一种混凝土风电塔筒及其生产工艺的制作方法

1.本技术涉及风电塔筒技术的领域，尤其是涉及一种混凝土风电塔筒及其生产工艺。


背景技术：

2.风电塔筒是风电系统中重要的支撑结构，塔筒底部固定于地基基础上，其顶部连接风力发电机组，起到主要的支撑和承担载荷的作用。在风力发电机组工作时，塔筒要承担风荷载引起的动力弯曲、扭转以及各种震动，需要具有极高的强度和承受载荷的能力。同时由于风电塔筒都是建设在户外，需要面对长时间的风雨冲刷和外界环境的腐蚀破坏，这就要求风电塔筒具有极高的耐腐蚀和耐候性，以保持较长的使用寿命，尤其是在一些高原、海上、自然环境较差等区域，对风电塔筒的耐候性能要求更高。
3.当前主流的风电塔筒以全钢柔性塔筒为主，全钢塔筒的重量轻，便于运输安装，但是由于金属易被腐蚀，需要在塔筒的内外层涂装多层的耐腐蚀层以延长其使用寿命。现有风电塔筒多采用一体的钢筒结构或组装的钢架结构，钢材使用量较大，并且需要定期防腐维护，导致全钢柔性塔筒的后期运维成本较高，经济性低。


技术实现要素：

4.针对上述技术问题，本技术提供一种混凝土风电塔筒及其生产工艺，以期提升风电塔筒的耐候性和使用寿命，降低风电塔筒后期运维成本。
5.第一方面，本技术提供一种混凝土风电塔筒，采用如下的技术方案：一种混凝土风电塔筒，包括混凝土层和涂覆于混凝土层外侧的外表层，所述混凝土层由纤维砂浆浇注制成，所述纤维砂浆包括混凝土和增强纤维，增强纤维占混凝土的质量比为5～15％，所述混凝土层内部设置有钢筋框架，所述外表层渗入所述混凝土层的表层。
6.通过采用上述技术方案，以纤维砂浆包裹钢筋框架制成风电塔筒的主体，具有极高的强度，并且相较于全钢塔筒，混凝土塔筒的耐候性、稳定性和耐腐蚀性能更高，可以在外界环境中保持具有更长的使用寿命和使用稳定性。混凝土层添加增强纤维，增强纤维的存在可以进一步提升混凝土层的抗拉性能和强度，在一定程度上减少钢筋的使用量，降低塔筒整体的重量。在混凝土的外层涂覆外表层，外表层渗透进入混凝土表层中的同时可以封堵混凝土层表面的孔隙，在混凝土层的外侧形成一层防水涂层，可以减少雨水对混凝土层的冲刷破坏和水渗透，进一步提升风电塔筒的耐腐蚀性能。
7.可选的，所述外表层包括以下重量份的原材料：水80～120份，硅酸钠30～50份，重铬酸钾1～5份，硫酸亚铁5～10份，硫酸铝钾1～5份。
8.通过采用上述技术方案，硅酸钠在水中具有良好的溶解性，溶解后会形成具有一定粘度的胶状流体，通过与硫酸亚铁和硫酸铝钾的搭配使用，制成的涂料具有良好的渗透性能，可以渗透进入到混凝土层表层并填充到混凝土层的孔隙中，渗透深度可以超过10mm，
干燥固化后在混凝土外侧表层形成一层防水涂层，进而阻止雨水冲刷过程中水分向混凝土层中渗入，同时对混凝土表层起到一定的强化作用。同时由于外表层涂料在渗透过程中还填充弥补了混凝土层表层的孔隙和缺陷，使塔筒的外表层的粗糙度降低，进而降低雨水冲刷过程中对塔筒外层的破坏，提升整体的耐候性。
9.可选的，所述增强纤维包括碳纤维、玻璃纤维、钢纤维中的一种或多种混合。
10.可选的，所述增强纤维的长度为20～100mm。
11.通过采用上述技术方案，增强纤维添加到混凝土中浇注得到混凝土层，在钢筋框架之外还可以形成一套网状纤维结构，增强纤维具有良好的抗拉强度和韧性，其形成的网状结构可以有效提升混凝土层的抗压强度、抗拉强度和抗弯强度，并且混凝土层的冲击韧性等均能得到较大的提升，可以有效降低混凝土表层的开裂。
12.将增强纤维的长度限定在上述范围内，在混凝土浇注过程中增强纤维随着砂浆的流动随机形成网格状，增强纤维的长度太短时导致其不能形成有效的网格结构，对混凝土层性能的增强效果有限；增强纤维的长度过长时在浇注混凝土的过程中相互之间会出现干扰，并且在砂浆中难以分散均匀，导致混凝土层中各部位均一性较差，影响混凝土层的强度。
13.可选的，所述混凝土包括以下重量份的原材料：水泥100～150份，再生骨料350～450份，天然砂100～150份，碎石100～150份，水50～65份。
14.通过采用上述技术方案，混凝土中的骨料以再生骨料、天然砂和碎石混合使用，再生骨料是建筑废弃混凝土经过破碎筛选后重新利用的建筑骨料，将其作为混凝土层的骨料之一，一方面可以起到资源回收利用的目的，减少环境污染；另一方面，再生骨料由于自身孔隙率较高，其质量较之于天然砂更轻，可以在一定程度上减轻塔筒的重量；而外表层的存在也可以在一定程度上抑制再生骨料在雨水冲刷过程中的吸水，降低再生骨料使用的弊端。
15.可选的，所述混凝土层的厚度为80～200mm。
16.第二方面，本技术提供一种风电混凝土塔筒的生产工艺，采用如下的技术方案：一种风电混凝土塔筒的生产工艺，包括以下步骤：s1、按配比称取混凝土的原材料混合，然后加入增强纤维混合，得到纤维砂浆；s2、将钢筋框架置于预制模具中，浇注纤维砂浆，固化后得到混凝土层；s3、取外表层各原材料混合制成防水涂料，将防水涂料涂覆于混凝土层外侧，固化后得到外表层。
17.可选的，所述外表层采用多道滚涂的方式进行涂覆，每道间隔1～2h。
18.通过采用上述技术方案，外表层在混凝土层完全固化后进行涂覆，混凝土层完全固化后其内部和表层结构完全稳定，将防水涂料涂覆到混凝土层表面后可以快速渗透进入到混凝土表层中并填充至混凝土表面的孔隙中，完成对混凝土层表面的强化和防水处理。防水涂料采用多道滚涂的方式进行涂覆，可以让防水涂料充分渗透进入混凝土表层，提升防水涂料的渗透深度，同时减少防水涂料在混凝土层表面的堆积，提升防水涂料对混凝土表层强化的有效性。
19.可选的，所述防水涂料的总用量为5～10
㎏
/m2。
20.通过采用上述技术方案，外表层涂料的使用量过低时涂料渗透深度不够，导致混
凝土层的表面的强化效果不足；而涂料使用量过高时会有较多的涂料附着在混凝土表层，对混凝土层强化的提升有限，也会造成材料的浪费。
21.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.本技术技术方案中，以纤维砂浆包裹钢筋框架制成风电塔筒的主体，具有极高的强度，并且相较于全钢塔筒，混凝土塔筒的耐候性、稳定性和耐腐蚀性能更高，可以在外界环境中保持具有更长的使用寿命和使用稳定性。混凝土层添加增强纤维，增强纤维的存在可以进一步提升混凝土层的抗拉性能和强度，在一定程度上减少钢筋的使用量，降低塔筒整体的重量。在混凝土的外层涂覆外表层，外表层渗透进入混凝土表层中的同时可以封堵混凝土层表面的孔隙，在混凝土层的外侧形成一层防水涂层，可以减少雨水对混凝土层的冲刷破坏和水渗透，进一步提升风电塔筒的耐腐蚀性能。
22.2.本技术技术方案中，外表层涂料以硅酸钠体系为主，硅酸钠在水中具有良好的溶解性，溶解后会形成具有一定粘度的胶状流体，通过与硫酸亚铁和硫酸铝钾的搭配使用，制成的涂料具有良好的渗透性能，可以渗透进入到混凝土层表层并填充到混凝土层的孔隙中干燥固化后在混凝土外侧表层形成一层防水涂层，进而阻止雨水冲刷过程中水分向混凝土层中渗入，同时对混凝土表层起到一定的强化作用。
23.3.本技术技术方案中，混凝土砂浆中搭配一定比例的再生骨料，再生骨料的使用可以起到资源回收利用、减少环境污染的作用，同时由于再生骨料质量轻，可以降低塔筒的总重。
具体实施方式
24.以下结合具体实施例对本技术作进一步详细说明。需要说明的是，以下实施例中未注明具体者，均按照常规条件或制造商建议的条件进行；以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
25.实施例1一种混凝土风电塔筒，包括混凝土层和附着在混凝土层外侧的外表层，混凝土层的厚度为180mm，高度为1.5m，具体制备方法如下：s1、称取100
㎏
水泥、350
㎏
再生骨料、150
㎏
的天然砂(细度模数为2.0)、150
㎏
的碎石、50
㎏
水混合并搅拌均匀，然后加入40
㎏
长度为50
㎜
的玻璃纤维，搅拌混合均匀得到纤维砂浆；s2、将钢筋框架放置在预制环状模板中并固定，向模板中浇注纤维砂浆，纤维砂浆固化后制得混凝土层，然后拆除模板；s3、称取80
㎏
水，分别加入30
㎏
硅酸钠、1
㎏
重铬酸钾、5
㎏
硫酸亚铁、1
㎏
硫酸铝钾混合均匀制成防水涂料，将防水涂料滚涂在混凝土层外侧表面，防水涂料用量为5
㎏
/m2，防水涂料固化后形成外表层。
26.实施例2～5实施例2～5与实施例1的区别在于，混凝土层和外表层原材料的组分配比不同，具体组分配比参照表1，其余均与实施例1保持一致。
27.表1：实施例2～5原材料组分配比(
㎏
)
对比例1本对比例与实施例1的区别在于，不设置外表层，其余均与实施例1保持一致。
28.对比例2本对比例与实施例1的区别在于，使用等量的再生骨料代替增强纤维，其余均与实施1保持一致。
29.性能检测试验参照gb/t 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，取实施例混凝土原材料制作标准试块，测量标准试块7d和28d的抗压强度，以及28d抗拉强度；参照gb/t 50082-2009《普通混凝土长期性与耐久性试验方法与标准》测试混凝土风电塔筒的在150次干湿循环次数下的抗压强度腐蚀系数。
30.实施例1～5及对比例1、2性能检测结果见下表2。
31.表2：实施例1～5及对比例1、2性能检测结果通过表2中的数据可以看出，本技术技术方案中的混凝土风电塔筒以混凝土结构
为主体，在混凝土层的外侧涂覆防水涂料形成具有防水效果的外表层，防水涂料在滚涂的过程中会渗透进入到混凝土层中，渗透深度超过10mm，防水涂料固化后会将混凝土层的表层进行进一步的填充，进而形成一层防水阻水层，使得混凝土塔筒在户外雨水冲刷的过程中可以减少水分的渗透，同时由于防水涂料填充了混凝土表面的孔隙，混凝土表层的粗糙度大幅降低，使得外界环境对塔筒表层的破坏进一步减弱。通过实施例1及对比例1和对比例2中的数据可以看出，外表层的存在导致混凝土层的耐腐蚀性能明显提升。在混凝土层添加增强纤维后混凝土的强度也得到了明显的提升。
32.实施例6本实施例与实施例1的区别在于，增强纤维为玻璃纤维和钢纤维1:1混合得到，其余均与实施例1保持一致。
33.实施例7本实施例与实施例1的区别在于，增强纤维的长度为150mm，其余均与实施例1保持一致。
34.实施例8本实施例与实施例1的区别在于，防水涂料的用量为10
㎏
/m2，其余均与实施例1保持一致。
35.实施例9本实施例与实施例1的区别在于，防水涂料的用量为2
㎏
/m2，其余均与实施例1保持一致。
36.实施例10本实施例与实施例1的区别在于，在制备过程中，防水涂料采用多道滚涂工艺，具体工艺如下：s1、按配比称取水泥、再生骨料、的天然砂(细度模数为2.0)、的碎石、水混合并搅拌均匀，然后加入玻璃纤维，搅拌混合均匀得到纤维砂浆；s2、将钢筋框架放置在预制环状模板中并固定，向模板中浇注纤维砂浆，纤维砂浆固化后制得混凝土层，然后拆除模板；s3、按配比称取水，分别加入硅酸钠、重铬酸钾、硫酸亚铁、硫酸铝钾混合均匀制成防水涂料，将防水涂料分三道滚涂在混凝土层外侧表面，防水涂料第一道滚涂用量为3
㎏
/m2，后两道滚涂用量均为3
㎏
/m2，防水涂料固化后形成外表层。
37.其余均与实施例1保持一致。
38.实施例6～10性能检测结果见下表3。
39.表3：实施例6～10性能检测结果
通过表3中的数据可以看出，玻璃纤维和钢纤维混合作为增强纤维使用对混凝土层的强度有一定的提升作用，这可能是因为钢纤维与混凝土之间的连接强度更高导致的。增强纤维的超出本技术限定的范围后混凝土层的强度有一定的下降，可能是因为增强纤维的长度过长导致其在混凝土中分散不均匀，导致混凝土层的一致性较差。而防水涂料用量过少导致外表层对混凝土层表面的强化效果较差，并且防水效果不足，耐腐蚀性能有一定的下降。通过实施例中的数据可以看出，多道滚涂的方式涂覆防水涂料形成的外表层，混凝土层的耐腐蚀性能更好，这可能是因为防水涂料的渗透更深，对混凝土表层的强化效果更好。
40.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种混凝土风电塔筒，其特征在于，包括混凝土层和涂覆于混凝土层外侧的外表层，所述混凝土层由纤维砂浆浇注制成，所述纤维砂浆包括混凝土和增强纤维，增强纤维占混凝土的质量比为5~15%，所述混凝土层内部设置有钢筋框架，所述外表层渗入所述混凝土层的表层。2.根据权利要求1所述的一种混凝土风电塔筒，其特征在于，所述外表层包括以下重量份的原材料：水80~120份，硅酸钠30~50份，重铬酸钾1~5份，硫酸亚铁5~10份，硫酸铝钾1~5份。3.根据权利要求1所述的一种混凝土风电塔筒，其特征在于，所述增强纤维包括碳纤维、玻璃纤维、钢纤维中的一种或多种混合。4.根据权利要求3所述的一种混凝土风电塔筒，其特征在于，所述增强纤维的长度为20~100mm。5.根据权利要求1所述的一种混凝土风电塔筒，其特征在于，所述混凝土包括以下重量份的原材料：水泥100~150份，再生骨料350~450份，天然砂100~150份，碎石100~150份，水50~65份。6.根据权利要求1所述的一种混凝土风电塔筒，其特征在于，所述混凝土层的厚度为80~200mm。7.权利要求1~6任一项所述的一种风电混凝土塔筒的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：s1、按配比称取混凝土的原材料混合，然后加入增强纤维混合，得到纤维砂浆；s2、将钢筋框架置于预制模具中，浇注纤维砂浆，固化后得到混凝土层；s3、取外表层各原材料混合制成防水涂料，将防水涂料涂覆于混凝土层外侧，固化后得到外表层。8.根据权利要求7所述的一种混凝土风电塔筒的生产工艺，其特征在于，所述外表层采用多道滚涂的方式进行涂覆，每道间隔1~2h。9.根据权利要求7所述的一种混凝土风电塔筒的生产工艺，其特征在于，所述防水涂料的总用量为5~10
㎏
/m2。

技术总结
本申请涉及一种混凝土风电塔筒，涉及风电技术的领域，混凝土风电塔筒包括混凝土层和涂覆于混凝土层外侧的外表层，所述混凝土层由纤维砂浆浇注制成，所述纤维砂浆包括混凝土和增强纤维，所述混凝土层内部设置有钢筋框架，所述外表层渗入所述混凝土层的表层。本申请混凝土层添加增强纤维，增强纤维的存在可以进一步提升混凝土层的抗拉性能和强度，在一定程度上减少钢筋的使用量，降低塔筒整体的重量。在混凝土的外层涂覆外表层，外表层渗透进入混凝土表层中的同时可以封堵混凝土层表面的孔隙，在混凝土层的外侧形成一层防水涂层，可以减少雨水对混凝土层的冲刷破坏和水渗透，进一步提升风电塔筒的耐腐蚀性能。风电塔筒的耐腐蚀性能。


技术研发人员：汪立新 杨志锋
受保护的技术使用者：长沙锦峰重工科技有限公司
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/6/12