葛洲壩集團攻克混凝土世界級難題

　　近日，中國能建葛洲壩勘測設(shè)計公司工程材料研究所獲得中國能建2017-2018年科技創(chuàng)新團隊稱號。研究所技術(shù)團隊攻關(guān)多年，始終保持與知名高校合作，面向水工高性能材料、智能化檢測技術(shù)需求和挑戰(zhàn)，攻克了世界級關(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)濟和社會效益，練就成“高性能”技術(shù)攻關(guān)團隊。

　　在去年國家科學技術(shù)獎勵大會上，宣布了中國能建葛洲壩勘測設(shè)計公司參與的“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用關(guān)鍵技術(shù)”榮獲國家技術(shù)發(fā)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(lǐng)團隊便馬不停蹄返回宜昌，又投入到其他項目技術(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)世界級難題。

　　與新舊混凝土“過招”，攻克世界級難題

　　傳統(tǒng)的新舊混凝土結(jié)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(nèi)科研人員。

　　2005年，為滿足調(diào)水需要，南水北調(diào)工程丹江口水庫壩頂需進行加高，這也是國內(nèi)規(guī)模最大的大壩加高工程，譚愷炎帶領(lǐng)技術(shù)團隊參與相關(guān)技術(shù)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(jié)性能、力學性能等方面存在差異，其結(jié)合面處理十分重要。”譚愷炎介紹，新舊混凝土結(jié)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(shù)團隊歷經(jīng)了加強界面密合劑化學反應作為方向的“誤區(qū)”，但在經(jīng)過上萬次試驗、近一年的時間中，他們總結(jié)發(fā)現(xiàn)，新舊混凝土結(jié)合并非密合劑的強度問題，而是密合劑化學反應的時間問題。

　　找到了癥結(jié)所在，他們率先破解了水庫加高的難題，發(fā)明了一種粘結(jié)高效且應變性強的新老混凝土結(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(jié)密合技術(shù)及材料領(lǐng)域的空白。在取得良好經(jīng)濟效益的同時，對人體和環(huán)境也無毒害。該項技術(shù)當年獲得湖北省科技進步二等獎，其核心的“密合”技術(shù)被廣泛應用于混凝土工程的層間結(jié)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。考慮到丹江口水庫斜面加厚的特殊性，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(guī)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(jié)合得更加緊密。

　　技術(shù)團隊對傳統(tǒng)手段進行了比對，最終研制出一種金剛石無震動切割技術(shù)，可高效、無損傷營建大規(guī)模混凝土人工鍵槽，有效提升新老混凝土嚙合力，實現(xiàn)了安全、優(yōu)質(zhì)、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(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，應用單位認為，“對保證施工進度和質(zhì)量發(fā)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(diào)中線供水提供了重要的水源保障。”

　　“聯(lián)姻”前沿技術(shù)，開創(chuàng)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(jié)構(gòu)施工階段的“老大難”問題。技術(shù)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(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，隨著計算機技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的混凝土也開始與自動化、信息化等前沿技術(shù)“聯(lián)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(tǒng)研究與應用”研究，工程材料研究所成功攻關(guān)“智能化”，開創(chuàng)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(shù)研究的負責人陳軍琪說，我們設(shè)想引進智能控制技術(shù)解決通水工作，但起初團隊里對自動化、信息化技術(shù)的了解的人員很少，為此，他們便購買了嵌入式系統(tǒng)、各類編程技術(shù)等十數(shù)本技術(shù)類書籍，一頭扎進代碼的世界里。

　　對相關(guān)技術(shù)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(jīng)驗，并加以改進。最終，技術(shù)團隊通過在混凝土中埋入數(shù)字溫度計，在冷卻水管上安裝流量傳感器，用線纜將數(shù)據(jù)傳輸至服務器，服務器根據(jù)預設(shè)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(shè)水平。

　　經(jīng)過近3年的反復試制、現(xiàn)場試驗、設(shè)備調(diào)試，該系統(tǒng)于2012年在錦屏一級水電站大批量應用，混凝土按照預設(shè)溫度降低到規(guī)定溫度，不僅沒有產(chǎn)生裂縫，而且加快了施工進度，并實現(xiàn)60萬方混凝土的自動化溫控。在科技成果鑒定會上，該系統(tǒng)得到了數(shù)十位行業(yè)權(quán)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(tǒng)總體達到了國際領(lǐng)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(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?他們又開始琢磨。

　　經(jīng)過2年的攻關(guān)，2017年，技術(shù)團隊成功借助LPWAN、移動通訊等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把現(xiàn)場盤根錯節(jié)又極易被破壞的數(shù)百根數(shù)據(jù)線更換成了一臺4G網(wǎng)絡路由器，徹底摒棄了線纜的束縛，實現(xiàn)了全無線的控制，成功將該系統(tǒng)升級到第三代，實現(xiàn)了從“有線”到“無線”的邁進，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行了現(xiàn)場應用試驗。

　　經(jīng)估算，該技術(shù)產(chǎn)生經(jīng)濟效益約2.3億元，并先后獲得水力發(fā)電科學特等獎、全國電力職工技術(shù)成果獎一等獎、教育部技術(shù)發(fā)明一等獎、中國能建技術(shù)發(fā)明獎二等獎、葛洲壩集團科技進步一等獎。