让混凝土变“聪明”（创新先锋）

时间: 2024-08-07 03:36:49 |   作者: 新闻中心

  “放入15升冰块，加满水，启动微型水泵进行搅拌，5分钟后开始测温。”8月6日，在中国能建葛洲坝勘测设计公司工程材料研究所（以下简称“工程材料研究所”）工作室内，2名员工正为该公司自主研发的混凝土智能温控系统红外测温仪做对比试验。

  自2016年工程材料研究所成立以来，该团队在水工高性能材料、智能化检测技术、混凝土防裂技术领域不停地改进革新和突破，研发的大体积混凝土智能温控系统已相继应用在锦屏一级水电站、大岗山水电站等项目，为国家重大工程混凝土结构的服役性能提升提供了技术保障。

  “2005年，丹江口水库坝顶加高工程开工。然而，大坝已经建成多年，新旧混凝土在体积变形性能、黏结性能、力学性能等方面存在一定的差异，怎么样处理其结合面成为困扰项目部的难题。”据工程材料研究所负责人谭恺炎介绍，在当时，新旧混凝土结合是世界级难题，没有先例可借鉴。

  研究所不惧挑战，承担起技术攻坚的重任。小组成员首先从改良混凝土结合面密合剂入手，进行了上万次试验，发现提升新旧混凝土结合效果的关键是延缓密合剂化学反应时间。

  明确研究方向后，研究所通过在密合剂中加入体积膨胀组分和保水组分，减小混凝土硬化过程中的体积收缩和失水干缩。通过加入超缓凝组分，使新混凝土先于密合剂凝结。自此，一种黏结高效且应变性强的新旧混凝土结合界面密合剂研制成功。

  为了让密合剂发挥出最好的黏结效果，小组成员还改进了界面区新混凝土材料，研发出超缓凝、体积变形小、强度增长迅速的密合层——界面混凝土。

  新旧混凝土结合界面密合剂填补了新旧混凝土黏结密合技术和材料领域的空白，对提升水电工程混凝土浇筑质量具备极其重大价值。2014年，该成果获评教育部技术发明一等奖。

  在新旧混凝土结合面实施工程技术方面，研究所同样业绩突出，掌握了“独门秘诀”。

  “通过使用新型密合剂，能实现新旧混凝土的平面黏结。但考虑到丹江口水库大坝斜面加高情况，我们应该一种能够使新旧混凝土在斜面贴坡结合面上有效黏结的方式。”研究所迅速展开技术攻关。

  研究所成员认为，由于施工期间枢纽仍正常运行，应当采用震动影响较小的施工方法，在坝体斜面切割出大规模三角形键槽，使新旧混凝土像锯齿一样紧密结合。

  通过查阅大量文献和借鉴国内外同类项目技术经验，研究所决定引进金刚石无震动切割技术，不仅仅可以在不损伤坝体的前提下切割出键槽，更是将施工效率提高约6倍，减少了3/4的工期。

  新旧混凝土结合界面密合剂和金刚石无震动切割技术在丹江口水库坝顶加高工程中实现了首次应用，对保证施工进度和质量发挥了及其重要的作用。该工程完工后，库容扩大115亿立方米，成为南水北调中线的重要水源保障。

  2009年，中国能建葛洲坝集团在锦屏一级水电站开展“大体积混凝土冷却通水智能控制管理系统研究与应用”课题，解决水电行业的“老大难”问题——大体积混凝土开裂。

  作为世界上最高的双曲拱坝，锦屏一级水电站进行了4.5米升层混凝土浇筑，与常规的3米混凝土升层相比，温控难度更大。凭借较高的混凝土材料与结构理论水平和丰富的工程经验优势，工程材料研究所承接了课题，开展了为期3年的系统试制、现场试验和设备调试。

  “布置智能温控系统时，服务器选址难住了大家。”研究所成员陈志远说，“我们跑遍了锦屏水电站的每个角落，规划线路布局，不仅要确保局域网信号清晰，也要保证员工使用服务器时能看清混凝土内部温度变动情况。”

  通过严密的现场考察，研究所成员在坝后的一处转梯上找到了信号最强的点位，成功搭建起服务器与施工现场之间的网桥。

  “数千只埋入大坝的检验测试仪器就像体温计，当混凝土温度高于预设值并有‘发烧’趋势时，智能温控系统将打开冷却水管的阀门通水降温，让60万方混凝土的温度始终处于‘舒适’状态，防止裂缝。”陈志远说。

  据了解，智能温控系统完全实现了拱坝混凝土施工温度控制作业的自动化和智能化，避免了人工测温的质量安全风险，改善了温控作业人员工作环境，大幅度降低了劳动强度，成为高混凝土坝结构安全关键技术之一。

  研究所成员并不满足于此。近年来，物联网技术发展迅速，能不能把智能温控系统与物联网结合呢？他们开始琢磨。

  “作为科技工作者，试验室是我们开发新技术的起点。”研究所成员通过引入低功耗远距离无线通信技术，加强试验室温湿度监控云平台建设，使单个网关覆盖范围的半径超过800米，极大地简化了网络布设。

  试验室成果需要通过实践来验证。2017年，在大藤峡水利枢纽工程船闸施工现场，研究所将低功耗远距离无线通信技术应用在混凝土智能温控系统中，把现场数百根数据线G网络路由器，不仅实现了从“有线”到“无线”的进步，而且提高了数据的可靠性和稳定性。

  2014年，大体积混凝土施工智能温控系统先后获得中国能建技术发明奖二等奖、葛洲坝集团科技进步一等奖。2016年，该系统获得国家技术发明奖二等奖。

  “技术越来越先进，施工质量也越来越高。”研究所成员参与和实施了20多个科研项目，对技术的发展有着同样的感悟。从丹江口水库大坝到锦屏一级水电站、大藤峡水电站，变化的是技术革新，不变的是水电建设者的创新精神。

  ■特约通讯员 易雅文 李金明《 中国能源报 》（ 2020年08月17日 第28 版）

  “放入15升冰块，加满水，启动微型水泵进行搅拌，5分钟后开始测温。”8月6日，在中国能建葛洲坝勘测设计公司工程材料研究所（以下简称“工程材料研究所”）工作室内，2名员工正为该公司自主研发的混凝土智能温控系统红外测温仪做对比试验。

  自2016年工程材料研究所成立以来，该团队在水工高性能材料、智能化检测技术、混凝土防裂技术领域不断创新和突破，研发的大体积混凝土智能温控系统已相继应用在锦屏一级水电站、大岗山水电站等项目，为国家重大工程混凝土结构的服役性能提升提供了技术保障。

  “2005年，丹江口水库坝顶加高工程开工。然而，大坝已经建成多年，新旧混凝土在体积变形性能、黏结性能、力学性能等方面存在差异，如何处理其结合面成为困扰项目部的难题。”据工程材料研究所负责人谭恺炎介绍，在当时，新旧混凝土结合是世界级难题，没有先例可借鉴。

  研究所不惧挑战，承担起技术攻坚的重任。团队成员首先从改良混凝土结合面密合剂入手，进行了上万次试验，发现提升新旧混凝土结合效果的关键是延缓密合剂化学反应时间。

  明确研究方向后，研究所通过在密合剂中加入体积膨胀组分和保水组分，减小混凝土硬化过程中的体积收缩和失水干缩。通过加入超缓凝组分，使新混凝土先于密合剂凝结。自此，一种黏结高效且应变性强的新旧混凝土结合界面密合剂研制成功。

  为了让密合剂发挥出最好的黏结效果，团队成员还改进了界面区新混凝土材料，研发出超缓凝、体积变形小、强度增长迅速的密合层——界面混凝土。

  新旧混凝土结合界面密合剂填补了新旧混凝土黏结密合技术和材料领域的空白，对提升水电工程混凝土浇筑质量具有重要价值。2014年，该成果获评教育部技术发明一等奖。

  在新旧混凝土结合面施工技术方面，研究所同样业绩突出，掌握了“独门秘诀”。

  “通过使用新型密合剂，能实现新旧混凝土的平面黏结。但考虑到丹江口水库大坝斜面加高情况，我们需要一种能够使新旧混凝土在斜面贴坡结合面上有效黏结的方式。”研究所迅速展开技术攻关。

  研究所成员认为，由于施工期间枢纽仍正常运行，应当采用震动影响较小的施工方法，在坝体斜面切割出大规模三角形键槽，使新旧混凝土像锯齿一样紧密结合。

  通过查阅大量文献和借鉴国内外同类项目技术经验，研究所决定引进金刚石无震动切割技术，不仅能够在不损伤坝体的前提下切割出键槽，更是将施工效率提高约6倍，减少了3/4的工期。

  新旧混凝土结合界面密合剂和金刚石无震动切割技术在丹江口水库坝顶加高工程中实现了首次应用，对保证施工进度和质量发挥了重要作用。该工程竣工后，库容扩大115亿立方米，成为南水北调中线的重要水源保障。

  2009年，中国能建葛洲坝集团在锦屏一级水电站开展“大体积混凝土冷却通水智能控制系统研究与应用”课题，解决水电行业的“老大难”问题——大体积混凝土开裂。

  作为世界上最高的双曲拱坝，锦屏一级水电站进行了4.5米升层混凝土浇筑，与常规的3米混凝土升层相比，温控难度更大。凭借较高的混凝土材料与结构理论水平和丰富的工程经验优势，工程材料研究所承接了课题，开展了为期3年的系统试制、现场试验和设备调试。

  “布置智能温控系统时，服务器选址难住了大家。”研究所成员陈志远说，“我们跑遍了锦屏水电站的每个角落，规划线路布局，不仅要确保局域网信号清晰，也要保证员工使用服务器时能看清混凝土内部温度变化情况。”

  通过严密的现场考察，研究所成员在坝后的一处转梯上找到了信号最强的点位，成功搭建起服务器与施工现场之间的网桥。

  “数千只埋入大坝的检测仪器就像体温计，当混凝土温度高于预设值并有‘发烧’趋势时，智能温控系统将打开冷却水管的阀门通水降温，让60万方混凝土的温度始终处于‘舒适’状态，避免有裂缝。”陈志远说。

  据了解，智能温控系统完全实现了拱坝混凝土施工温度控制作业的自动化和智能化，避免了人工测温的质量安全风险，改善了温控作业人员工作环境，大幅度降低了劳动强度，成为高混凝土坝结构安全关键技术之一。

  研究所成员并不满足于此。近年来，物联网技术发展迅速，能不能把智能温控系统与物联网结合呢？他们开始琢磨。

  “作为科技工作人员，试验室是我们开发新技术的起点。”研究所成员通过引入低功耗远距离无线通信技术，加强试验室温湿度监控云平台建设，使单个网关覆盖范围的半径超过800米，极大地简化了网络布设。

  试验室成果需要通过实践来验证。2017年，在大藤峡水利枢纽工程船闸施工现场，研究所将低功耗远距离无线通信技术应用在混凝土智能温控系统中，把现场数百根数据线G网络路由器，不仅实现了从“有线”到“无线”的进步，而且提高了数据的可靠性和稳定性。

  2014年，大体积混凝土施工智能温控系统先后获得中国能建技术发明奖二等奖、葛洲坝集团科技进步一等奖。2016年，该系统获得国家技术发明奖二等奖。

  “技术越来越先进，实施工程质量也慢慢变得高。”研究所成员参加和实施了20多个科研项目，对技术的发展有着同样的感悟。从丹江口水库大坝到锦屏一级水电站、大藤峡水电站，变化的是技术革新，不变的是水电建设者的创新精神。