高性能混凝土助力中國建筑奇跡
6月28日,金沙江白鶴灘水電站首批機組安全準點投產發電。一時間,“白鶴灘水電站”上了熱搜,有關它的新聞不斷刷屏,創造的多個世界之最被人們津津樂道:地下洞室群規模世界第一、單機容量100萬千瓦世界第一、300米級高壩抗震參數世界第一、整座大壩使用低熱水泥混凝土世界第一、圓筒式尾水調壓井規模世界第一……
白鶴灘水電站
圖片來源:中國電建華東院
從重大基礎建設工程看技術實力
白鶴灘水電站位于四川省寧南縣和云南省巧家縣交界的金沙江河道上,是在建總裝機容量僅次于三峽水電站、世界在建規模最大的巨型水電站。白鶴灘水電站大壩為混凝土雙曲拱壩,最大壩高289米,大壩是首個全壩段采用低熱水泥混凝土進行澆筑的大壩,共計803萬立方米,規模巨大。混凝土結構產生裂縫是世界性難題,低熱水泥的出現,為解決這一難題提供了可能。從三峽工程起,我國就致力于研制低熱水泥,經過多家科研機構長達數十年的共同努力,攻克了一道道技術難關,并得以在白鶴灘大壩上應用。目前,大壩沒有產生一條溫度裂縫,讓“無縫”大壩成為現實。
在關注白鶴灘水電站取得世界矚目的成績的同時,人們逐漸發現,伴隨著我國建筑業的快速發展,規模不斷擴大,實力不斷增長,完成了一系列關系國計民生的重大基礎建設工程,許多具有標志性的建筑如雨后春筍般涌現,這一切都與混凝土與水泥制品技術的發展與進步密不可分,尤其是將高性能、超高性能混凝土的研究與應用作為混凝土科學與技術發展的主要方向。它具有強度高、負荷能力大、資源和能源消耗少、耐久性好等優點,能滿足土木與建筑工程輕量化、高層化、大跨化、重載化,以及耐久化等諸多方面的要求,被廣泛應用于我國重大工程中。
眾所周知,改革開放以來,我國“水、電、路、橋、涵、港、樓”的建筑施工技術水平實現了新跨越,高速、高寒、高原、重載鐵路施工和特大橋隧建造技術、超高超大超級工程建造水平都邁入世界先進行列,離岸深水港建設關鍵技術、巨型河口航道整治技術、長河段航道系統治理,以及大型機場工程等建設技術和與之相匹配同行的混凝土與水泥制品的產品技術均已達到世界領先水平。
港珠澳大橋,總長55公里,其主體工程由6.7公里的海底沉管隧道和長達22.9公里的橋梁組成,即“橋—島—隧”,是我國建設史上里程最長、投資最多、施工難度最大的跨海橋梁;是我國繼三峽工程、青藏鐵路之后又一項重大的基礎設施建設項目,被英國《衛報》譽為“現代世界七大奇跡”之一。
港珠澳大橋
圖片來源:蘇博特
然而,保證大橋的順利竣工必有混凝土技術保駕護航。據施工單位華潤集團有關資料顯示,華潤水泥控股有限公司根據工程要求,對港珠澳大橋不同部位,如島隧工程、沉管預制件、樁基混凝土等部位的混凝土采取定制化的生產控制流程和原料質量監控,采用最新工藝和配比,設計出滿足供應項目特定要求的高性能海工水泥;在優化配方、預制生產等方面,最大限度地防止混凝土裂縫的產生,在高抗滲性、高抗凍性、高抗鋼筋銹蝕、耐腐蝕能力等方面均達到業內新高水平;同時,對施工質量進行嚴格控制、加強后期養護,最大限度地提高混凝土的密實性,使混凝土構件的性能得到數倍提升,達到抵抗氯離子侵蝕腐蝕鋼筋的目的,確保滿足120年使用壽命的要求。
2012年通車的干海子特大橋,位于雅(安)瀘(沽)高速公路四川雅安石棉縣境內,全長1811米,橋寬24.5米,共36跨,創下了四個世界第一:第一座最長全鋼管混凝土桁架梁橋;第一座最高的鋼管混凝土結構橋墩、組合橋墩、混合橋橋墩;同類結構中每聯最長的連續結構;第一次全面采用鋼纖維鋼管混凝土施工,大橋的主體結構全部采用了鋼纖維混凝土,在世界橋梁建設史上也屬首例。
在現代混凝土中,裂縫問題很難根治解決,主要是由于中間環節過多。一個混凝土構件,從結構設計、原材料加工、混凝土配合比、施工管理到使用環境各個環節都存在裂縫產生的因素。如何解決混凝土結構產生裂縫的問題是國內外工程界的研究熱點。已投入使用的北京大興國際機場,混凝土結構裂縫得到了很好控制。在建造時,使用了專為此項目研發的混凝土結構裂縫控制成套技術,能夠提升混凝土結構的抗凍抗滲抗裂等耐久性,有效解決裂縫問題,滿足機場道面混凝土結構的高耐久性與高抗裂性的技術要求,大幅減少混凝土裂縫,延長使用壽命,從而大幅降低機場道面的維修養護費用。
北京大興機場道面施工效果
圖片來源:北京中企卓創
前不久竣工的拉薩貢嘎國際機場T3航站樓,海拔3569米,是世界上海拔最高的機場之一,也是全球規模最大的高原機場。在項目建設過程中,解決了特有的混凝土技術施工難題,項目根據當地材料的供應情況,在西藏地區首次進行了C50自密實混凝土配置,解決了粉煤灰、礦粉、硅灰等混凝土摻合料匱乏的問題。在托起機場蓮花屋蓋的12根鋼柱內均澆筑了C50自密實混凝土。過程中,項目改變傳統的混凝土澆筑技術,采用特殊泵送頂升技術,避免了高原環境下鋼管柱內混凝土疏松、孔洞等不密實的質量缺陷。
歷經近14年艱苦卓絕的奮斗,創下多項國內外紀錄的云南大(理)瑞(麗)秀嶺隧道前不久貫通。秀嶺隧道位于云南省大理州漾濞縣境內,全長17.6公里,最大埋深達1115米,地處滇西紅層,圍巖破碎、地質構造復雜,共穿越7條斷裂帶;具有軟巖大變形、涌水突泥、高地應力、高地震烈度、高地溫等特點,國內罕見,為Ⅰ級高風險隧道。隧道先后開展100余項課題研究,其中,獲得國家專利2項,省部級科研成果3項,企業級科研成果41項,為我國特長重難點隧道建設積累了寶貴經驗。
2020年12月31日通車的香麗高速公路,是國家支持藏區經濟社會發展的重要支撐項目,也是云南省藏區第一條高速公路、云南省海拔最高的高速公路。項目全長 140.31公里,全線橋梁141座、隧道總長73114米。項目克服了香格里拉高寒缺氧、氣候嚴寒、有效施工周期短等困難,攻克了高速公路在多重破壞因素作用下結構混凝土的耐久性關鍵問題,設計出了適用于高速公路橋梁的C30至C55高性能混凝土系列產品,促進了抗滲等級不低于P12、抗裂等級不低于L-III、抗凍等級達到F100以上、56d電通量小于1000C、最高抗凍等級達F400以上的高性能混凝土在工程中的大量應用,累計推廣應用高性能混凝土300多萬立方米,提升了惡劣環境下高速公路工程的結構壽命。
我國基礎建設取得的成果遠不止這些,各種各樣的“世界之最”不斷刷新著人們的認知……
從對口協會工作看行業高質量發展
混凝土與水泥制品作為最大宗、最主要的建筑工程材料,被廣泛應用于建筑、水利、公路、鐵路、橋梁、港工、礦業等行業的工程建設。目前,我國已成為世界混凝土生產和消費量最大的國家。近年來,隨著混凝土與水泥制品行業的迅速發展,技術不斷進步,中國混凝土與水泥制品協會創立了“混凝土科學技術獎”,表彰在混凝土相關領域做出重要科學發現、技術發明,以及在相關材料和制品制造、工程應用和產業升級等方面開展理論研究、科技創新、技術革新并取得重要成果、作出突出貢獻的組織、個人。僅2020年就有39個項目獲獎,包括一等獎2項、二等獎15項、三等獎22項,其中“科技進步類”13項、“基礎理論類”2項、“技術革新類”24項。
2022北京冬奧會主場館國家速滑館的首段弧形看臺正在吊裝
圖片來源:北京榆構
同時,中國混凝土與水泥制品協會還創辦了每年一屆的中國混凝土展,旨在將行業內的科技成果、先進技術與裝備、智能服務等向全行業、全社會、全世界進行集中展示。2020年中國混凝土展上,北京榆構集團展示了他們為北京冬奧會的標志性建筑、昵稱為“冰絲帶”的國家速滑館,提供的預制看臺、踏步板、掛板、樓梯板等產品的深化設計和生產制作等服務,驚艷了眾多觀眾,也讓專業人士豎起了大拇指。又如中建商品混凝土有限公司在“2020混凝土展”上以圖片的形式,向觀眾展示了他們參與建設的位于阿爾及利亞的嘉瑪大清真寺,它是非洲高度最高、規模最大的建筑,是世界第三大清真寺,其中宣禮塔高 265 米,為世界宣禮塔之最、伊斯蘭的“千年工程”,也是阿爾及利亞自1962 年建國以來首次采用高強超高泵送混凝土的施工應用,充分彰顯了我國混凝土技術的實力。
2020中國混凝土展中建西部建設展位
混凝土與水泥制品是最大宗最主要的建筑工程材料,服務于建筑、水利、公路、鐵路、橋梁、港工、礦業等所有行業工程建設,產業規模位列建材行業第一名,在為中國建造貢獻著力量,在為中國更多的“超級工程”貢獻著力量,同時沿著“一帶一路”方向,讓中國的混凝土技術為當地國家的建設貢獻著力量。
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