历经50载论证的南水北调中线一期工程2003年开工,而其中的中线关键性控制工程——丹江口大坝加高也于今年9月26日正式开工。丹坝加高是在已建成的大坝上加高14.6米,正常蓄水位从157米提高到170米,从而相应增加库容116亿立方米,满足近期向北调水95亿立方米的需要。工程建设内容包括混凝土大坝加高到176.6米,两岸土石坝顶高程加到177.6米等,混凝土工程量达到128.6万立方米。因此,如何建好庄严巍峨的混凝土大坝成为人们关注的焦点,二次风冷技术被设计者推到了前台,它的优势再次展现在世人面前。
自1824年波特兰水泥得到发明专利后,这种工程材料的应用在随后的200年里得到了迅猛发展。三峡工程的建设者更是将混凝土施工技术发挥到极至,不断刷新着世界水电工程建设史的纪录。混凝土二次风冷技术便是这其中的精华之一。
混凝土浇筑并非简单的水泥、石头混合,有着极其复杂的工艺要求。在丹江口大坝混凝土浇筑中,最关键的技术之一就是保证混凝土的出机口温度在4月和10月时保持在7摄氏度。因为不同的原材料组合会产生不同的温度变化,而混凝土浇筑的温度和环境变化又会引起不同的应力变化,从而使混凝土产生裂缝,影响到大坝的安全。为此,长江设计院在丹江口大坝上进行了三次混凝土浇筑试验,最终将目光锁定在了混凝土二次风冷技术中。
从上世纪80年代起,混凝土预冷多以“水冷-风冷-冰冷”的“三冷法”进行,比如葛洲坝工程。虽然取得了成功,但施工专家发现仍存在一些问题。长江委设计院施工处刘少林处长介绍,三冷法中的水冷骨料在运行中脱水效果较差,进入拌和楼风冷时易被冻结,进一步深冷的能力受到限制;其次,水冷骨料时需修建一条200~300米的洒水廊道,制冷设施占地面积大,系统布置困难。如何解决这些问题呢?混凝土二次风冷技术可以担此重任。
二次风冷技术由长江委设计院95年开始研发,经过一年的研究探索,96年开始试运行。虽然在三峡建设中曾有规定:为保证工程建设质量,不允许使用新材料、新技术。但二次风冷技术成为了唯一的例外,它很好的解决了三峡工程混凝土施工强度高、场地狭窄、系统难以布置的难题,仅三峡二期工程就节省一次性土建和设备投资近1亿元,相应降低系统运行成本31%,节省运行费用3000万元以上。该技术的发明及成功应用,打破了巴西伊太普工程以来认定的混凝土出机口温度难以达到7摄氏度下的定论,成为混凝土预冷技术的一次革命,对推动混凝土预冷技术的发展起到了极为重要的作用。
施工专家介绍,二次风冷技术将三冷法中的水冷骨料程序改为一次风冷,将冲洗筛分后的骨料在0℃~-5℃的冷风通过冷风机吹送至地面调节料仓中进行初步冷却,吸热后的冷风由鼓风机抽回冷却构成循环。4种骨料可分别冷却到5℃~8℃。然后,将经过一次风冷的骨料通过保温皮带机进入拌和楼料仓进行第二次风冷。因此,二次风冷技术占地面积小、能耗低、运行费用少、操作简便。
专家说,骨料的两次风冷之间还可以相互调剂,当其中一个环节出现故障时可短期替代。风冷后骨料的含水率也大为降低,既减少了骨料冻仓的可能性,也使加冰拌和混凝土的措施有了更大的机动性,从而适用于任何水利工程的混凝土预冷系统。
目前,该项技术已获2001年全国优秀咨询成果奖,2002年湖北省科技发明一等奖等,并申请获得了三项国家专利。已应用的工程包括国内的三峡水利枢纽、龙滩水电站、构皮滩水电站、广西百色水利枢纽以及国外的巴基斯坦、埃塞俄比亚的水利工程等。