長(zhǎng)江是中華民族的“母親河”，流域面積達(dá)180萬(wàn)平方公里，它發(fā)源于有著“世界屋脊”之稱的青藏高原，是我國(guó)乃至亞洲第一長(zhǎng)、世界第三長(zhǎng)河流，全長(zhǎng)6387公里，其長(zhǎng)度僅次于非洲的尼羅河、南美洲的亞馬遜河，而按照年凈流量算則也是位居世界第三份，排在亞馬遜河、剛果河之后，年平均入海水量約9600余億立方米。
世界水能第一大河——長(zhǎng)江
由于長(zhǎng)江干流自西向東蜿蜒曲折地流經(jīng)我國(guó)地勢(shì)的第一級(jí)階梯、第二級(jí)階梯和第三級(jí)階梯，上游主要有雅礱江、岷江、嘉陵江、烏江等支流，水量豐富，且流經(jīng)地勢(shì)階梯的交界處，河床落差大、多峽谷急流，因此長(zhǎng)江也是世界水能第一大河。
為了開發(fā)利用長(zhǎng)江豐富的水力資源，1994年12月14日舉世矚目的三峽工程在湖北宜昌三斗坪正式開工。經(jīng)過(guò)將近9年的建設(shè)，2003年5月三峽大壩全線建成并達(dá)到設(shè)計(jì)高程185米，屬于全球規(guī)模最大的混凝土重力壩，混凝土使用量達(dá)2800萬(wàn)立方米，并且同年6月三峽大壩迎來(lái)了第一次“考驗(yàn)”，也就是135米試探性蓄水。而三峽大壩蓄水之后，高峽平湖三峽水庫(kù)也隨之出現(xiàn)。
三峽大壩打破“無(wú)壩不裂”的行規(guī)
值得注意的是，三峽大壩不僅是目前全球最大的水利發(fā)電工程三峽水電站的主體工程，而且自實(shí)驗(yàn)性蓄水以來(lái)還打破“無(wú)壩不裂”的行規(guī)，創(chuàng)造了“天衣無(wú)縫”的大壩奇跡，也為我國(guó)后續(xù)水利工程建設(shè)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，這是怎么回事呢？
實(shí)際上，在大壩建造乃至使用過(guò)程中，“裂縫”問(wèn)題一直存在，而控制出現(xiàn)裂縫問(wèn)題也是一項(xiàng)國(guó)際性的難題，無(wú)論是美國(guó)的胡佛大壩、埃及的阿斯旺大壩以及巴西與巴拉圭共建的伊泰普大壩等均有裂縫產(chǎn)生，并且在業(yè)內(nèi)甚至還有一個(gè)聽起來(lái)很專業(yè)、但又感覺不太專業(yè)的名詞“無(wú)壩不裂”，意思是只要是大壩都會(huì)出現(xiàn)“裂縫”，只是裂縫是否屬于可控范圍。
三峽大壩是規(guī)模龐大的混凝土重力壩，其主體和導(dǎo)流等建筑基本都是由大體積混凝土澆筑而成，但是大體積混凝土在澆筑過(guò)程中尤其受內(nèi)部熱量大量聚集引起急劇溫升、內(nèi)外溫差較大等“水化熱”的影響，導(dǎo)致溫度應(yīng)力和收縮作用產(chǎn)生的力，超過(guò)了混凝土本身抗拉強(qiáng)度產(chǎn)生的力，非常容易產(chǎn)生裂縫，為此三峽大壩在大體積混凝土澆筑方面采用個(gè)性化和智能精細(xì)化的溫度控制。
雖然降低“水化熱”減少大壩開裂的措施有很多種，例如可以埋設(shè)循環(huán)水管通過(guò)冷水進(jìn)熱水出的方法實(shí)現(xiàn)混凝土內(nèi)部降溫，但是專家表示這種冷卻降溫的措施，不僅成本較高，而且管理不善驟然降溫也會(huì)造成水管周圍產(chǎn)生貫穿性裂縫，因?yàn)橛绊懟炷磷铌P(guān)鍵的不是溫度高而是高溫差，這一點(diǎn)在住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局聯(lián)合發(fā)布的《大體積混凝土施工規(guī)范》條文中就有體現(xiàn)，也就是混凝土中心溫度與混凝土表面溫度之差不應(yīng)大于25℃。
不過(guò)從“水化熱”所產(chǎn)生的熱量來(lái)看，它是由水和水泥產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而釋放出來(lái)的熱量，這種熱量會(huì)隨著推移這種熱量會(huì)急劇升溫，達(dá)到峰值后又會(huì)逐漸冷卻，由于大體積混凝土表面系數(shù)比較小、水泥“水化熱”釋放比較集中，導(dǎo)致內(nèi)部升溫比較快，當(dāng)內(nèi)部與表面溫差較大時(shí)，就會(huì)使混凝土產(chǎn)生“溫度裂縫”，從而影響建筑物的結(jié)構(gòu)安全和正常使用，因此一般來(lái)說(shuō)“水化熱”高的水泥不能用在大體積混凝土中，如水利大壩、高層樓房基礎(chǔ)等實(shí)體最小尺寸大于或等于1米的建筑物。
所以了解了水泥“水化熱”的形成機(jī)制，要通過(guò)減少水泥水化熱現(xiàn)象的產(chǎn)生、避免出現(xiàn)“溫度裂縫”，可以通過(guò)減少水或水泥的用量來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)闊o(wú)論是哪一種物質(zhì)或者這兩種物質(zhì)都減少了，其化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量就會(huì)隨之減少，但是關(guān)鍵的一點(diǎn)就是必須保證水泥用量的降低不影響建大壩的整體結(jié)構(gòu)安全。
「三摻一低」發(fā)揮重要作用的粉煤灰到底是什么？
三峽工程從第二階段開始進(jìn)入大體積混凝土施工階段，混凝土澆筑量達(dá)1699.92萬(wàn)立方米，為了做好大壩混凝土的溫控防裂，使大壩混凝土溫升控制在避免發(fā)生裂縫的限值以內(nèi)，除了所用的混凝土集料是特制的人工砂和人工碎石外，專家們還采用了「三摻一低」的技術(shù)措施配置了用水量?jī)H每立方米160斤水的四級(jí)配混凝土，而實(shí)際上在大體積混凝土設(shè)計(jì)中，選擇四級(jí)配混凝土的目的就是為了減少水泥的用量。
「三摻一低」指的是在混凝土配合比設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中，采用國(guó)標(biāo)一級(jí)粉煤灰與緩凝高效減水劑、混凝土引氣劑三種物質(zhì)進(jìn)行聯(lián)摻，以此來(lái)降低混凝土單位用水量，從而達(dá)到改善混凝土和易性、較少混凝土內(nèi)部缺陷、溫控防裂、提高混凝土耐久性等目的。其中「三摻一低」最值得一提的就是“粉煤灰”了，可以說(shuō)“功不可沒”。
粉煤灰也被稱為煙灰或飛灰，它主要是煤炭在燃燒過(guò)程中排出的粒徑在1-100μm（長(zhǎng)度單位“微米”）之間的微小灰粒，例如火電廠在燃燒煤料時(shí)會(huì)產(chǎn)生這種顆粒非常細(xì)的“煙氣”，主要含二氧化硅(SiO )、氧化鋁(Al O )和氧化鐵(Fe O )等成分。根據(jù)我國(guó)的燃煤情況來(lái)看，受燃煤中灰分含量的影響，每噸煤料大約產(chǎn)生250-300公斤的粉煤灰。
由于粉煤灰粒徑非常細(xì)，屬于燃煤電廠排放的固體廢物，因此大量粉煤灰“直排”既會(huì)造成大氣污染，落入水體也會(huì)造成河道淤塞，一些化學(xué)成分還會(huì)對(duì)人類和其它生物造成危害，但是加以利用卻能“變廢為寶”，不僅在水泥及各種輕質(zhì)建材方面有廣泛的應(yīng)用，還可用在土壤改良方面，并且還可從中回收碳、鐵、銅、鍺以及鈧等物質(zhì)。
總結(jié)
經(jīng)過(guò)三峽工程專家組廣泛深入研究以及粉煤灰品質(zhì)鑒定，在三峽工程建設(shè)中一共選用了6個(gè)火電廠產(chǎn)生的粉煤灰，且都是國(guó)家一級(jí)粉煤灰，分別是：平圩灰、珞璜灰、南京灰、華能灰、神頭灰、陽(yáng)邏灰，總用量達(dá)170萬(wàn)噸，也就是說(shuō)這些粉煤灰來(lái)自安徽淮南、重慶、山西朔州、江蘇南京、湖北武漢等地，可以說(shuō)論“粉煤灰的來(lái)源”，可就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止傳說(shuō)中的用完方圓百里那么“近”了。
而且，按照上文中講到的1噸煤料大約產(chǎn)生0.25-0.3噸粉煤灰計(jì)算，170萬(wàn)噸粉煤灰大約需要燃燒567-680萬(wàn)噸煤才能產(chǎn)生，粉煤灰的利用也間接地減少了固體廢物對(duì)環(huán)境的污染。
當(dāng)然，世界矚目的三峽大壩之所以創(chuàng)造了“天衣無(wú)縫”的世界奇跡，并非只有粉煤灰的“功勞”，而是千千萬(wàn)萬(wàn)組織、參研、參試以及參建者共同奮斗的結(jié)果，在此向大國(guó)工匠和基建狂魔們致敬。
