大坝“退烧药” 水泥是如何在洪灾中发挥作用的?

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受近期强降雨影响,长江中下游干流、鄱阳湖水系、洞庭湖水系等多个流域内有7站超历史水位、10站超保证水位、102站超警戒水位。在长江上游水库群联合调度配合下,三峡水库持续削减下泄流量,日均出库流量由7日35000立方米每秒逐步减少,11日已减至19000立方米每秒,有效减轻下游地区防洪压力。

  水库大坝的应用能够有效调节我国东部地区降水季节性分布不均和年际分布不均的情况,对我国的工农业发展和人民生活有着举足轻重的影响。国务院总理李克强在7月8日的国务院常务会议上,明确指出要推进重大水利工程建设。

  但或许很多人不知道铸就水库大坝的水泥并非普通水泥,而被称为大坝的“退烧药”。

  

  低热水泥铸就无缝大坝

  作为我国第四座、世界第七座跨入千万千瓦级行列的超级水电站,乌东德水电站在建设过程中遇到重重阻力。首先,金沙江干热河谷地区,日照强烈,昼夜温差悬殊,高温低湿环境中,温控防裂难度大。

  其次,乌东德大坝为混凝土双曲拱坝,最大坝高270米,大坝底厚51米,厚高比仅为0.19,结构受力复杂,混凝土浇筑质量要求高。从近1800米高的边坡上方俯瞰乌东德大坝,好似一弯鸡蛋壳,轻轻卡在金沙江V型河谷内。

  再者,大坝混凝土高峰年浇筑强度可达95.1万立方米,最高月浇筑强度约10万立方米,混凝土浇筑强度高。

  为破解上述施工难题,保障浇筑质量,中国建材总院联合等多个单位,总结并不断完善研究成果,历经四年多次专家论证,最终决定在乌东德水电站全坝使用低热水泥,而正是低热水泥的应用使“无缝大坝”成为可能。

  目前,乌东德大坝主体、地下厂房、泄洪洞、水垫塘与二道坝等主体工程已全面浇筑完成,至今大坝混凝土没有发现温度裂缝。

  何为低热水泥?

  低热水泥堪称大坝的“退烧药”。众所周知,大坝建设需要浇筑大量混凝土,混凝土中的水泥水化反应会产生热量,使得混凝土浇筑后温度上升,之后再冷却到环境温度,这将形成巨大的温差。如果任由混凝土热胀冷缩,极易产生裂缝。

  高性能低热硅酸盐水泥从提高混凝土耐久性及节能降耗的行业前沿技术高度出发,突破了通用硅酸盐水泥熟料以硅酸三钙(C3S≥50%)为主导矿物的组成设计,在国内外首次实现了以硅酸二钙(C2S≥40%)为主导矿物的工业化生产和规模化应用。

  相较于通用硅酸盐水泥,低热水泥的不同龄期水化放热比通用硅酸盐水泥低20%以上,而28天强度与通用硅酸盐水泥相当、90天以后同龄期强度高出通用硅酸盐水泥10兆帕以上。具有水化热低、放热速率慢、热强比低、后期强度增进率高等优异性能。

  因此,由低热水泥开发的高性能混凝土、高抗裂新型大坝混凝土性能优于三峡工程中所使用的中热水泥大坝混凝土,为解决大体积混凝土由于温度应力而导致的开裂问题提供了更好的技术途径。

  十年技术攻关

  低热水泥的应用并非心血来潮。国外很早就能够生产低热水泥,但是因为早期强度低、生产成本高、影响工期等因素没有得到广泛应用。为了降低低热水泥生产成本,我国5家科研单位早在“九五”期间就开始进行技术攻关。

  据项目负责人早年介绍,从1996年的“混凝土新型胶凝材料的研究“开始,到国家“十五”重点科技攻关计划课题“高贝利特水泥的开发与应用研究”,再到与中国长江三峡工程开发总公司合作开展“高贝利特水泥在水工混凝土的专项应用研究”,直至2006年的国家高技术研究发展计划(西部行动)专题“高海拔高寒地区用低热大坝水泥的研究”,整个项目在10年中经历了从实验室到工业化生产,再到工程应用全过程的艰难考验。

  2006年,中国建筑材料科学研究总院“高性能低热硅酸盐水泥(高贝利特水泥)的制备及应用”项目荣获“年度国家技术发明奖二等奖“。如今,低热水泥广泛应用在包括三峡水电站、白鹤滩水电站、乌东德在内的近20座水电站中,助力大国重器建设。

  超级材料依托超级工程

  整体来看,低热水泥一般只用在水电站大坝、港口等大体积混凝土建设领域。白鹤滩工程建设部教授级高工孙明伦曾指出,“正是因为有白鹤滩水电站这样的巨大需求,相关技术才有了用武之地。没有白鹤滩,低热水泥就没有市场。”

  近期,国务院加强了对重大水利工程项目的部署,同时明确进一步推进西部大开发的指导意见。政策利好下,大批重点项目工程将破土而出,低热水泥前景看好。

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