一种风电混凝土塔筒用高强抗裂自密实混凝土及其应用的制作方法

本发明涉及混凝土，具体涉及一种风电混凝土塔筒用高强抗裂自密实混凝土及其应用。

背景技术：

1、风力发电因其具有环保节能、可再生、可持续、建设周期较短、成本较低等优点，已成为各国实现清洁能源战略的必然选择。塔筒结构是支撑风力发电机组的重要结构，传统风机塔架结构形式可分为圆锥形钢塔筒、混凝土塔筒、装配式混凝土-钢混合塔筒。

2、锥形单管钢结构塔筒由于自重轻，施工周期短等优点应用范围最广，享有大片的市场，适用于轮毂高度不超过100m的塔架结构形式，其缺点是抗侧刚度低，振动幅度大，容易与机组发生共振。混凝土塔筒具有抗侧刚度大、稳定性好、耐腐蚀性强等优点，适用轮毂高度在100～140m，其缺点是自重大，施工周期长和施工费用高。钢-混凝土混合塔筒兼顾钢结构塔筒和混凝土结构塔筒的优点，适用轮毂高度120～160m，具有刚度大、稳定性好、施工快捷、维护费用低等优点。风机发电功率与风速的三次方成正比，塔筒高度越高，风速越大，即发电量越高；由于风切变的作用使塔筒高度每增加几米，风速增加越快，在中东部低风速区域将塔筒高度提升一定高度，可获得更高的发电量，未来风机支撑结构向更高方向发展是必然趋势，因此混凝土塔筒和钢-混凝土混合塔筒具有较高的发展前景。

3、现有技术生产混凝土塔筒管片主要有两种工艺：(1)使用低坍落度混凝土，通过卧式浇筑方式附加高频振动台振动实现密实成型，混凝土拌合物坍落度为30mm～70mm；(2)使用自密实混凝土，通过立式浇筑方式在免振或微振条件下实现密实成型，混凝土拌合物坍落度＞220mm、扩展度为550mm～700mm。然而第一种工艺，混凝土拌合物坍落度较低，需要配合高频振动才能实现密实成型，生产过程中，噪音大、能耗高。其次因为外弧面朝上，没有模具，外弧面通过人工进行抹平收光，管片的外观质量偏差，气泡较多。而且卧式成型工艺，生产的是1/4管节，安装时需要四片管片组装成一根管节，管片拼接和吊装的工程量较大，且因为拼接区域较多，在运行过程中，叶片转动和风力综合作用下，可能出现倒塔风险。而第二种工艺，使用的是自密实混凝土立式免振浇筑成型，免去振动带来的噪音大，能耗高的问题。且管片外观面有模具接触，外观质量较好。其次生产的是1/2管节，吊装和拼接工程量较小，运行过程中的安全隐患也较小。

4、但是由于风电塔筒混凝土强度等级较高，一般大于c80，属于高强度自密实混凝土，而现有的一些自密实混凝土通常存在胶凝材料用量大，混凝土收缩大、水化热大，且现有的自密实混凝土通常关注的性能主要是后期开裂性能(低收缩)，完全没有涉及混凝土的前期开裂性能，及可能影响塔筒的承载能力，进而影响其使用安全性。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种强度等级为c80～c95的风电混凝土塔筒用的高强抗裂的自密实混凝土，该自密实混凝土同时具有优异的早期抗裂和后期抗裂性能，还具有粘度低、拌合物流动性好、抗离析性好等优异的综合性能。

2、为达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种风电混凝土塔筒用自密实混凝土，按照单方用量计，所述自密实混凝土的原料包括水泥340～460kg、矿物掺合料170～261kg、机制砂700～850kg、碎石850～950kg、减缩组分0～40kg、纤维0～7kg、减水剂8～15kg和水130～150kg，其中，所述矿物掺合料为粉煤灰、火山灰、硅灰、偏高岭土、微珠、石灰石粉中任意三种以上的组合。

4、水灰比是指水与水泥、矿物掺合料总和的比例，本发明中，所述水灰比为0.21～0.25，较低的水灰比可以保证混凝土具有较高的力学性能，同时可以增加混凝土拌合物的粘聚性，改善拌合物的离析泌水泌浆问题。

5、在一些实施方式中，所述矿物掺合料为粉煤灰、火山灰、硅灰、微珠、石灰石粉中三种的组合。

6、在一些实施方式中，所述矿物掺合料中至少含有偏高岭土，所述减缩组分的用量为5～40kg。

7、所述偏高岭土sio2含量不小于50％，al2o3含量不小于85％，需水量比不大于120％，28d活性指数不小于105％。偏高岭土是一种高活性矿物掺合料，具有显著的“活性效应”、“微集料效应”。对体系中的硅酸盐水泥具有一定的加速水化作用，可以与水泥水化产物ca(oh)2发生二次水化作用，促进水泥水化程度、优化水化产物，提高早期强度；同时生成的铝硅酸盐凝胶，具有一定微膨胀效应，可以起到补偿收缩的作用。偏高岭土的比表面积较大，填充于体系的微空隙中，还能发挥微分填充效应，降低混凝土的总孔隙率，提高了水泥石的密实度，减小混凝土的体积收缩，进而改善混凝土体积稳定性，提高抗裂能力。

8、在一些具体实施方式中，所述偏高岭土的用量为57～98kg。

9、在一些具体实施方式中，所述矿物掺合料为偏高岭土、粉煤灰和微珠，其中，所述粉煤灰的用量为57～98kg，所述微珠的用量为57～65kg。

10、所述粉煤灰为i级粉煤灰和/或ii级粉煤灰。

11、所述硅灰比表面积不小于15000m2/kg，需水量比不大于125％，烧失量不大于4.0％，活性指数(7d快速法)不小于105％，sio2含量不小于85％，总碱量不大于1.5％。

12、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。在高强混凝土中，不仅增强、降粘效果明显，而且还能显著改善混凝土表面光洁度，提高外观质量，同时降低混凝土水化温升，减少混凝土收缩裂缝。

13、在一些具体实施方式中，所述减缩组分为丙三醇、聚烯丙醇、新戊二醇、二丙基乙二醇中的至少一种。所述减缩组分是一种非离子型表面活性剂，在水溶液中不是以离子状态存在，具有较高的稳定性，也不易受酸碱物质的影响，在水泥颗粒表面不发生强烈的吸附，不影响水泥的正常水化，也不会产生异常的引气作用。主要通过降低水泥石中空隙液相的表面张力，在蒸发或者是消耗相同的水分的条件下，可降低引起水泥石收缩的宏观应力，从而减小混凝土的收缩，28d干燥收缩率降低20％～30％。

14、在一些实施方式中，所述纤维的用量为2～7kg。

15、在一些具体实施方式中，所述纤维为pva纤维、pp纤维、pan纤维中的至少一种。纤维弹性模量为10～40gpa。所述纤维掺入混凝土后能够有效地连接混凝土内部孔隙和混凝土表面，起到了混凝土内部泌水通道的作用，对混凝土内部泌水速度的提高幅度大于对混凝土表面水分蒸发速度的提高，能有效地降低毛细管负压的发展和混凝土塑性收缩应力，进而可以降低了混凝土早期塑性收缩，起到改善了混凝土早期开裂的问题。混凝土早期开裂面积降低50％～70％，28d干燥收缩降低10～15％。

16、在一些具体实施方式中，所述自密实混凝土的原料包括水泥340～460kg、粉煤灰55～98kg、偏高岭土55～100kg、微珠55～65kg、机制砂700～850kg、碎石850～950kg、减缩组分10～40kg、减水剂8～15kg和水130～150kg。

17、在一些优选实施方式中，本发明进一步通过优化配方，高掺量矿物掺合料的使用以及偏高岭土、减缩组分和特定纤维的协同作用，制备出的自密实混凝土具有更低的收缩率和开裂面积，28d干燥收缩率为50×10-6～150×10-6，开裂面积为90～110mm2/m2。

18、优选地，所述自密实混凝土的原料包括水泥340～460kg、粉煤灰57～98kg、偏高岭土57～98kg、微珠57～65kg、机制砂700～850kg、碎石850～950kg、减缩组分10～40kg、纤维2～6kg、减水剂8～15kg和水130～150kg，水灰比为0.21～0.25。

19、在一些具体实施方式中，所述水泥为p.o 52.5水泥普通硅酸盐水泥，水泥28d胶砂强度不低于52.5mpa，水泥的标准稠度用水量不大于27％。

20、在一些具体实施方式中，所述减水剂为复合减水剂，其包含如下重量份的成分：聚羧酸减水剂99～99.9份、消泡剂0.1～1份。所述减水剂的固含量不低于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。

21、在一些具体实施方式中，所述机制砂的母岩为鹅卵石、花岗岩、玄武岩、安山岩中的至少一种，岩石抗压强度不小于120mpa，细度模数为2.6～3.2的2区砂，mb值小于1.0，石粉含量不大于5％，泥块含量不大于0.5％，压碎值不大于15％、片状颗粒含量不大于10％。

22、在一些具体实施方式中，所述碎石为5～20mm连续级配碎石，含泥量不大于0.5％，泥块含量不大于0.2％，针、片状含量不大于5％，岩石抗压强度不小于120mpa，压碎值不大于10％。

23、本发明所述自密实混凝土的强度等级为c80～c95，相对于卧式浇筑成型工艺所用的低坍落度混凝土，其具有流动性大、低粘度、抗离析性能好等优点，无需振捣即可实现密实成型，提高生产效率，且成型过程无废水、废气、低噪音、低能耗，硬化混凝土具有优异的力学性能。相对立式浇筑成型工艺所用的传统高强度自密实混凝土，本发明通过优化配方，制备出胶凝材料总量低(580～650kg/m3)，矿物掺合料掺量大(矿物掺合料总掺量达30％～40％)，拌合物流动性好(扩展度达650士50mm)，粘度低(倒置坍落度筒排空时间为5～8s)、抗离析性能好(离析率＜10％)、收缩小(28d干燥收缩率为50×10-6～300×10-6)、抗裂性能好(开裂面积为100～350mm2/m2)的高强度自密实混凝土，可以解决高强混凝土因胶凝材料过大、水化热大以及在高温、干燥、强风、日照等恶劣气候条件下导致的混凝土收缩变形大、易开裂等问题，进而提高风电混凝土塔筒在运行过程中的安全可靠性。

24、进一步地，本发明通过进一步地优化配方，高掺量矿物掺合料的使用以及偏高岭土、减缩组分和特定纤维的协同作用，制备出的自密实混凝土具有更低的收缩率和更优异的抗裂性能，28d干燥收缩率为50×10-6～150×10-6，开裂面积为90～110mm2/m2。

25、由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

26、本发明的自密实混凝土收缩小，具有优异的后期抗裂性能，同时开裂面积低，具有优异的早期抗裂性能，能够解决高强混凝土因胶凝材料过大、水化热大以及在高温、干燥、强风、日照等恶劣气候条件下导致的混凝土收缩变形大、易开裂等问题，进而提高风电混凝土塔筒在运行过程中的安全可靠性。

27、本发明的自密实混凝土还具有拌合物流动性好、免振自密实、粘度低、抗离析性能好等优异的综合性能，制备出的风电混凝土塔筒表面光洁高、色差小、无气泡裂纹，表面无需喷涂装饰材料，节能环保、无装饰成本。