文 | 劉磊

2000年風(fēng)電行業(yè)發(fā)展初始，鑒于機(jī)組相關(guān)設(shè)備工作壽命等原因，一般情況下風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)設(shè)計(jì)壽命為20年左右；發(fā)展至2010年后，考慮到整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)機(jī)組設(shè)備工作性能也有較大提升，故風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)設(shè)計(jì)壽命統(tǒng)一延長(zhǎng)至25年左右。由此可知，在整個(gè)設(shè)計(jì)周期內(nèi)，保證風(fēng)電機(jī)組的耐久性至關(guān)重要，耐久性是決定基礎(chǔ)安全的重要因素之一。

風(fēng)電工程耐久性概況

風(fēng)電機(jī)組因所受極限風(fēng)荷載較大，風(fēng)荷載作用方向變化不定、風(fēng)電機(jī)組為獨(dú)立基礎(chǔ)（筏板基礎(chǔ)、低樁／高樁承臺(tái)基礎(chǔ)），獨(dú)立基礎(chǔ)破壞后很難修復(fù)，根據(jù)《風(fēng)電機(jī)組地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)定（試行）》可知，風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)，地基基礎(chǔ)

設(shè)計(jì)級(jí)別和風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)等要求均比較嚴(yán)格。

對(duì)于耐久性有較高要求的風(fēng)電工程一般為戈壁灘、灘涂、鹽池（特殊水體）、垃圾回填等區(qū)域的陸上風(fēng)電場(chǎng)以及海上風(fēng)電場(chǎng)。以上工程區(qū)域的水、土均對(duì)承臺(tái)混凝土或混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋或鋼結(jié)構(gòu)有一定的腐蝕性，故要加以處理以提高風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的耐久性?？?jié)B性、抗凍性、抗腐蝕性統(tǒng)稱為混凝土（鋼筋）耐久性。本文重點(diǎn)介紹提高（陸上）風(fēng)電鋼混基礎(chǔ)抗腐蝕的各種措施。

相關(guān)規(guī)范對(duì)于腐蝕性的規(guī)定

參照巖土工程勘察規(guī)范 GB 50021－2001（2009 年版），按環(huán)境類型，水和土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性評(píng)價(jià)詳見表1，腐蝕介質(zhì)含量越大，腐蝕等級(jí)越強(qiáng)；按地層滲透性，水和土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性評(píng)價(jià)詳見表2，地層透水性越強(qiáng)，PH值越低，侵蝕性C02含量越大，HCO3－含量越小，腐蝕等級(jí)越強(qiáng)；對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性評(píng)價(jià)詳見表3， Cl－含量越大，地處干濕交替環(huán)境，土為B類土，腐蝕等級(jí)越強(qiáng)。

對(duì)于風(fēng)電工程，特別是陸上風(fēng)電，針對(duì)鋼混基礎(chǔ)，腐蝕性介質(zhì)主要是水、土中的各種腐蝕性鹽（主要是和Cl－）、PH值等。

風(fēng)電鋼混基礎(chǔ)防腐“物理方法”研究

一、適當(dāng)加大風(fēng)電基礎(chǔ)承臺(tái)底面、側(cè)面的混凝土凈保護(hù)層厚度

如為低樁（灌注樁）承臺(tái)基礎(chǔ)，也需適當(dāng)加大樁基混凝土凈保護(hù)層厚度，通過此法，可預(yù)留表層混凝土腐蝕厚度。按照相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，在中等腐蝕以上環(huán)境中，承臺(tái)底面、側(cè)面、樁基混凝土凈保護(hù)層厚度可為100mm、80mm和80mm。但加大凈保護(hù)層厚度的同時(shí)，需進(jìn)行混凝土表面的抗裂驗(yàn)算，必要時(shí)可采取措施加強(qiáng)混凝土表面的抗裂性能。

表1 按環(huán)境類型 水和土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性評(píng)價(jià)

表2 按地層滲透性 水和土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性評(píng)價(jià)

表3 對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性評(píng)價(jià)

二、鋼混基礎(chǔ)底部設(shè)置防腐毯，側(cè)面及頂部設(shè)置硅烷浸漬防腐涂層

防腐毯在后期使用時(shí)，具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、抗拉強(qiáng)度、耐老化、壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，可有效阻止腐蝕性介質(zhì)從基礎(chǔ)底部滲入鋼混基礎(chǔ)。用硅烷浸漬防腐涂層對(duì)承臺(tái)混凝土進(jìn)行防水防腐處理，其滲透深度可大于3mm，防水防腐年限長(zhǎng)（實(shí)際工程案例約為20年）、優(yōu)越的抗氧化、抗老化、抗風(fēng)化、抗紫外性能，施工比較簡(jiǎn)單（只需簡(jiǎn)單基面清理并保持干燥，一次噴涂或滾涂即可完成），總費(fèi)用低（施工費(fèi)用也較低），同時(shí)必須注意，施工時(shí)必須保持整個(gè)施工環(huán)境的干燥性，雨天無遮擋施工，會(huì)對(duì)整個(gè)施工質(zhì)量造成顯著不利影響。

三、添加各類“纖維類”外加劑

“纖維類”外加劑均勻地和混凝土進(jìn)行拌合，施工完成后，可有效提高承臺(tái)混凝土的抗拉、抗裂性能，增加混凝土的致密性，減少外部腐蝕介質(zhì)進(jìn)入承臺(tái)內(nèi)部的通道，從而改善整個(gè)鋼混基礎(chǔ)的防腐性能。按照相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，每1m3混凝土摻入纖維類外加劑應(yīng)不少于1kg。

四、鋼筋表面采用環(huán)氧樹脂涂層。

在氯鹽環(huán)境中，根據(jù)鋼筋混凝土構(gòu)件腐蝕相關(guān)機(jī)理，鋼筋表面設(shè)置環(huán)氧樹脂涂層是防止鋼筋銹蝕的有效方法。采用此方法的同時(shí)，需要論述由于涂層引起鋼筋與混凝土之間粘結(jié)性能的改變對(duì)于整個(gè)結(jié)構(gòu)的影響，如按照相關(guān)工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，涂層鋼筋的搭接錨固強(qiáng)度比普通鋼筋小，平均降低約13.8%，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)增加涂層鋼筋的搭接長(zhǎng)度。

風(fēng)電鋼混基礎(chǔ)防腐“化學(xué)方法”研究

一、在混凝土（包括承臺(tái)混凝土和灌注樁混凝土）中添加“抗硫酸鹽類侵蝕防腐劑”

參照工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50046－2008）和《混凝土抗硫酸鹽類侵蝕防腐劑》JC/T 1011－2006標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定，SO42－含量＞2500mg/L時(shí)，須采用高抗硫酸鹽水泥或在普通硅酸鹽水泥基礎(chǔ)上加入相應(yīng)的“抗硫酸鹽類侵蝕防腐劑”。實(shí)踐表明，在硅酸鹽類水泥混凝土中摻加一定量的“抗硫酸鹽類侵蝕防腐劑”，能抵抗環(huán)境中一定濃度的SO42－、Cl－、、C02、、Mg2+以及其他鹽類、泛酸類的地下水、地表水、海水、污水和含鹽土壤等侵蝕性物質(zhì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕。一般情況下，“抗硫酸鹽類侵蝕防腐劑”適用于SO42－含量≤ 25000mg/L、Cl－含量≤60000mg/L、Mg2+含量≤10000 mg/L的液體介質(zhì)的防腐蝕，同時(shí)適用于SO42－、Cl－、、C02、、Mg2+等中、強(qiáng)或超強(qiáng)腐蝕等級(jí)條件下的工程。根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，“抗硫酸鹽類侵蝕防腐劑”摻量可為8%－12%（與水泥的質(zhì)量比）。

二、采用“特種抗硫酸鹽水泥”制作承臺(tái)混凝土和灌注樁混凝土

“特種抗硫酸鹽水泥”分為中抗和高抗硫酸鹽硅酸鹽水泥。以特定礦物組成的硅酸鹽水泥熟料，加入適量石膏，磨細(xì)制成的具有抵抗中等濃度硫酸根離子侵蝕的水硬性膠凝材料，稱為中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥，可用于SO2－4含量≤2500mg/L的液體介質(zhì)的防腐蝕，適用于中腐蝕等級(jí)條件下的工程。以特定礦物組成的硅酸鹽水泥熟料，加入適量石膏，磨細(xì)制成的具有抵抗較高濃度硫酸根離子侵蝕的水硬性膠凝材料，稱為高抗硫酸鹽硅酸鹽水泥，可用于含量≤8000mg/L的液體介質(zhì)的防腐蝕，適用于強(qiáng)腐蝕等級(jí)條件下的工程。同時(shí)必須注意，中抗硫酸鹽水泥、高抗硫酸鹽水泥不適宜同時(shí)存在SO42－、Cl－腐蝕條件下的工程，《抗硫酸鹽硅酸鹽水泥》GB748－2005和《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》JTJ275等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，水泥熟料中氧化鈣含量低（堿度低），會(huì)導(dǎo)致混凝土密實(shí)性差，可引起混凝土中鋼筋發(fā)生銹蝕。

表4 各種防腐措施的優(yōu)缺點(diǎn)

三、在承臺(tái)混凝土和灌注樁混凝土中均摻入阻銹劑進(jìn)行防腐

根據(jù)《鋼筋混凝土阻銹劑》JT/T 537－2004標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，混凝土中摻入阻銹劑可抑制或減輕環(huán)境中氯離子對(duì)混凝土中鋼筋的銹蝕，不適用于硫酸鹽類侵蝕，更不適應(yīng)強(qiáng)腐蝕。同時(shí)根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，摻入型鋼筋阻銹劑會(huì)在一定程度上造成混凝土質(zhì)量的退化、破壞，此時(shí)對(duì)鋼筋起不到應(yīng)有的保護(hù)作用。

四、提高混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)對(duì)于鋼混承臺(tái)基礎(chǔ)（鋼筋混凝土灌注樁）的耐久性有一定的提升作用

由《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010耐久性相關(guān)規(guī)定可知，環(huán)境等級(jí)越高（環(huán)境等級(jí)分為一、二a、二b、三a、三b、四和五，環(huán)境等級(jí)越高，環(huán)境對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性越不利），對(duì)于最低混凝土強(qiáng)度等級(jí)要求越高；混凝土強(qiáng)度等級(jí)越高，其致密度也往往較高，則混凝土的抗腐蝕介質(zhì)滲透能力會(huì)越強(qiáng)，故其耐久性越好；混凝土強(qiáng)度等級(jí)越高，由計(jì)算可知，其表層混凝土抗拉能力越強(qiáng)，混凝土抗裂性能越好，對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性也有一定的益處；另外規(guī)范耐久性規(guī)定，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不大于C25時(shí)，混凝土保護(hù)層厚度要適當(dāng)增加。如上所述，提高混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性有一定的提升作用。

結(jié)語

以上主要研究了提高（陸上）風(fēng)電鋼混基礎(chǔ)抗腐蝕的各種措施，推廣到海上風(fēng)電，由于海上風(fēng)電基礎(chǔ)多為鋼結(jié)構(gòu)承臺(tái)，更可引進(jìn)“陰極防腐”（腐蝕本身是一個(gè)電化學(xué)反應(yīng)，故可在鋼結(jié)構(gòu)的表面提供額外的能量來阻止腐蝕的發(fā)展，通過控制電流可以控制腐蝕）等相對(duì)新型的防腐措施?？傊?，在“漫長(zhǎng)”的設(shè)計(jì)周期中，以防腐為代表的耐久性設(shè)計(jì)要做到“功在當(dāng)代，利在千秋”。