特種水泥護(hù)航“大國重器”
低熱水泥應(yīng)用于白鶴灘水電工程
氧化鎂微膨脹中熱水泥應(yīng)用于三峽工程
■廣 告
特種水泥是指較通用水泥而言具有某些特殊性能或特種功能，以滿足各行業(yè)工程建設(shè)特殊需求為目的的水泥，被稱為水泥“皇冠上的明珠”。它的誕生大大拓展了水泥產(chǎn)品的應(yīng)用范圍和層次，是國內(nèi)重大工程不可或缺的基礎(chǔ)材料。發(fā)展特種水泥，也是中國水泥行業(yè)推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展目標(biāo)、培育行業(yè)發(fā)展新動能、提升行業(yè)科技創(chuàng)新水平的重要體現(xiàn)。
中國建筑材料科學(xué)研究總院有限公司（以下簡稱中國建材總院）的前身可追溯至1950年10月成立的原重工業(yè)部華北窯業(yè)公司研究所，被譽(yù)為“新中國建材科技的搖籃和發(fā)源地”。建院70年來，中國建材總院所屬的水泥科學(xué)與新型建筑材料研究院一直致力于特種水泥的研究、開發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)制定和推廣應(yīng)用，從解放初期的仿造階段，逐步實現(xiàn)自主開發(fā)研究和研究創(chuàng)新，至今已成功開發(fā)出60余種新品種水泥，形成了6大體系（硅酸鹽、鋁酸鹽、硫鋁酸鹽、氟鋁酸鹽、鐵鋁酸鹽和其他）、10大類（水工水泥、核電水泥、海工水泥、道路水泥、油井水泥、裝飾水泥、快硬高強(qiáng)水泥、膨脹自應(yīng)力水泥、耐高溫水泥及其他）的水泥品種，推動我國在特種水泥的理論研究、品種數(shù)量及應(yīng)用水平上步入世界先進(jìn)行列。
近年來，隨著我國水電建設(shè)的迅速發(fā)展，大中型水電工程的不斷興建，對水工水泥的需求量逐年增加，水工水泥已成為國內(nèi)目前使用量龐大的一類特種水泥。目前，國內(nèi)使用量較大的水工水泥主要是氧化鎂微膨脹中熱水泥和低熱硅酸鹽水泥（以下簡稱低熱水泥）。
勇于擔(dān)當(dāng) 破“無壩不裂”有底氣
“無壩不裂”曾經(jīng)一直是縈繞在世界水利人心中的“魔咒”。1994年，三峽工程開工，大體積混凝土“無壩不裂”之說給這個世界上裝機(jī)規(guī)模巨大的水電工程帶來極大的威脅。如何解決這個世界性難題？中國建材總院組織科研骨干團(tuán)隊，提出氧化鎂微膨脹中熱水泥的研發(fā)應(yīng)用。在傳統(tǒng)中熱水泥中引入一定量的氧化鎂，使其在水化后期產(chǎn)生微膨脹，補(bǔ)償大壩工程后期溫降收縮，防止后期溫度裂縫的產(chǎn)生。經(jīng)過配料、煅燒等工藝過程反復(fù)試驗調(diào)整，最終實現(xiàn)氧化鎂微膨脹中熱水泥的規(guī)?；a(chǎn)，并應(yīng)用于三峽工程，相關(guān)技術(shù)成果獲得中國建材聯(lián)合會科技進(jìn)步一等獎。
三峽工程，壩高185米、底寬121米、壩頂總長3035米，主體工程澆注混凝土2800多萬方，其中氧化鎂微膨脹中熱水泥用量500多萬噸。三峽大壩是一座沒有裂縫的混凝土重力高壩，創(chuàng)造了世界奇跡！
三峽工程之后的大型水電工程，如向家壩、溪洛渡、錦屏、官地、大崗山、金安橋、小灣、構(gòu)皮灘、觀音巖等均采用氧化鎂微膨脹中熱水泥作為水工大壩混凝土的膠凝材料。其中溪洛渡水電工程獲得素有國際工程咨詢領(lǐng)域“諾貝爾獎”之稱的“菲迪克工程項目杰出獎”，錦屏水電站工程獲得中國土木工程領(lǐng)域科技創(chuàng)新獎項—“詹天佑”獎，氧化鎂微膨脹中熱水泥對改善我國大壩混凝土的抗裂性、提高混凝土耐久性起到了積極作用，也得到國際水泥專家和水電工程建設(shè)者的稱贊。
自主創(chuàng)新 建“國之重器”有能力
在氧化鎂微膨脹中熱水泥的研發(fā)和應(yīng)用過程中，中國建材總院特種水泥研發(fā)團(tuán)隊繼續(xù)攻堅克難，研發(fā)新品種水泥，以進(jìn)一步適應(yīng)水工等大體積混凝土工程低水化熱的要求。
“要么不做，要做就做最好的?！敝袊ú目傇核嗫茖W(xué)與新型建筑材料研究院院長文寨軍自信又堅定的語氣，透露出總院人搞科研那一股子完美主義的執(zhí)著勁兒。中國建材總院特種水泥研發(fā)團(tuán)隊在“九五”—“十二五”期間，依托多個國家科技攻關(guān)項目，在國內(nèi)外創(chuàng)新實現(xiàn)了以硅酸二鈣為主導(dǎo)礦物的高性能低熱水泥的工業(yè)化生產(chǎn)和規(guī)模化應(yīng)用，在制備技術(shù)上解決了硅酸二鈣礦物活化和高活性晶型的常溫穩(wěn)定這兩大國際難題。與傳統(tǒng)中熱及普通硅酸鹽水泥相比，低熱水泥應(yīng)用于大壩混凝土中，不僅具有早期放熱速率慢、水化熱總量低、后期強(qiáng)度增長快等明顯的技術(shù)優(yōu)勢，且具有干縮小、抗侵蝕、抗沖耐磨的性能優(yōu)勢，被譽(yù)為“大壩退燒藥”。
為加快推進(jìn)低熱水泥的產(chǎn)業(yè)化研發(fā)進(jìn)程，近年來，中國建材總院攜手中國長江三峽集團(tuán)有限公司、嘉華特種水泥股份有限公司、中國水利水電科學(xué)研究院等單位共同組建跨行業(yè)、跨部門的“產(chǎn)學(xué)研用”研發(fā)團(tuán)隊，聯(lián)合攻關(guān)，不斷優(yōu)化低熱水泥制備和應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，大幅提升了低熱水泥及混凝土綜合性能。2003年將低熱水泥列入國家標(biāo)準(zhǔn)GB 200-2003，并于2017年結(jié)合工程應(yīng)用情況，對低熱水泥相關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行了修訂完善。中國建材總院在低熱水泥方面已獲得“一種低熱硅酸鹽水泥及其制備和應(yīng)用（專利號：ZL02.1.00189.8）”“一種高鎂微膨脹低熱水泥及其制備方法（專利號：ZL2012.1.0403083.X）”等國家授權(quán)發(fā)明專利18項，2006年“高性能低熱硅酸鹽水泥（高貝利特水泥）的制備技術(shù)及應(yīng)用”獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎。
目前，中國建材總院研發(fā)的低熱水泥已經(jīng)在烏東德和白鶴灘兩座300m級高拱壩實現(xiàn)全壩應(yīng)用，使用低熱水泥約450萬噸，在國內(nèi)外尚屬突破性應(yīng)用。
全程監(jiān)造 助“水電工程”有實力
水泥混凝土是建造大壩的重要基礎(chǔ)材料，是保證工程建設(shè)質(zhì)量和壽命的關(guān)鍵。重點工程用的特種水泥與普通水泥是不同的，要保證工程不出問題，就要從細(xì)節(jié)抓起，從源頭抓起，只有這樣才有可能建起“無裂大壩”，三峽集團(tuán)提議讓中國建材總院進(jìn)行“水泥質(zhì)量駐廠監(jiān)造”。
為此，中國建材總院對三峽、溪洛渡、向家壩、白鶴灘、烏東德等十余項國家重點水電工程項目實施了全程“水泥質(zhì)量駐廠監(jiān)造”模式，從水泥生產(chǎn)、出廠到工程澆筑一路守護(hù)。駐廠時間最久的特種水泥所黨支部書記王顯斌長年累月在幾個水泥廠之間奔波。
特種水泥所馬忠誠博士回憶：“烏東德和白鶴灘水電工程建設(shè)初期，總院技術(shù)人員往往是幾個水泥廠和工程現(xiàn)場來回跑，跑一次得六七個小時，而且多數(shù)都是山路，真正稱得上‘翻山越嶺’，山路坑坑洼洼，特別陡。我們戲稱坐得都是‘過山車’，不花錢，還讓坐個夠。那會兒吃飯都不敢吃飽，生怕路上顛簸反胃，到了下一站再補(bǔ)充吃點，墊墊饑餓。后來，為滿足工程建設(shè)高峰期的需要，業(yè)主方特意鋪設(shè)了專用公路，路好走了，時間也縮短不少?！苯?jīng)過2000多個日日夜夜，在總院科技人員、質(zhì)檢工作者的守護(hù)下，烏東德水電站首臺機(jī)組順利發(fā)電，白鶴灘水電站預(yù)計2021年首臺機(jī)組發(fā)電。
烏東德和白鶴灘水電站全壩應(yīng)用低熱水泥的成功，讓中國開啟了世界無裂大壩之門。隨著國家水電工程建設(shè)的深入和擴(kuò)大，未來中國建材總院將繼續(xù)推動科技創(chuàng)新，研發(fā)提升復(fù)雜服役環(huán)境下國家重大工程用特種水泥性能，滿足國家重點工程建設(shè)的需要，同時推動我國特種水泥產(chǎn)業(yè)走向更輝煌的明天。中國建材總院用實際行動踐行了“科技領(lǐng)先 服務(wù)建設(shè)”的理念，必將為我國現(xiàn)代化建設(shè)作出更大貢獻(xiàn)。（馬忠誠）
（數(shù)據(jù)來源：中國建筑材料科學(xué)研究總院有限公司）
（《科技日報》2020年12月15日第 3 版。）
