对混凝土的性能的影响，对照组采用标准养护试块，实验组采用常温养护、保温养护和加热养护三类，养护温度和湿度方面，标养温度为20℃（湿度98%），常温养护约-10℃（湿度55%），保温养护温度约6℃（湿度98%），加热养护温度约35℃（湿度98%）。分别测量4类试块7d、14d和28d混凝土强度。

2.3实验参数和观测指标

在实验过程中，对混凝土试件进行一系列观测和测试，主要观测指标包括混凝土强度、外观情况等，使用标准抗压强度试验方法进行测试。

2.4实验过程

按照方案要求制备混凝土试件，并进行标记然后，根据实验方案要求分别进行不同养护方式的处理。养护方式可以包括标准养护（BY）、常温养护（CY）、保温养护（BW）、加热养护（RY）。在养护过程中，严格控制温度和湿度，确保养护效果的一致性。养护时间结束后，进行相应的混凝土外观检查和强度测试。

2.5数据处理与分析

对实验结果进行数据处理，不同养护方式、不同龄期混凝土强度见表1。通过混凝土外观观察，标准养护试块和加热养护试块孔隙和外观情况较好，保温养护试块次之，常温养护试块孔隙较多，且存在不同程度的掉渣冻害情况。

从不同龄期混凝土强度检测结果分析，常温养护试块强度最低，主要原因室外温度约-10℃左右，不利于混凝土内水泥水化反应，且存在一定冻害，破坏了混凝土的内部结构，影响了强度的形成；保温养护试块强度优于常温养护试块，主要是由于养护条件得到改善，保证了混凝土未产生冻害，但是由于温度较低，混凝土强度增长较慢，但基本能够满足现场设备安装要求；加热养护试块前期强度上升最快，7d龄期时已超过混凝土强度的80%，但是加热养护的条件苛刻，在现场施工过程中需投入较多的人力物力和资金。

由此可见，水泥的水化与温度密切相关，成正比关系，环境温度越高，水泥水化越快，环境温度越低，水泥水化越慢。本试验室外养护条件的环境温度是较低的，水泥自身水化缓慢且水化不充分，水化缓慢时就会形成被水化物包裹的未水化颗粒，被包裹在中心的未水化水泥，由于接触不到水分，就很难再水化，由此造成水泥水化不充分。

水泥水化不充分又导致了水化产生的氢氧化钙少于正常水化的混凝土中的氢氧化钙，这样就形成了连锁反应，导致需要氢氧化钙来水化的矿粉、粉煤灰由于得不得充分水化所需要的氢氧化钙，也不能充分水化，从而进一步影响了混凝土强度的发展。所以要想使得混凝土强度能正常发展，必须重视混凝土的早期养护温度。早期混凝土得到很好的养护，胶材充分水化，混凝土强度才能正常发展，才能保证混凝土质量。

3结束语

通过对低温环境下不同养护方式对风电工程混凝土施工质量的研究和分析，得出以下结论：

温度是影响混凝土强度发展的关键因素。低温环境下，混凝土的凝结时间延长，强度发展速度变慢。因此，在低温环境下，需要延长养护时间，以确保混凝土的强度得到充分发展。

不同养护方式对混凝土施工质量的影响存在差异。保温养护和加热养护可以提高混凝土的温度，加快水化反应速率，促进强度发展。常温养护下，混凝土的强度发展较慢。因此，在低温环境下，采用保温养护或加热养护方式可以提高混凝土的施工质量。

通过对低温环境下不同养护方式对风电工程混凝土施工质量的研究，在低温条件下混凝土施工过程中，加热养护试块的强度＞保温养护试块的强度＞自然养护试块的强度。实际施工过程中不能仅仅从强度方面来选择养护方式，经过试验研究，应从工期、温度、经济性综合考虑。若工期充足温度不低于-5℃，建议选用保温养护方式，经济性可靠性较强；若工期紧温度低，建议选用加热养护方式，成本虽然提高，但混凝土强度上升较快，可以缩短养护周期满足现场设备安装条件。

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