视觉设计：魏小默 程向菁菁一场由美国垦务局举办的国际大坝技术交流活动，在科罗拉多州技术中心举行。当时，作为三峡集团混凝土科研攻关负责人的李文伟代表三峡集团参加交流会议。主持人不太确信地询问，三峡工程是否有新技术可以介绍。就在4个多月前，世界规模最大的混凝土大坝在长江西陵峡全线建成。在十余年的建设过程中，三峡工程攻克了诸多世界级技术难题，创下了100多项世界之最和934项发明专利。满满的技术自信和民族自豪让李文伟立即站起来说：“我们有新东西要介绍！”其后，李文伟向大会作三峡工程技术报告，全面介绍了三峡工程的技术水平、中国发展现状，以及中国工程师建设三峡工程的科学态度。他的报告在会场引起强烈反响。李文伟满怀激情地说，2000多年前中国古人建造的都江堰水利工程，现在仍在发挥作用。1936年美国建成的当时最大的胡佛水电站大坝，成为世界水电中心，全世界水电技术人员都去参观学习，引领了水电大坝建造技术。今天，中国正在建设全球规模最大的水利枢纽——三峡工程，明天必将创造世界水电工程典范。如今，回想起那次美国之行的交流发言，回顾三峡工程如何突破大体积混凝土温控防裂和耐久性保障技术，李文伟仍感慨万千。三峡工程论证期间，有一个为世人关注的重大课题，就是三峡大坝长期耐久性问题。
在三峡工程建设之前，国内外都建了很多大坝，中国大坝研究机构调研了九十多座大坝，都不同程度地存在混凝土渗漏、开裂等现象，一方面是因为水泥水化热高、混凝土温升高导致温降收缩大，另一方面也有混凝土设计和配制技术不适应的原因。混凝土质量决定大坝“寿命”。传统的大坝混凝土设计理念以提高混凝土强度为主。而事实上，随着强度越来越高、建设速度越来越快，混凝土开裂现象也会加剧。“强度只是大坝混凝土的一个方面，我们需要综合衡量大坝混凝土的多个性能。”李文伟说，“如何研制一款适合三峡工程的高耐久性混凝土，不能仅仅以强度来衡量它，我们需要突破和改变大坝混凝土的设计理念。”大家逐步从“以强度为主”的传统设计理念里跳出来，认识到大坝混凝土是多项性能、多个指标的多目标综合决策。“我们把思维从高强度、高速度转变到高耐久、高质量，有了这个转变，才能静下心来思考高质量高耐久混凝土怎么去配制它。”李文伟说，设计理念一转变，接下来，技术路线、材料选择就要跟着变。“我们从材料选择入手，当时选择的是抗冻耐久性、抗裂性更好的中热硅酸盐水泥和一级粉煤灰，根据三峡大坝特殊要求，对中热水泥进行了改进，使它成为具有微膨胀特性的中热硅酸盐水泥。在国家标准的基础上，对它的性能指标提出了更严格的要求，或者说是更科学、更精细化的要求。”李文伟说。选定新材料后，三峡集团明确了一条以“低用水量、低水胶比、高粉煤灰掺量”为特征的配制混凝土技术路线。通过比较研究，三峡集团提出使用中热硅酸盐水泥，同时选用一级粉煤灰，并逐步提升粉煤灰掺量，使得大坝混凝土耐久性得到提升。同时，三峡大坝采用定制水泥，各项定制指标要求都高于国家标准，完全满足工程要求。就这样，通过材料优选和技术路线优化，最后配制出来的混凝土完全满足三峡工程高耐久性的特殊要求。
经过20余年的科技攻关，李文伟带领科研团队不断试验、持续探索，从全国数百家水泥厂中甄选出8家水泥厂，通过上百种配比试验，终于调试出适用于三峡大坝的高耐久混凝土。三峡大坝使用中热水泥混凝土技术，满足了三峡工程高耐久性要求。2006年5月，三峡大坝全线浇筑到顶。经过多次抽取混凝土芯样验证，整个大坝混凝土砂子、石子分布均匀，胶结很好，大坝质量优良。“长江三峡枢纽工程”荣获2019年度国家科学技术进步奖特等奖，大坝混凝土长期性能及耐久性保障关键技术是其创新内容的重要组成部分之一。2021年4月24日，三峡坝区。
这一天正好是习近平总书记考察三峡工程三周年的日子，由三峡集团、东南大学、江苏省建科院共建的“水工混凝土联合实验室”在三峡坝区揭牌。这个实验室的主要任务就是以三峡集团水电工程为重点，跟踪研究水工混凝土长期性能演变规律以及耐久性技术提升，解决水工混凝土领域基础性、关键性、长远性问题，打造“专而精”的科研平台。两年后的2023年2月13日，马洪琪、张超然、缪昌文、钮新强、孔宪京、李华军、刘加平等7位中国工程院院士齐聚湖北武汉，对水工混凝土研究机构的发展建言献策。自三峡工程开工建设以来的30年时间里，三峡集团一直致力于水电大坝新材料新技术的研发。作为实验室负责人，李文伟带领团队围绕三峡工程、向家坝、溪洛渡、白鹤滩、乌东德等国家重大工程需求，牵头承担国家重点研发和自然科学基金项目，解决了混凝土耐久性、温控防裂、高效施工等关键技术难题，为重大工程的成功建设和安全运维作出了积极贡献。李文伟坦言，三峡集团有“追求完美极致”的基因。30年来，在筑坝材料方面，三峡集团实现了“两次飞跃”：三峡工程建设从原来使用矿渣水泥飞跃到使用中热硅酸盐水泥，乌东德、白鹤滩大坝建设又从使用中热硅酸盐水泥飞跃到使用低热硅酸盐水泥。“两次飞跃”推动了世界坝工技术进步。2003年，三峡集团联合中国建材总院等科研院所成功研发出低热水泥，填补了国内空白，成为中国特有的专利技术。同年，三峡集团挥师金沙江，完成溪洛渡、向家坝水电站建设，这两座大坝局部应用了低热水泥混凝土，发现温控防裂效果很好。在三峡工程、溪洛渡和向家坝水电站研究应用的基础上，三峡集团技术团队参照研究中热水泥的技术方法，根据大坝混凝土的特性，对低热水泥展开深入系统的研究，直到其性能和品质全面实现超越。乌东德、白鹤滩水电站均是在干热河谷建设高拱坝，建设条件、施工环境都发生了变化，温控防裂要求更高，挑战更加严峻。从温控防裂角度，三峡集团决定推出低热水泥混凝土的技术路线，把三峡试用、溪洛渡和向家坝局部应用取得成功的低热水泥混凝土技术推广到乌东德、白鹤滩水电站大坝建设。低热水泥混凝土技术研究应用，成为见证我国水电建设水平提升的一个重要窗口。清晨，坝顶传来一片欢呼声，打破了金沙江两岸的沉寂。随着缆机提引绳的均匀提升和缓缓下降，30余米长的“神针”从坝顶中央缓缓拔起，类似花岗石颜色的混凝土芯样稳稳矗立在坝头。这是世界第二大水电工程——白鹤滩水电站第6次从大坝上钻取混凝土长芯样，这一次破纪录取出一根长度为36.74米的芯样。一眼望去，芯样有13层居民楼那么高。大坝混凝土质量是关乎整个工程生命的重中之重。要想直观了解大坝混凝土内部质量情况，常用方法是选择在大坝不同部位进行混凝土取芯检查。通过钻取芯样，能够直观观察坝体内部混凝土是否密实，有无气泡，浇筑层之间结合是否紧密等情况。2001年4月至2002年6月，正是三峡二期工程建设期间，为检验三峡工程混凝土质量水平，建设者们在永久船闸、左岸非溢流坝段、左岸厂房、泄洪坝段、右岸纵轴坝身段选择了365个检验孔，共钻取6439.49米混凝土芯样。检验发现，混凝土芯样骨料分布均匀、胶结密实、表面光滑。这些芯样成为见证三峡工程混凝土质量的珍贵资料。继三峡工程之后，向家坝、溪洛渡、乌东德、白鹤滩4座巨型水电站先后建成，分别选择工程部位钻取混凝土芯样，从几米到十几米，又从十几米到二十几米，再到三十多米，完成了一次又一次的突破。一根混凝土芯样，就是大坝的一个“基因切片”。它又像一枚“芯片”，记录着大坝混凝土的位置、高度、浇筑日期、配合比、力学性能、耐久性能等主要信息，见证着水电大坝从首仓混凝土浇筑到最后巍然屹立的全过程。
▲白鹤滩水电站（资料图片）
以白鹤滩大坝为例。白鹤滩水电站地处干热河谷，局地气候恶劣，昼夜温差大，大风天气多，大坝体形复杂、孔口多、浇筑块大，混凝土温控问题更为突出。工程必须有更高的抗裂安全设计，采用国内外类似工程的温控措施，已难以保证拱坝的抗裂安全，工程必须要有更高的抗裂安全设计。为此，结合白鹤滩、乌东德水电站工程的重要性和特点，三峡集团牵头承担了“十二五”“十三五”国家重大科技项目，并组织国内顶尖科研单位开展低热水泥混凝土技术研究工作，从微观上对水泥的水化产物、机理、微观结构等演变做了更深入研究，微调水泥配方，使低热水泥混凝土的绝热温升更低，干缩更小，自生体积变形呈微膨胀性特性更明显，抗裂性能更好，综合抗裂能力提高10%以上。同时，实现了规模化稳定生产，生产成本接近中热水泥。“三峡集团联合中国建筑材料院、嘉华水泥厂等单位开展攻关，最终在国内外首次实现高性能低热水泥工业化生产，并制定出低热水泥的国家标准。与美国生产的低热水泥相比，中国研制的低热水泥的强度提高100%。”三峡集团白鹤滩工程建设部原主任汪志林这样说。白鹤滩大坝为300米级特高混凝土双曲拱坝，坝体混凝土总方量803万立方米，“体积”超过3个胡夫金字塔。它总共分为31个坝段进行浇筑，每个坝段又是一层层浇筑起来。层与层之间的结合处、混凝土砂浆与骨料的结合处是否紧密，成为影响混凝土芯样长短的重要因素。“如果层间结合不好，混凝土芯样钻到此处就会断开，无法取出长芯。相反，如果层间结合紧密，混凝土芯样就会连续，长度也会更长。”三峡集团白鹤滩工程建设部教授级高级工程师孙明伦描述。经过1511个日夜的奋战，2021年5月31日白鹤滩大坝全线浇筑到顶。白鹤滩大坝建设形成了引领世界的“温控”经验，真正建成“无缝大坝”，创造了世界坝工史上的奇迹。2021年，从白鹤滩大坝取出25.7米长的混凝土完整芯样；2022年，从白鹤滩大坝取出34.86米长的混凝土芯样；2023年又从大坝取出长36.74米、直径245毫米的混凝土芯样。这些混凝土长芯全部“内实外光”，骨料分布均匀，层间结合良好，长度连续打破自己创立的世界纪录。
“自白鹤滩水电站蓄水以来，各项监测数据正常，大坝运行状态良好。截至目前，白鹤滩大坝没有出现一条温度裂缝。”孙明伦说。根根大坝“芯”，确保千年大计，代表中国水平，见证中国信心。编辑：陈晓英 任贤 杨思恒
美编：熊鑫 王于成（实习）
