葛洲壩集團(tuán)攻克混凝土世界級(jí)難題

近日，中國(guó)能建葛洲壩勘測(cè)設(shè)計(jì)公司工程材料研究所獲得中國(guó)能建2017-2018年科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)稱號(hào)。研究所技術(shù)團(tuán)隊(duì)攻關(guān)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(cè)技術(shù)需求和挑戰(zhàn)，攻克了世界級(jí)關(guān)鍵技術(shù)難題，提出并一套研究高韌性纖維混凝土制備與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，建立了成熟的技術(shù)成果體系，取得顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，練就成“高性能”技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)。  

在去年國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，宣布了中國(guó)能建葛洲壩勘測(cè)設(shè)計(jì)公司參與的“重大工程結(jié)構(gòu)安全服役的高韌性纖維混凝土制備與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)”榮獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。還未來(lái)得及慶祝，該單位副總工、工程材料研究所團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人譚愷炎帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)便馬不停蹄返回宜昌，又投入到其他項(xiàng)目技術(shù)攻關(guān)中。  

記者便追隨他們的足跡，探尋他們是如何攻關(guān)世界級(jí)難題。  

與新舊混凝土“過(guò)招”，攻克世界級(jí)難題  

傳統(tǒng)的新舊混凝土結(jié)合，均是以加強(qiáng)界面密合劑化學(xué)反應(yīng)作為研究方向，但始終無(wú)法很好解決，這個(gè)問(wèn)題也長(zhǎng)期困擾著國(guó)內(nèi)科研人員。  

2005年，為滿足調(diào)水需要，南水北調(diào)工程丹江口水庫(kù)壩頂需進(jìn)行加高，這也是國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的大壩加高工程，譚愷炎帶領(lǐng)技術(shù)團(tuán)隊(duì)參與相關(guān)技術(shù)攻堅(jiān)工作。  

“大壩修建年限長(zhǎng)，新舊混凝土在體積變形性能、粘結(jié)性能、力學(xué)性能等方面存在差異，其結(jié)合面處理十分重要?！弊T愷炎介紹，新舊混凝土結(jié)合是在當(dāng)時(shí)國(guó)際上都沒(méi)有被完全攻克的世界級(jí)難題，沒(méi)有可借鑒的先例。  

一開(kāi)始，技術(shù)團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)了加強(qiáng)界面密合劑化學(xué)反應(yīng)作為方向的“誤區(qū)”，但在經(jīng)過(guò)上萬(wàn)次試驗(yàn)、近一年的時(shí)間中，他們總結(jié)發(fā)現(xiàn)，新舊混凝土結(jié)合并非密合劑的強(qiáng)度問(wèn)題，而是密合劑化學(xué)反應(yīng)的時(shí)間問(wèn)題。  

找到了癥結(jié)所在，他們率先破解了水庫(kù)加高的難題，發(fā)明了一種粘結(jié)高效且應(yīng)變性強(qiáng)的新老混凝土結(jié)合界面密合劑，將界面粘結(jié)材料設(shè)計(jì)成超緩凝、體積變形小、強(qiáng)度增長(zhǎng)迅速的密合層，填補(bǔ)了新老混凝土粘結(jié)密合技術(shù)及材料領(lǐng)域的空白。在取得良好經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，對(duì)人體和環(huán)境也無(wú)毒害。該項(xiàng)技術(shù)當(dāng)年獲得湖北省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，其核心的“密合”技術(shù)被廣泛應(yīng)用于混凝土工程的層間結(jié)合中。  

在丹江口水庫(kù)大壩加高前，首先需要對(duì)大壩斜面貼坡混凝土進(jìn)行加厚。考慮到丹江口水庫(kù)斜面加厚的特殊性，研發(fā)一種能使新老混凝土在斜面貼坡結(jié)合面上有效聯(lián)合受力的方法在技術(shù)團(tuán)隊(duì)中應(yīng)運(yùn)而生。他們認(rèn)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(yùn)行，采用常規(guī)的爆破方法會(huì)損傷壩體，只能采用人工或機(jī)械靜力切割法等震動(dòng)影響較小的施工方式，在壩體斜面切割出一個(gè)個(gè)三角形鍵槽，使新舊混凝土像鋸齒一樣結(jié)合得更加緊密。  

技術(shù)團(tuán)隊(duì)對(duì)傳統(tǒng)手段進(jìn)行了比對(duì)，最終研制出一種金剛石無(wú)震動(dòng)切割技術(shù)，可高效、無(wú)損傷營(yíng)建大規(guī)?；炷寥斯ゆI槽，有效提升新老混凝土嚙合力，實(shí)現(xiàn)了安全、優(yōu)質(zhì)、高效、低成本施工，這也是在國(guó)際上首次應(yīng)用。  

丹江口大壩加高工程于2005年至2011年應(yīng)用新老混凝土結(jié)合界面密合劑及新老混凝土結(jié)合面新增人工鍵槽的鋸割靜裂成型方法成果，應(yīng)用單位認(rèn)為，“對(duì)保證施工進(jìn)度和質(zhì)量發(fā)揮了重要作用，工程竣工后庫(kù)容擴(kuò)大115億立方米，為南水北調(diào)中線供水提供了重要的水源保障。”  

“聯(lián)姻”前沿技術(shù)，開(kāi)創(chuàng)混凝土溫控智能化先河  

對(duì)于混凝土壩來(lái)說(shuō)，溫度應(yīng)力導(dǎo)致開(kāi)裂一直是大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工階段的“老大難”問(wèn)題。技術(shù)團(tuán)隊(duì)深知冷卻通水是解決該問(wèn)題最重要的手段之一，在混凝土內(nèi)部埋設(shè)水管，通入低溫水，帶走水化熱，可以有效避免裂縫的產(chǎn)生。  

21世紀(jì)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的混凝土也開(kāi)始與自動(dòng)化、信息化等前沿技術(shù)“聯(lián)姻”。中國(guó)能建、葛洲壩集團(tuán)也適時(shí)在錦屏一級(jí)水電站先后啟動(dòng)“大體積混凝土冷卻通水智能控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用”研究，工程材料研究所成功攻關(guān)“智能化”，開(kāi)創(chuàng)了施工期溫度自動(dòng)化控制的先河。  

“作為科技工作者，一定要緊跟時(shí)代鼓點(diǎn)?！弊鳛楸敬渭夹g(shù)研究的負(fù)責(zé)人陳軍琪說(shuō)，我們?cè)O(shè)想引進(jìn)智能控制技術(shù)解決通水工作，但起初團(tuán)隊(duì)里對(duì)自動(dòng)化、信息化技術(shù)的了解的人員很少，為此，他們便購(gòu)買了嵌入式系統(tǒng)、各類編程技術(shù)等十?dāng)?shù)本技術(shù)類書籍，一頭扎進(jìn)代碼的世界里。  

對(duì)相關(guān)技術(shù)有了深入了解后，陳軍琪帶隊(duì)開(kāi)展了為期4個(gè)月的實(shí)地考察，借鑒先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，并加以改進(jìn)。最終，技術(shù)團(tuán)隊(duì)通過(guò)在混凝土中埋入數(shù)字溫度計(jì)，在冷卻水管上安裝流量傳感器，用線纜將數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器，服務(wù)器根據(jù)預(yù)設(shè)溫度曲線，自動(dòng)完成混凝土冷卻水控制，讓混凝土溫度始終保持在預(yù)設(shè)水平。  

經(jīng)過(guò)近3年的反復(fù)試制、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、設(shè)備調(diào)試，該系統(tǒng)于2012年在錦屏一級(jí)水電站大批量應(yīng)用，混凝土按照預(yù)設(shè)溫度降低到規(guī)定溫度，不僅沒(méi)有產(chǎn)生裂縫，而且加快了施工進(jìn)度，并實(shí)現(xiàn)60萬(wàn)方混凝土的自動(dòng)化溫控。在科技成果鑒定會(huì)上，該系統(tǒng)得到了數(shù)十位行業(yè)權(quán)威的好評(píng)，中國(guó)工程院院士鄭守仁等與會(huì)專家一致認(rèn)為：“這套系統(tǒng)總體達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景?！?nbsp; 

但工程材料研究所并不滿足于此。近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)已成為“網(wǎng)紅”，能不能把該系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)前沿技術(shù)相結(jié)合呢?他們又開(kāi)始琢磨。  

經(jīng)過(guò)2年的攻關(guān)，2017年，技術(shù)團(tuán)隊(duì)成功借助LPWAN、移動(dòng)通訊等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把現(xiàn)場(chǎng)盤根錯(cuò)節(jié)又極易被破壞的數(shù)百根數(shù)據(jù)線更換成了一臺(tái)4G網(wǎng)絡(luò)路由器，徹底摒棄了線纜的束縛，實(shí)現(xiàn)了全無(wú)線的控制，成功將該系統(tǒng)升級(jí)到第三代，實(shí)現(xiàn)了從“有線”到“無(wú)線”的邁進(jìn)，提高了數(shù)據(jù)的可靠性和穩(wěn)定性，并在大藤峽船閘混凝土工程中成功進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)。  

經(jīng)估算，該技術(shù)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約2.3億元，并先后獲得水力發(fā)電科學(xué)特等獎(jiǎng)、全國(guó)電力職工技術(shù)成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、教育部技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)、中國(guó)能建技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、葛洲壩集團(tuán)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。