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        他用低熱水泥成就“無裂縫大壩”

        2022-07-13 21:32:02孫瑜
        科學(xué)導(dǎo)報 2022年41期
        關(guān)鍵詞:中國建材總院三峽工程

        孫瑜

        6月28日,白鶴灘水電站迎來首批機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電一周年。

        白鶴灘水電站大壩是首次全壩使用低熱水泥的300米級特高拱壩。在低熱水泥出現(xiàn)并應(yīng)用于全壩前,“無壩不裂”一直是回響在水電站建設(shè)者心頭的一道“魔咒”。

        低熱水泥,全名為低熱硅酸鹽水泥,屬于特種水泥,是中國建筑材料科學(xué)研究總院有限公司(以下簡稱中國建材總院)水泥科學(xué)與新型建筑材料研究院(以下簡稱水泥新材院)院長文寨軍研究團(tuán)隊(duì)的“代表作”。和普通水泥相比,它具有低熱、微膨脹、高抗裂、高耐久等優(yōu)點(diǎn),各項(xiàng)性能全面優(yōu)于傳統(tǒng)中熱水泥混凝土,被譽(yù)為大壩“退燒藥”。

        從青年階段研發(fā)低熱水泥、跑遍大江南北進(jìn)行推廣,到如今作為管理者讓低熱水泥應(yīng)用于重大項(xiàng)目……工作30年來,文寨軍在特種水泥研發(fā)領(lǐng)域不斷深耕,為國家水電工程構(gòu)筑起堅(jiān)實(shí)的屏障。

        1994年,舉世矚目的三峽工程正式開工。為了完成這一具有世界影響力的標(biāo)志性工程,中國建材總院聯(lián)合中國長江三峽集團(tuán)有限公司等單位,合力研發(fā)了具有微膨脹性能的中熱水泥,水泥質(zhì)量和性能均取得突破,助力三峽工程高質(zhì)量建設(shè)。

        中熱水泥是當(dāng)時國內(nèi)建設(shè)大型水電工程的主要基礎(chǔ)材料。由于混凝土體量龐大、散熱較慢,其積蓄的熱量會產(chǎn)生溫度應(yīng)力,若溫度應(yīng)力超過抗拉強(qiáng)度,大壩就可能開裂。通過材料創(chuàng)新有效降低水泥水化熱、提升水泥力學(xué)性能,是解決大壩混凝土溫度裂縫的重要技術(shù)路徑。

        劉克忠、文寨軍、王晶等中國建材總院核心研究人員廣泛查閱國內(nèi)外文獻(xiàn),希望通過反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)等方式,研發(fā)一種“超低水化熱”的水泥。

        他們發(fā)現(xiàn),美國的胡佛大壩等工程使用了低熱水泥,較好地解決了大壩裂縫問題,但在這些工程中,低熱水泥早期強(qiáng)度偏低,需要與普通硅酸鹽水泥搭配使用,否則難以達(dá)到工程對于水泥性能和施工的要求。這極大地制約了低熱水泥的推廣應(yīng)用。

        若能解決低熱水泥早期強(qiáng)度偏低的問題,那么溫度裂縫、工程施工等問題是否就可迎刃而解了呢?自此,他們開始了低熱水泥的自主研發(fā)歷程。

        “剛開始大家都不知道該怎么搞,只能不停地定方案、燒爐子、調(diào)配方,加班加點(diǎn)地進(jìn)行試驗(yàn)?!敝袊ú目傇航淌诠S華回憶道。

        文寨軍將研制低熱水泥的過程,比喻為“熬制特殊中藥”:炮制雖繁必不敢省人工,品味雖貴必不敢減物力?!翱蒲泄ぷ魇呛芷D苦的,工程應(yīng)用是很謹(jǐn)慎的,開發(fā)過程是十分漫長的??刹徽撗兄七^程多么繁瑣、工藝多么復(fù)雜,為確保‘療效’顯著,不敢有半點(diǎn)懈怠;不論配方多么難求、藥材多么稀缺,為出珍品,不敢有半點(diǎn)吝嗇,要反復(fù)實(shí)驗(yàn)、一直熬制?!彼f。

        依托多個國家科技攻關(guān)項(xiàng)目,歷經(jīng)成百上千次試驗(yàn),文寨軍及其同事成功突破傳統(tǒng)硅酸鹽水泥的組成限制,解決了高活性晶型貝利特礦物的穩(wěn)定和活化這一國際難題,攻克了低熱水泥穩(wěn)定制備技術(shù),研制出了大壩“退燒藥”?!暗蜔崴啾戎袩崴嗟乃療峤档?0%,比普通水泥低30%?!蔽恼娊榻B道。

        這一成果于1998年被試用在北京首都國際機(jī)場2號航站樓的建設(shè)工程中。隨后,他們還在其他工程試用了低熱水泥,為低熱水泥后續(xù)大規(guī)模應(yīng)用積累了寶貴的工程數(shù)據(jù)。

        文寨軍至今非常感慨:“低熱水泥‘誕生’于三峽工程。三峽工程完工還未蓄水時,站在大壩前,我仰望這個龐然大物,覺得人類非常渺小,可渺小的人類竟然能夠建造如此偉大的工程,更深感人類智慧的偉大?!?/p>

        2006年,“高性能低熱硅酸鹽水泥(高貝利特水泥)的制備技術(shù)及應(yīng)用”獲得國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。

        自2005年起,低熱水泥先后被用于大渡河沙坪、枕頭壩、深溪溝、猴子巖電站以及雅礱江錦屏官地等水電站的建設(shè)。近年來,涉及上千億投資、裝機(jī)容量加起來超過三峽工程的烏東德水電站和白鶴灘水電站,全壩都應(yīng)用了低熱水泥。

        “一個超級水電工程投資高達(dá)幾千億元,選用或更換一種材料非常難,必須經(jīng)過充分論證?!蔽恼娀貞浀?,有時候,他能在一個低熱水泥技術(shù)論證會上見到10多位院士,搞材料的、結(jié)構(gòu)的、溫控的專家都來了。

        為了讓工程方應(yīng)用低熱水泥,文寨軍跑遍大江南北推廣“監(jiān)理”模式——派技術(shù)人員進(jìn)駐大型水電工程水泥供應(yīng)商,解決特種低熱水泥在生產(chǎn)及應(yīng)用中出現(xiàn)的技術(shù)問題,從細(xì)節(jié)和源頭入手,嚴(yán)格把控水泥質(zhì)量。

        “要保證工程不出問題,就要從細(xì)節(jié)抓起、從源頭抓起。只有這樣才有可能建造出‘無裂縫大壩’?!蔽恼姳硎荆氨O(jiān)理模式”打破了原有單一的技術(shù)合作模式,一方面確保了重大工程用水泥質(zhì)量,在水泥企業(yè)和工程之間架起了一座橋梁;另一方面發(fā)揮了他們的技術(shù)優(yōu)勢,豐富了業(yè)務(wù)合作模式,通過產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同,彼此成就。

        駐廠監(jiān)理長期駐守在水泥生產(chǎn)一線,沒有節(jié)假日。文寨軍十分理解一線工作人員的不易,到了春節(jié),為了讓駐廠員和家人團(tuán)聚,他趕赴駐廠現(xiàn)場執(zhí)行監(jiān)理工作。

        至今,中國建材總院教授劉云還記得文寨軍“沖”在前面的身影。“有年夏天,我們前往大崗山工地現(xiàn)場,途中遇到泥石流,車被堵在路上,整車人危在旦夕。是文寨軍帶領(lǐng)我們一起想辦法,才脫離了險境?!?/p>

        近年來,我國水電開發(fā)進(jìn)一步向各流域上游推進(jìn),那里地質(zhì)條件復(fù)雜、山高坡陡、對外交通條件惡劣,而文寨軍總是主動帶隊(duì)去現(xiàn)場了解業(yè)主需求,鼓勵年輕人克服高原環(huán)境及交通條件差等各種困難。

        這樣以身作則,是他培養(yǎng)青年技術(shù)骨干的重要方式。

        “文院長能吃苦、下得了功夫。我們常晚上為了完成某項(xiàng)科研任務(wù),加班加點(diǎn)。但即使我們加班到很晚,走的時候依然能看到文院長辦公室還亮著燈。經(jīng)年累月,很多的節(jié)假日,文院長都是在工作崗位上度過的,他用實(shí)際行動為我們上了最好的一課。”劉云說。

        文寨軍的學(xué)生黃文說:“我以研究生身份剛進(jìn)入特種水泥研發(fā)團(tuán)隊(duì)時,由于方法掌握不好,常常事倍功半。文院長將這一切都看在眼里,常和我討論問題、引導(dǎo)我不斷嘗試?!?/p>

        此外,文寨軍還大力提拔年輕干部,給年輕人更多機(jī)會。對于年輕干部,剛開始大家還有些擔(dān)心:他們能否挑起大梁?“年輕人精力好,有沖勁、干勁,只要能包容失敗,再加上我們老同志保駕護(hù)航,出不了問題?!蔽恼娬f。

        同時,文寨軍還用研發(fā)、推廣低熱水泥的經(jīng)驗(yàn),鼓勵遇到困難的青年科研人員?!暗蜔崴鄤傇囉脮r,應(yīng)用效果不太好,我就根據(jù)工程反饋反復(fù)修改、反復(fù)完善。辦法總比困難多,一定要挺直腰桿往前走,昂首闊步向前沖?!彼f。

        回首30年工作歷程,文寨軍說:“一輩子能做好低熱水泥研發(fā)、成果轉(zhuǎn)化這件事,我很自豪。堅(jiān)守是一件很難的事情,如果可以堅(jiān)持一生,那將會是一個很了不起的成就。”

        未來,文寨軍將繼續(xù)積極與大型央企、研究院所談合作,推動性能更優(yōu)的低熱水泥大規(guī)模應(yīng)用在川藏鐵路上。

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