Подливки для ветрогенераторов: фундаменты и фланцы башен

Зачем ветроустановке подливка

Башня ветрогенератора не стоит на бетоне напрямую. Между нижним фланцем стальной башни (или опорным кольцом анкерной корзины) и фундаментом после выверки остаётся зазор, и его заполняют подливочным составом. Этот слой толщиной от нескольких сантиметров до десятков сантиметров передаёт на фундамент вес башни, гондолы и ротора, а главное — переменный изгибающий момент от ветра и вращения лопастей. Если подливка раскрошится или осядет, анкерные болты теряют натяжение, соединение начинает «дышать», и ремонт узла на работающей установке обходится несравнимо дороже, чем правильно выбранный материал на этапе строительства.

Поэтому для ветроэнергетики производители выпускают отдельные линейки — сверхпрочные цементные подливки классов C80/95–C100/115 и выше, а также специальные эпоксидные составы. От обычных безусадочных смесей под насосы и колонны они отличаются прочностью и жёсткостью, подтверждённым сопротивлением усталости и тем, что рассчитаны на перекачку насосом больших объёмов за одну непрерывную заливку.

Где в ветроустановке нужна подливка

• Стальная башня на анкерной корзине. Самая распространённая схема наземного фундамента: верхнее и нижнее стальные кольца, соединённые длинными анкерными болтами, забетонированы в теле фундамента. Нижнюю секцию башни ставят на подкладки, выверяют, заполняют зазор под фланцем подливкой и только потом натягивают болты.
• Опорная плита или фланец на закладных болтах. Принцип тот же: подливка — единственный слой, через который нагрузка переходит со стали на бетон.
• Бетонные и гибридные башни. Горизонтальные швы между сборными железобетонными сегментами и переход от бетонной части к стальной заполняют высокопрочным раствором.
• Морские фундаменты. Соединения моносваи с переходной секцией, сваи в гильзах опор решётчатого типа, заполнение полостей под водой — для них существуют отдельные составы, которые поставляют навалом и непрерывно перекачивают сотнями тонн.

Анкерная корзина: что важно для подливки

В фундаменте с анкерной корзиной болты проходят через бетон в защитных оболочках и не сцепляются с ним — так болт работает на растяжение по всей длине и его можно натянуть с расчётным усилием. После установки нижней секции башни зазор между фланцем (или верхним кольцом корзины) и бетоном заполняют подливкой. Натяжение болтов допускается только после того, как раствор наберёт прочность, установленную изготовителем турбины или проектом: весь сжимающий эффект предварительного напряжения ложится на подливочный слой.

Отсюда практические правила, которые повторяются в проектах: раствор не должен попасть в оболочки болтов (их верх перед заливкой, как правило, герметизируют); кольцевой зазор заполняют целиком, без воздушных карманов, непрерывной заливкой из одной точки или одного сектора; прочность к моменту натяжения подтверждают испытанием образцов, которые твердели в условиях площадки. Некоторые составы созданы именно под эту схему — например, в листе SikaGrout-9370 прямо указано применение с анкерными корзинами.

Чем подливка под башню отличается от подливки под оборудование

• Усталость. За срок службы установки соединение проходит сотни миллионов циклов нагружения. Поэтому важна не только прочность на сжатие, но и подтверждённое испытаниями сопротивление усталости: производители ветровых подливок ссылаются в листах на усталостные испытания и сертификаты, а там, где цифр нет, протоколы стоит запросить до выбора материала.
• Высокое постоянное давление. Натянутые болты прижимают фланец к подливке с большим усилием. Нужны высокий класс прочности, высокий модуль упругости и малая ползучесть — чтобы слой не «проседал» и натяжение болтов не падало.
• Толстые слои и большие объёмы. Высота подливки под фланцем бывает заметно больше, чем под насосом, а кольцо длиной в десятки метров заливают за один раз. В листах ветровых подливок указаны минимальная и максимальная толщина, диаметр и длина шлангов для перекачки, время сохранения подвижности.
• Ранняя прочность и график монтажа. Кран для монтажа башни стоит дорого, а натяжение болтов ждёт подливку. Составы различаются прочностью через сутки и скоростью набора прочности на холоде — это прямо влияет на сроки.
• Требования изготовителя турбины. Изготовители ветроустановок задают собственные требования к подливке, а часть составов разработана под конкретную платформу: Fosroc выпускает Conbextra VG для фундаментов Vestas и Conbextra SG для фундаментов Siemens, а лист SikaGrout-9200 называет фундаменты наземных установок VESTAS. Выбор материала согласуют с поставщиком турбины и проектировщиком.

Цементная или эпоксидная

Основной объём подливок под стальные башни выполняют сверхпрочными цементными составами: их перекачивают насосом, заливают толстыми слоями и готовят на площадке в любом нужном количестве. Эпоксидные составы для ветроэнергетики применяют там, где их предусматривает конструкция узла: они быстрее набирают прочность и прочнее на растяжение, но дороже, чувствительнее к температуре и ограничены по толщине одной заливки из-за тепла реакции. Типы не взаимозаменяемы без согласования с проектировщиком — у них разные модуль упругости, ползучесть и требования к основанию.

Порядок работ на площадке

• Основание. Цементное молоко и слабый слой бетона удаляют до прочного заполнителя, поверхность очищают. Для цементных подливок основание заранее насыщают водой в течение времени, указанного в листе, а перед заливкой убирают лужи; для эпоксидных — оставляют сухим.
• Опалубка. Прочная и герметичная по всему кольцу, с запасом высоты для напора и с местами выхода воздуха. Утечка цементного молока через щели оставляет у края раковины.
• Смешивание. Только смесители принудительного действия с высоким усилием сдвига, количество воды — строго в пределах листа. Перед началом проверяют пробный замес, готовят запас материала и резервный смеситель или насос: остановка посреди кольца недопустима.
• Подача. Непрерывно, с одной стороны или из одной точки, насосом или через напорную воронку, без вибрирования, если лист не разрешает иного.
• Контроль. Из замесов отбирают образцы (кубы или призмы по методике, указанной в листе и проекте); их результаты — основание для натяжения болтов. Записывают температуру воздуха, основания, сухой смеси и воды.
• Уход. Открытые поверхности сразу укрывают: влажная мешковина, плёнка или состав для ухода. Пересыхание кромки на ветру и солнце даёт трещины у края фланца.

Жара, мороз и ветер: условия Центральной Азии

Ветропарки в Узбекистане и соседних странах строят на открытых степных и пустынных площадках. Летом металл фланца и бетон на солнце нагреваются гораздо сильнее воздуха, а у ветровых подливок верхняя граница применения обычно лежит в пределах +30…+40 °C. В жару заливку планируют на ночь или раннее утро, мешки и воду держат в тени, используют охлаждённую воду и затеняют зону работ. Зимой нижняя граница — от 0…+2 до +5 °C в зависимости от марки — требует тепляка, подогрева основания и затворения тёплой водой в пределах, которые разрешает технический лист; до набора прочности подливку защищают от замерзания. Сильный ветер с пылью ускоряет испарение воды из свежего раствора, поэтому укрытие сразу после заливки — не формальность, а условие получения проектной прочности.

Что смотреть в техническом листе

• класс прочности (например, C80/95, C90/105, C100/115) и прочность на сжатие через 1, 7 и 28 суток с указанием формы образцов и температуры;
• прочность через сутки и при пониженной температуре — от неё зависит, когда можно натягивать болты;
• модуль упругости и прочность на растяжение при изгибе;
• подтверждение сопротивления усталости — на какие испытания и сертификаты ссылается лист;
• минимальная и максимальная толщина заливки, возможность и дальность перекачки;
• диапазон температур применения и время сохранения подвижности;
• расширение и усадка;
• для какой платформы ветроустановки создан состав, если лист на это указывает.

См. также: подливочные составы — обзор, цементные подливки, эпоксидные подливки, анкеровка и подливка анкеров, подливка под оборудование.

Материалы для фундаментов ветроустановок

Ниже — карточки справочника с характеристиками по техническим листам производителей. Цифры даны для ориентира: в проект берите значения из актуальной редакции листа той версии, которая будет поставлена.

Цементные подливки для наземных ветроустановок

• SikaGrout-9370 — Sika — прежнее название MasterFlow 9370; для фундаментов с анкерной корзиной, класс C80/95, слой 25–250 мм, применение от +2 до +40 °C.
• SikaGrout-9300 — Sika — прежнее название MasterFlow 9300; с металлическим заполнителем для повышенной пластичности, не менее 120 МПа за 28 сут, слой 30–200 мм.
• SikaGrout-3320 — Sika — с сертификатом на усталость и сниженным углеродным следом, 115 МПа за 28 сут, слой 20–500 мм.
• SikaGrout-3350 — Sika — быстротвердеющая, с сертификатом на усталость, около 120 МПа за 28 сут, слой 20–500 мм.
• SikaGrout-3200 — Sika — быстротвердеющая подливка для стыков и опорных плит башен, около 90 МПа за 28 сут, слой 10–200 мм.
• SikaGrout-9200 — Sika — прежнее название MasterFlow 9200; для фундаментов наземных установок VESTAS, не менее 135 МПа за 28 сут, слой 25–600 мм.
• SikaGrout-9400 — Sika — прежнее название MasterFlow 9400; для фланцев и анкерных болтов башен, от 130 МПа за 28 сут, слой 25–600 мм.
• SikaGrout-4316 — Sika — прецизионная подливка на гидравлическом вяжущем, по данным производителя испытана на усталость по DNV ST C502 для подливок ветроустановок.
• Fosroc Conbextra BB92 — Fosroc — для конструктивных соединений наземных фундаментов и башен из бетонных сегментов, не менее 90 МПа за 28 сут, зазор 10–150 мм.
• Fosroc Conbextra VG — Fosroc — для фундаментов ветроустановок Vestas, класс C100/115, зазор 25–400 мм.
• Fosroc Conbextra SG — Fosroc — для фундаментов ветроустановок Siemens, класс C80/95, зазор 25–150 мм.
• Fosroc Conbextra TA — Fosroc — для фундаментов башен на суше и в зоне приливов, класс C100/115, слой 25–400 мм.
• PAGEL V1/30HF, V1/60HF, V1/0HF — Pagel — сверхвысокопрочные подливки класса C100/115 для сегментов стальных башен, не менее 60 МПа через сутки, применение от +0,5 °C.
• PAGEL HF50 — Pagel — класс C100/115, не менее 115 МПа за 28 сут, в назначениях указана подливка ветрогенераторов.
• PAGEL V1/50HF — Pagel — класс C90/105 для ветроэнергетических установок и сборных элементов.
• Ducorit A2G — ITW (Densit) — класс C70/85, мелкозернистая, слой 10–150 мм, для фланцев стальных башен и стыков бетонных башен.
• Ducorit R5G — ITW (Densit) — класс C100/115, 120 МПа за 28 сут, слой 50–350 мм.
• Ducorit S5R — ITW (Densit) — класс C110/125 для конструктивных соединений фундаментов на суше и на море.
• Mapegrout WT-S — Mapei — сверхпрочная цементная подливка для опорных фланцев и анкерных болтов наземных ВЭУ.
• Mapefill 130 WT — Mapei — высокотекучий безусадочный раствор для анкеровки опорных плит наземных ВЭУ, 130 МПа.
• Fosroc Conbextra BB72-IN — Fosroc — текучая безусадочная подливка для швов сборных башен ветроустановок.

Составы для морских ветроустановок

• SikaGrout-9500 — Sika — прежнее название MasterFlow 9500; с сертификатом DNV, не менее 135 МПа за 28 сут, слой 25–600 мм, укладка от 0 °C.
• SikaGrout-9650 — Sika — прежнее название MasterFlow 9650; поставка навалом, класс C60/75, слой 50–1000 мм.
• SikaGrout-9800 — Sika — прежнее название MasterFlow 9800; для соединений свай с гильзами, класс C90/105, слой 30–600 мм.
• Ducorit S8 — ITW (Densit) — поставка навалом с пневматической перегрузкой, не менее 90 МПа, слой 30–700 мм.
• Ducorit D4 — ITW (Densit) — сверхпрочная подливка для соединений фундаментов ВЭУ и нефтегазовых объектов, 200 МПа.
• Ducorit S5 — ITW (Densit) — сверхпрочная подливка для соединений фундаментов ВЭУ и морских сооружений, 130 МПа.
• Ducorit S2 — ITW (Densit) — высокопрочная подливка для соединений фундаментов ВЭУ и нефтегазовых объектов, 120 МПа.
• Ducorit S1 — ITW (Densit) — высокопрочная подливка для соединений фундаментов ВЭУ и морских сооружений, 110 МПа.

Эпоксидные подливки для ветроустановок

• Five Star XP 250 Epoxy Grout (Wind) — Five Star Products — 172,4 МПа (25 000 psi) за 28 сут, заливка 50,8–457,2 мм (2–18 in) за один приём.
• Five Star XP 230 Epoxy Grout (Wind) — Five Star Products — сверхпрочная подливка для башен ветрогенераторов, 158,6 МПа (23 000 psi) за 28 сут.
• Five Star SP Epoxy Grout PG — Five Star Products — насосная, 113,8 МПа (16 500 psi) через сутки, в назначениях есть основания ветроустановок.
• Five Star DP Epoxy Grout PG — Five Star Products — насосная малоэкзотермичная, глубина заливки 12,7–152,4 мм (0,5–6 in); производитель включает её в подборку решений для ветроэнергетики.
• SikaFlow-648 — Sika — прежнее название MasterFlow 648; трёхкомпонентная эпоксидная подливка, в назначениях которой указаны и ветрогенераторы.
• SikaFlow-690 — Sika — сверхпрочная текучая эпоксидная подливка для ВЭУ, насосов и компрессоров.

Частые вопросы

Можно ли залить фланец башни обычной безусадочной подливкой?

Только если это прямо допускают проект фундамента и требования изготовителя турбины. Как правило, они задают класс прочности, модуль упругости и подтверждённое сопротивление усталости, которых подливки общего назначения не достигают или для которых у них нет испытаний.

Когда можно натягивать анкерные болты?

После того как подливка наберёт прочность, установленную изготовителем турбины или проектом, и это подтверждено испытанием образцов, твердевших в условиях площадки. Время зависит от температуры: листы ветровых подливок приводят прочность через сутки, а у части марок — и при пониженной температуре, но решение принимают по фактическим результатам испытаний.

Можно ли вести подливку зимой?

В пределах температур, указанных в техническом листе, и с защитой от замерзания до набора прочности. Нижняя граница у разных марок разная: например, у SikaGrout-9370 и SikaGrout-9300 — +2 °C, у PAGEL V1/30HF, V1/60HF, V1/0HF — +0,5 °C, у Fosroc Conbextra BB92, SikaGrout-3320 и SikaGrout-3350 — +5 °C. При более низкой температуре нужны тепляк, подогрев основания и материала по рекомендациям производителя.

Почему подливки для ветроустановок такие прочные?

Слой под фланцем сжат натяжением анкерных болтов и одновременно воспринимает переменную нагрузку от ротора. Высокие прочность и жёсткость уменьшают деформации и ползучесть, сохраняют натяжение болтов и дают запас по усталости.

Чем составы для морских ветроустановок отличаются от наземных?

Морские составы рассчитаны на соединения свай и переходных секций, которые заливают большими объёмами, нередко под водой или в зоне прилива, с подачей из бункеров на судне. Для наземных ветропарков Центральной Азии применяют составы для наземных фундаментов; морские марки здесь, как правило, не нужны.

Что согласовать до заказа?

Марку подливки — с проектировщиком и поставщиком турбины; методику и график испытаний образцов — с технадзором; наличие документов, необходимых для применения материала в Узбекистане, — с поставщиком. Зарубежные сертификаты не заменяют национальных требований.