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      中國能建葛洲壩集團攻克混凝土世界級難題
      來源:葛洲壩集團 作者:易雅文 日期:2020-07-22 字號:[ ]
        近日,中國能建葛洲壩勘測設計公司工程材料研究所獲得中國能建2017-2018年科技創新團隊稱號。研究所技術團隊攻關多年,始終保持與知名高校合作,面向水工高性能材料、智能化檢測技術需求和挑戰,攻克了世界級關鍵技術難題,提出并一套研究高韌性纖維混凝土制備與應用關鍵技術,建立了成熟的技術成果體系,取得顯著的經濟和社會效益,練就成“高性能”技術攻關團隊。
        在去年國家科學技術獎勵大會上,宣布了中國能建葛洲壩勘測設計公司參與的“重大工程結構安全服役的高韌性纖維混凝土制備與應用關鍵技術”榮獲國家技術發明獎二等獎。還未來得及慶祝,該單位副總工、工程材料研究所團隊負責人譚愷炎帶領團隊便馬不停蹄返回宜昌,又投入到其他項目技術攻關中。
        記者便追隨他們的足跡,探尋他們是如何攻關世界級難題。

      與新舊混凝土“過招”,攻克世界級難題

        傳統的新舊混凝土結合,均是以加強界面密合劑化學反應作為研究方向,但始終無法很好解決,這個問題也長期困擾著國內科研人員。
        2005年,為滿足調水需要,南水北調工程丹江口水庫壩頂需進行加高,這也是國內規模最大的大壩加高工程,譚愷炎帶領技術團隊參與相關技術攻堅工作。
        “大壩修建年限長,新舊混凝土在體積變形性能、粘結性能、力學性能等方面存在差異,其結合面處理十分重要。”譚愷炎介紹,新舊混凝土結合是在當時國際上都沒有被完全攻克的世界級難題,沒有可借鑒的先例。
        一開始,技術團隊歷經了加強界面密合劑化學反應作為方向的“誤區”,但在經過上萬次試驗、近一年的時間中,他們總結發現,新舊混凝土結合并非密合劑的強度問題,而是密合劑化學反應的時間問題。
        找到了癥結所在,他們率先破解了水庫加高的難題,發明了一種粘結高效且應變性強的新老混凝土結合界面密合劑,將界面粘結材料設計成超緩凝、體積變形小、強度增長迅速的密合層,填補了新老混凝土粘結密合技術及材料領域的空白。在取得良好經濟效益的同時,對人體和環境也無毒害。該項技術當年獲得湖北省科技進步二等獎,其核心的“密合”技術被廣泛應用于混凝土工程的層間結合中。
        在丹江口水庫大壩加高前,首先需要對大壩斜面貼坡混凝土進行加厚??紤]到丹江口水庫斜面加厚的特殊性,研發一種能使新老混凝土在斜面貼坡結合面上有效聯合受力的方法在技術團隊中應運而生。他們認為,大壩加高不同于新建大壩,在大壩加高施工期間,樞紐仍正常運行,采用常規的爆破方法會損傷壩體,只能采用人工或機械靜力切割法等震動影響較小的施工方式,在壩體斜面切割出一個個三角形鍵槽,使新舊混凝土像鋸齒一樣結合得更加緊密。
        技術團隊對傳統手段進行了比對,最終研制出一種金剛石無震動切割技術,可高效、無損傷營建大規?;炷寥斯ゆI槽,有效提升新老混凝土嚙合力,實現了安全、優質、高效、低成本施工,這也是在國際上首次應用。
        丹江口大壩加高工程于2005年至2011年應用新老混凝土結合界面密合劑及新老混凝土結合面新增人工鍵槽的鋸割靜裂成型方法成果,應用單位認為,“對保證施工進度和質量發揮了重要作用,工程竣工后庫容擴大115億立方米,為南水北調中線供水提供了重要的水源保障。”

      “聯姻”前沿技術,開創混凝土溫控智能化先河

        對于混凝土壩來說,溫度應力導致開裂一直是大體積混凝土結構施工階段的“老大難”問題。技術團隊深知冷卻通水是解決該問題最重要的手段之一,在混凝土內部埋設水管,通入低溫水,帶走水化熱,可以有效避免裂縫的產生。
        21世紀,隨著計算機技術和信息技術的發展,傳統的混凝土也開始與自動化、信息化等前沿技術“聯姻”。中國能建、葛洲壩集團也適時在錦屏一級水電站先后啟動“大體積混凝土冷卻通水智能控制系統研究與應用”研究,工程材料研究所成功攻關“智能化”,開創了施工期溫度自動化控制的先河。
        “作為科技工作者,一定要緊跟時代鼓點。”作為本次技術研究的負責人陳軍琪說,我們設想引進智能控制技術解決通水工作,但起初團隊里對自動化、信息化技術的了解的人員很少,為此,他們便購買了嵌入式系統、各類編程技術等十數本技術類書籍,一頭扎進代碼的世界里。
        對相關技術有了深入了解后,陳軍琪帶隊開展了為期4個月的實地考察,借鑒先進經驗,并加以改進。最終,技術團隊通過在混凝土中埋入數字溫度計,在冷卻水管上安裝流量傳感器,用線纜將數據傳輸至服務器,服務器根據預設溫度曲線,自動完成混凝土冷卻水控制,讓混凝土溫度始終保持在預設水平。
        經過近3年的反復試制、現場試驗、設備調試,該系統于2012年在錦屏一級水電站大批量應用,混凝土按照預設溫度降低到規定溫度,不僅沒有產生裂縫,而且加快了施工進度,并實現60萬方混凝土的自動化溫控。在科技成果鑒定會上,該系統得到了數十位行業權威的好評,中國工程院院士鄭守仁等與會專家一致認為:“這套系統總體達到了國際領先水平,具有廣闊的推廣應用前景。”
        但工程材料研究所并不滿足于此。近年來,物聯網已成為“網紅”,能不能把該系統與物聯網前沿技術相結合呢?他們又開始琢磨。
        經過2年的攻關,2017年,技術團隊成功借助LPWAN、移動通訊等物聯網技術,把現場盤根錯節又極易被破壞的數百根數據線更換成了一臺4G網絡路由器,徹底摒棄了線纜的束縛,實現了全無線的控制,成功將該系統升級到第三代,實現了從“有線”到“無線”的邁進,提高了數據的可靠性和穩定性,并在大藤峽船閘混凝土工程中成功進行了現場應用試驗。
        經估算,該技術產生經濟效益約2.3億元,并先后獲得水力發電科學特等獎、全國電力職工技術成果獎一等獎、教育部技術發明一等獎、中國能建技術發明獎二等獎、葛洲壩集團科技進步一等獎。


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