呼蓄电站将抗低温混凝土技术推向世界之最

  本网讯（严艺 报道）提及内蒙古，人们会想到草原、绿色、蓝天、白云，那是七、八月份的内蒙古，一年中最适合享受大自然的季节。 当时间转至10月底后，内蒙古开始进入初冬时节，温度也会骤降至零下，等到11月份以后，完全就是一番冰天雪地的景象。
  极低的气温给呼和浩特抽水蓄能电站（以下简称“呼蓄电站”）的施工带来了超乎想象的困难，任何在一般情况下都能操作的施工材料在这里都显得那么“无能为力”。但机遇往往与挑战同在，经过反复的试验和比对，抗冻断平均值为-46℃的沥青混凝土“腾空出世”，一举改变了低温沥青混凝土依靠国外进口的命运，成了完完全全的“国产货”。
  极低温度堪称抽水蓄能电站世界之最
  由于内蒙古的冬季长达五个月，漫长而严寒，且温度已经超出常人的可承受范围。所以，这种极端气候给位于高寒地区的呼和浩特抽水蓄能电站的施工带来了巨大困难。
  让我们来看一组数据，根据呼和浩特和武川气象站，以及内蒙古自治区同纬度各气象站的历年实测极端最低气温，并采用海拔高程进行校准，以及参考北京勘测设计研究院在上水库附近设立的专用气象站的实测极端最低气温资料综合分析，确定上水库极端最低气温为-41.8℃。
  再将这个温度按100年一遇的概率进行计算分析，得出极端最低气温为-42.7℃，考虑到安全裕度（测量中的总的不确定度的允许值），确定设计极端最低气温为-43℃，为保证达到-43℃，设计提出设计平均冻断温度为-45℃的要求。
  我们再将其温度环境与其他抽水蓄能电站相比较一下，目前国内外已建的寒冷或严寒地区沥青混凝土衬砌面板防渗工程中，1979年建成的奥地利Oscheniksee沥青混凝土面板坝坝高81米，位于海拔2391米的阿尔匹斯山地区，运行中曾经历-35℃的低温。国内山西西龙池抽水蓄能电站上水库极端最低气温-34.5℃。足可见呼蓄电站上水库的极低气温堪称世界之最。
  “这也是呼蓄电站与其他抽水蓄能电站的不同之处，施工的黄金期极短，而且施工材料必须达到极端低温下抗冻抗裂的要求。”呼蓄电站工程管理部的人员告诉记者。
  沥青混凝土更胜一筹
  普通的钢筋混凝土面板在这种低温情况下，冻融耐久性问题较为突出。根据我国水工建筑物耐久性调查资料显示，在32座大型混凝土坝工程、40余座中小型工程中，22%的大坝和21%的中小型水工建筑物都存在冻融破坏问题，而且主要集中在东北、华北、西北地区。
  同时，通过初步研究咨询，从适应基础变形性能、防渗效果、施工速度和运行检修条件等因素考虑，沥青混凝土面板的防渗要比钢筋混凝土面板具有一定优势。
  据资料显示，在中欧和北欧，冬季比较寒冷，对冰会否引起沥青混凝土面板的破坏研究较多并积累了相当的经验。总的观点是：在一般情况下，冰不会影响密实沥青混凝土表面安全，是因为冰结在坝坡上且以后水面下降，冰层将因自重而破裂，不会使沥青混凝土表面破坏。
  在可供参考的抽水蓄能电站中，已建成的山西西龙池抽水蓄能电站上水库最低气温是-34.5℃，其采用的施工材料为改性沥青混凝土，这种材质的抗冻断温度为-39.4℃。
  所谓“改性沥青”，使用树脂、天然沥青(湖沥青)或橡胶粉，使用抗剥离剂或矿物(如石灰、纳米材料)等材料，或复合使用多种改性材料，提高沥青的软化点、延伸率、粘度、抗剥离能力等性能，从而提高沥青混凝土的抗裂、抗车辙、抗松散、抗氧化等性能。
  但呼和浩特抽水蓄能电站上水库气候条件严酷，冬季寒冷，最低气温为-41.8℃，比西龙池上库气温足足低了7.3℃，低温抗裂性能要求更高，在这一温度下修建抽水蓄能电站蓄水库的沥青混凝土衬砌，国内外均无先例。这就给我们研究新型的沥青混凝土带来了巨大的挑战。
  挑战与机遇并存——沥青混凝土国产化驶入“快车道”
  在西龙池使用的沥青混凝土在当时是国内最顶尖的抗冻断沥青混凝土技术，中国还没有适应-45℃环境下的沥青混凝土。且要达到日渗水量占总库容的1/10000的防渗标准，事情变得愈发复杂。
根据目前的认知水平和研究成果，冻断温度是评价沥青混凝土低温抗裂能力的关键技术参数，而沥青的品种是影响冻断温度的最重要因素，其它配合比参数对冻断温度的影响则很小。因此，追求冻断温度问题就成了改性沥青的选用问题，选用的技术标准就是沥青混凝土的冻断温度。
  为了满足面板的低温抗裂和防渗效果，中国三峡集团委托设计、科研单位经过了多次的沥青混凝土配合比试验研究，主要是对沥青混凝土原材料、防渗层、整平胶结层和封闭层配合比设计及物理力学性能试验。
  通过4个改性沥青厂家13个改性沥青品种的反复实验研究，加上国内在沥青混凝土方面有经验的专家和学者的加入，沥青混凝土研究有了突破性的成果。事实表明，有2个改性沥青厂家的4个改性沥青品种满足上水库沥青混凝土防渗面板抗冻段温度-45℃的要求。
  经实验检测，盘锦5号改性沥青混凝土被最终采用，它的冻断温度平均值为-46℃，最高值为-44.4℃，可满足平均值小于或等于-45℃、最高值小于或等于-43℃的设计要求。同时，沥青混凝土面板温度场及温度应力分析结果，竣工期和运行期防渗层表面最大温度应力低于冻断试验应力3.4MPa。
反复的研究试验、详尽的数据分析、严丝合缝的实践检验，这一成果成为我国沥青混凝土国产化技术的又一伟大创举。在这之前，很多沥青混凝土都是由国外进口，一些关键技术、关键原材料还完全依赖于国外，而且我们的研发公司与国外相比还存在较大差距。过去为了购置适合工程的沥青混凝土，我们甚至需要花费上百万的资金。
  现今，我们已由“购买者”变成了“自主生产者”，这是呼蓄电站所处的极低气温给我们的考验，但同时它又带来了一个“自主创新”的机遇。呼蓄电站的特殊环境将沥青混凝土的国产化带入飞速发展的快车道，它取得的经验，必将为我国北方寒冷地区抽水蓄能电站的建设所借鉴。
  “祸兮福之所倚，福兮祸之所伏”，中国先哲早已阐明挑战与机遇互相转化的辩证法。在国产化创新的大趋势下，呼蓄电站沥青混凝土的探索成功，必将对混凝土国产化的进步产生深远的影响。

发布日期：2013年12月15日