CN107304117A - 一种风电机组塔筒用超高强自密实清水混凝土 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风电机组塔筒用超高强自密实清水混凝土，由胶凝材料650～680kg/m3，机制砂640～680 kg/m3，碎石980～1020 kg/m3，减水剂7～11 kg/m3，增强密实剂6~10 kg/m3，纤维素纤维1~2 kg/m3，水115～130 kg/m3；其中，所述胶凝材料的各组分按单方用量(kg/m3)计为：水泥390～408 kg/m3，微珠35～37 kg/m3，矿粉142～149 kg/m3、粉煤灰35～37 kg/m3、硅灰48～49 kg/m3组成；本发明的优点在于：制备强度等级在C100~C120范围内，自密实、可泵送，并具有良好曲面抗裂、耐疲劳性能的混凝土。

Description

一种风电机组塔筒用超高强自密实清水混凝土
技术领域
本发明涉及一种超高强自密实混凝土，具体地说是一种适应风力发电场特殊环境的风力发电机组塔筒用超高强自密实混凝土，属于建筑材料技术领域。
背景技术
在明确风资源的条件下风电场的投资规模将直接影响到工程的收益，对工程进行优化降低投资以提高收益意义重大。目前国内外大型风电机组塔架主要为钢制塔架，包括钢制塔架和锥式钢制塔筒。以一个SOMW风电场为例，钢结构型式塔筒(含基础环)的投资大约占工程总投资的14%左右。因此，对塔筒结构型式进行优化对降低工程总投资非常有必要。同时，多年的使用经验和塔筒大型化的发展表明，钢制塔架还存在一些难以解决的问题，如钢制塔筒的成本高；易腐蚀，维护成本高；运输、安装困难等。
国外风电场已有采用钢筋混凝土结构的工程尝试，而国内已建、在建的风力发电工程目前全部采用环形截面的钢塔筒结构，这在一定程度上造成了工程造价的提高。采用钢筋混凝土塔筒后上部竖向荷载增加、塔筒底部直径加大，不仅可节省基础环，而且基础的设计方案更加灵活且节省材料量。同时可节省终端塔、箱变基础、电缆等部分的工程投资和征地费用。不同结构形式塔筒及基础工程造价见表1。
表1 不同结构型式塔筒及基础工程造价
但是，目前对于钢筋混凝土风机塔筒的研究还主要集中在概念性设计研究以及经济分析对比方面，对于满足实际工程用钢筋混凝土配制技术等方面研究尚处于起步阶段。对于风电塔筒用混凝土强度性能、大面积曲面抗裂性能、风荷载作用下耐疲劳性能等方面的研究更是鲜有报道。
发明内容
为了解决上述问题，本发明设计了一种适应风力发电场特殊环境的风力发电机组塔筒用超高强自密实混凝土，制备强度等级在C100~C120范围内，自密实、可泵送，并具有良好曲面抗裂、耐疲劳性能的混凝土。
本发明的技术方案为：
一种风力发电机组塔筒用超高强自密实混凝土，由胶凝材料、机制砂、碎石、减水剂、增强密实剂、纤维素纤维材料和水组成；按照单方用量(kg/m3)计，各成分的用量如下：
胶凝材料650～680kg/m3，机制砂640～680 kg/m3，碎石980～1020 kg/m3，减水剂7～11kg/m3，增强密实剂6~10 kg/m3，纤维素纤维1~2 kg/m3，水115～130 kg/m3；其中，所述胶凝材料的各组分按单方用量(kg/m3)计为：水泥390～408 kg/m3，微珠35～37 kg/m3，矿粉142～149 kg/m3、粉煤灰35～37 kg/m3、硅灰48～49 kg/m3。
进一步地，所述水泥为P·0-52.5普通硅酸盐水泥，3d胶砂抗压强度不低于23MPa，水泥28d胶砂抗压强度不低于52.5MPa，水泥标准稠度用水量不大于26 %；
所述微珠为粉煤灰的一种提取物，堆积密度为2000～2500kg/m3，比表面积不小于3000m2/Kg，胶砂需水量比不大于90%，烧失量不大于1%，28d活性指数不小于110%；
所述矿粉比表面积不小于750m2/kg，烧失量不大于3.0%，28d活性指数不小于105%；
所述粉煤灰比表面积不小于500m2/kg，烧失量不大于5.0%，28d活性指数不小于70%；
所述硅灰比表面积不小于15000m2/kg，烧失量不大于4.0%，7d活性指数不小于105%，SiO2含量不小于85%。
进一步地，所述机制砂为细度模数为2.7～3.0的II区砂，MB值小于1.4，石粉含量不大于4%，泥块含量不大于0.5%。
进一步地，所述碎石为5～20mm连续级配碎石，针片状含量不大于5%，含泥量不大于0.5%，泥块含量不大于0.2%，其中母岩为玄武岩或石灰岩，母岩抗压强度不小于130MPa。
进一步地，所述减水剂为复合减水剂，包含如下重量份的成分：聚羧酸减水剂85~100份、消泡剂0. 5~1份、引气剂3~5份；所述减水剂的含固量不低于20%，减水率不低于25%。其中，所述消泡剂为硅醚共聚类、有机硅氧烷类或硅和油复合类消泡剂；所述引气剂为脂肪族类、松香树脂类、烷基苯磺酸盐类或烷基酚环氧乙烷缩合物类引气剂。
进一步地，所述增强密实剂为WHDF混凝土增强密实（抗裂）剂，分为固态和液态两种：固态为灰色粉末，液态为乳白（黄）液体。此处选取液态产品，固含量不小于13%，泌水率比不大于50%。
进一步地，所述纤维素纤维材料密度1000~1200Kg/m3，比表面积大于2300m2/Kg，弹性模量大于8000MPa，当量直径16~20μm。
本发明所述微珠，是利用优质粉煤灰精选出的一种超细(亚微米级)全球状的粉体产品。因其独特的球状形态及微粒径尺度，微珠具有显著的“形态效应”、“活性效应”、“微集料效应”，在混凝土中有明显的减水、降粘、增强作用，是一种性能优异的新型高性能掺合料。通过大掺量技术，在超高强混凝土中，不仅增强、降粘效果明显，而且还能显著降低混凝土水化温升，减少混凝土收缩裂缝。
本发明所述矿粉，28d活性指数不低于105%，表面积不小于750m2/kg，是一种超细的新型高性能掺合料，具有活性高、早强、改善新拌混凝土性能和力学性能等作用。应用在在超高强混凝土中，不仅对混凝土强度的增加作用明显，而且混凝土耐久性也得到显著提高。
本发明采用商品混凝土搅拌站常用的普通硅酸盐水泥，双掺大掺量微珠、超细矿粉、Ⅰ级粉煤灰和硅灰，混凝土搅拌时间短(1.5～2.0min)，综合成本低，可实现大规模的生产应用。
本发明采用的增强密实剂通过促进水泥水化程度、优化水化产物、协同激发混凝土中活性混合料与 Ca（OH）2进行二次水化等作用，能有效提高混凝土的抗拉强度和极限拉伸值，降低弹性模量，有效改善其力学性能和变形性能，能明显降低混凝土的早期水化热，推迟混凝土水化热峰值的出现，降低混凝土水化热最大峰值，降低混凝土的收缩变形，使混凝土有更好的抗裂性能，70d自生体积变形降低25%~35%。
本发明采用的纤维素纤维材料通过混凝土搅拌过程中粗骨料的剪切作用分散的，形成为无数的无序纤维，均匀混拌在混凝土内。纤维一经分散，不再聚团，搅拌时间越长，分散性越好。28d提高混凝土抗折强度5%~10%。
本发明混凝土产品能够同时解决风电塔筒超高强混凝土的曲面开裂问题，粘性过大导致泵送困难以及干燥强风化气候条件下的耐久性问题，使用的胶凝材料总量低(650～680kg/m3)，矿物掺合料掺量大(矿物掺合料总掺量达35%～40%)，超强混凝土工作性能佳(扩展度达650士50mm)，收缩小(总收缩率为0.3%～0.4%)，粘度低(倒置坍落度筒排空时间为5～10s，同配比砂浆的粘度为20～28Pa·s)，28d抗压强度为110MPa～130MPa，56d抗压强度为120MPa～135MPa。
本发明的优点在于：
（1）可以实现风电机子塔筒分片式新型设计，突破陆路运输的极限尺寸限制，实现大型风电塔架分体式运输；
（2）具有良好的阻尼特性，吸能效果好，其抗冲击和抗疲劳性能优越；
（3）具有良好的的耐久性，可以试用不同的风场环境，后期维护成本低；
（4）具有钢制塔架同等刚度，保证机组的运行性能不用改变，仍可以采用柔性塔架设计；
（5）混凝土塔架静强度满足要求时，几乎没有屈曲问题，解决了钢制塔架的设计控制点的屈曲问题。
（6）增加了塔身自重，结构稳定，竖向荷载较钢制塔架增加较大，有利于基础设计的稳定性。
（7）采用清水混凝土施工工艺，表面不需要装饰材料，只需喷保护层即可使用，不仅绿色环保还降低了装饰成本。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为重量百分数。
实施例1
一种风力发电机组塔筒用超高强自密实清水混凝土，单方(m3)混凝土组分如下：水泥400kg，微珠126.1kg，Ⅰ级粉煤灰31.5Kg，矿粉31.5kg，硅灰40.9，纤维素纤维1.2 kg，机制砂820kg，碎石985kg，减水剂9.0kg，增加密实剂6.58 kg，水130kg。
材料准备齐全后，将上述组分混合，经过强制式搅拌机搅拌1.5mim，即可得本发明中所述的风电机组塔筒用超高强自密实混凝土。
本发明混凝土具有优异的工作性能，粘度较低，无离析、泌水现象。混凝土拌合物性能及硬化性能、收缩率如下表2所示。
实施例2
一种风力发电机组塔筒用超高强自密实清水混凝土，单方(m3)混凝土组分如下：水泥408kg，微珠149kg，Ⅰ级粉煤灰37.3Kg，矿粉37.3kg，硅灰48.4，纤维素纤维1.2 kg，机制砂665kg，碎石995kg，减水剂9.5kg，增加密实剂6.2 kg，水130kg。
材料准备齐全后，将上述组分混合，经过强制式搅拌机搅拌1.5mim，即可得本发明中所述的风电机组塔筒用超高强自密实混凝土。
本发明混凝土具有优异的工作性能，粘度较低，无离析、泌水现象。混凝土拌合物性能及硬化性能、收缩率如下表2所示。
实施例3
一种风力发电机组塔筒用超高强自密实清水混凝土，单方(m3)混凝土组分如下：水泥400kg，微珠126.1kg，Ⅰ级粉煤灰31.5Kg，矿粉31.5kg，硅灰40.9，纤维素纤维1.2 kg，机制砂670kg，碎石985kg，减水剂10.1kg，增加密实剂6.1 kg，水125kg。
材料准备齐全后，将上述组分混合，经过强制式搅拌机搅拌1.5mim，即可得本发明中所述的风电机组塔筒用超高强自密实混凝土。
本发明混凝土具有优异的工作性能，粘度较低，无离析、泌水现象。混凝土拌合物性能及硬化性能、收缩率如下表2所示。
实施例4
一种风力发电机组塔筒用超高强自密实清水混凝土，单方(m3)混凝土组分如下：水泥400kg，微珠126.1kg，Ⅰ级粉煤灰31.5Kg，矿粉31.5kg，硅灰40.9，纤维素纤维1.2 kg，机制砂665kg，碎石985kg，减水剂9.4kg，增加密实剂6.8 kg，水128kg。
材料准备齐全后，将上述组分混合，经过强制式搅拌机搅拌1.5mim，即可得本发明中所述的风电机组塔筒用超高强自密实混凝土。
本发明混凝土具有优异的工作性能，粘度较低，无离析、泌水现象。混凝土拌合物性能及硬化性能、收缩率如表2所示。
实施例5
一种风力发电机组塔筒用超高强自密实清水混凝土，单方(m3)混凝土组分如下：水泥390kg，微珠136.1kg，Ⅰ级粉煤灰41.5Kg，矿粉21.5kg，硅灰30.9，纤维素纤维1.2 kg，机制砂680kg，碎石985kg，减水剂10.1kg，增加密实剂6.5 kg，水125kg。
材料准备齐全后，将上述组分混合，经过强制式搅拌机搅拌1.5mim，即可得本发明中所述的风电机组塔筒用超高强自密实混凝土。
本发明混凝土具有优异的工作性能，粘度较低，无离析、泌水现象。混凝土拌合物性能及硬化性能、收缩率如表2所示。
表2 混凝土性能测试结果
*表2中，砂浆是指同配比砂浆：为待测样品经5mm标准筛筛出的砂浆或按混凝土配合比基础上去除石的配合比配制的砂浆。
*表2中，总收缩包括化学收缩、干燥收缩和碳化收缩。
由上表2可以看出，本发明混凝土，与空白对照的普通常规水泥混凝土（水泥580kg，Ⅰ级粉煤灰90Kg，矿粉50kg，硅灰60Kg，机制砂695kg，碎石973kg，减水剂15.6kg，水172kg。）相比，使用的胶凝材料总量低(650～680kg/m3)，矿物掺合料掺量大(矿物掺合料总掺量达35%～40%)，超高强混凝土工作性能佳(扩展度达650士50mm)，收缩小(总收缩率为0.3%～0.4%)，粘度低(倒置坍落度筒排空时间为5～10s，同配比砂浆的粘度为20～28Pa·s)，28d抗压强度为110MPa～130MPa，56d抗压强度为120MPa～135MPa。

Claims (9)

1.一种风电机组塔筒用超高强自密实清水混凝土，其特征在于：由胶凝材料、机制砂、碎石、减水剂、增强密实剂、纤维素纤维材料和水组成；按照单方用量kg/m3计，各成分的用量如下：
胶凝材料650～680kg/m3，机制砂640～680 kg/m3，碎石980～1020 kg/m3，减水剂7～11kg/m3，增强密实剂6~10 kg/m3，纤维素纤维1~2 kg/m3，水115～130 kg/m3；其中，所述胶凝材料的各组分按单方用量(kg/m3)计为：水泥390～408 kg/m3，微珠35～37 kg/m3，矿粉142～149 kg/m3、粉煤灰35～37 kg/m3、硅灰48～49 kg/m3。
2.根据权利要求1所述的一种风电机组塔筒用超高强自密实清水混凝土，其特征在于：所述水泥为P·0-52.5普通硅酸盐水泥，3d胶砂抗压强度不低于23 MPa，水泥28d胶砂抗压强度不低于52.5MPa，水泥标准稠度用水量不大于26 %；
所述微珠为粉煤灰的一种提取物，堆积密度为2000～2500kg/m3，比表面积不小于3000m2/Kg，胶砂需水量比不大于90%，烧失量不大于1%，28d活性指数不小于110%；
所述矿粉比表面积不小于750m2/kg，烧失量不大于3.0%，28d活性指数不小于105%；
所述粉煤灰比表面积不小于500m2/kg，烧失量不大于5.0%，28d活性指数不小于70%；
所述硅灰比表面积不小于15000m2/kg，烧失量不大于4.0%，7d活性指数不小于105%，SiO2含量不小于85%。
3.根据权利要求1或2所述的一种风电机组塔筒用超高强自密实清水混凝土，其特征在于：所述机制砂为细度模数为2.7～3.0的II区砂，MB值小于1.4，石粉含量不大于4%，泥块含量不大于0.5%。
4.根据权利要求1或2所述的一种风电机组塔筒用超高强自密实清水混凝土，其特征在于：所述碎石为5～20mm连续级配碎石，针片状含量不大于5%，含泥量不大于0.5%，泥块含量不大于0.2%，其中母岩为玄武岩或石灰岩，母岩抗压强度不小于130MPa。
5.根据权利要求1或2所述的一种风电机组塔筒用超高强自密实清水混凝土，其特征在于：所述减水剂为复合减水剂，包含如下重量份的成分：聚羧酸减水剂85~100份、消泡剂0.5~1份、引气剂3~5份；所述减水剂的含固量不低于20%，减水率不低于25%；其中，所述消泡剂为硅醚共聚类、有机硅氧烷类或硅和油复合类消泡剂；所述引气剂为脂肪族类、松香树脂类、烷基苯磺酸盐类或烷基酚环氧乙烷缩合物类引气剂。
6.根据权利要求1或2所述的一种风电机组塔筒用超高强自密实清水混凝土，其特征在于：所述增强密实剂为WHDF混凝土增强密实抗裂剂，分为固态和液态两种：固态为灰色粉末，液态为乳白黄液体。
7.根据权利要求1或2所述的一种风电机组塔筒用超高强自密实清水混凝土，其特征在于：所述纤维素纤维材料密度1000~1200Kg/m3，比表面积大于2300m2/Kg，弹性模量大于8000MPa，当量直径16~20μm。
8.根据权利要求1或2所述的一种风电机组塔筒用超高强自密实清水混凝土，其特征在于：所述微珠，是一种亚微米级全球状的粉煤灰粉体。
9.根据权利要求1或2所述的一种风电机组塔筒用超高强自密实清水混凝土，其特征在于：所述矿粉的28d活性指数不低于105%，表面积不小于750m2/kg。
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