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如何让水坝不裂?
发布时间:2026-03-17
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“并网发电!”随着指令长一声令下,位于浙江省天台县苍山深处的电站“心脏”——单机容量达42.5万千瓦的水轮机组,开始高速运转。
  前不久,浙江天台抽水蓄能电站首台机组正式并网发电,为我国华东电网添加了一座巨型“充电宝”:山顶上水库内水流奔涌而下,借助724米超高水头,驱动水轮机组源源不断发出绿电;山脚下水库敞开胸怀接纳来水,待水量充盈、电量富裕时,再将水送至上水库储存起来,完成蓄能。
  一放一蓄间,这座世界额定水头最高、国内单机容量最大、国内引水斜井最长的抽水蓄能电站,巧妙地利用势能与电能相互转换,在时空上完成电力‘搬运’。天台抽蓄电站建成后,预计每年可提供17亿度清洁电能,满足一座160万人口城市一年的生活用电。
  如何让大坝不裂?
  当水位升至953米、蓄水量达689万立方米时,“满盆”库容会产生巨大的静水压力,时刻考验天台抽蓄电站上水库大坝的坚固度与耐久性。
  “大坝一般由柔性堆石坝和刚性混凝土面板组成,虽能有效抗压但天然‘惧怕’拉伸。”天台抽蓄公司”工程管理部工程师说,混凝土面板下的堆石坝一旦因冷热变形脱空,将造成面板开裂风险。
  “必须想方设法让混凝土面板更抗裂。热了不行、冷了也不行,面板犹如需要精心呵护的孩子。”
  “思虑再三,我们决定从水泥配方这个源头着手,解决抗裂难题。”周涛说。研发团队将市面上性能良好的材料悉数纳入研究视野,不断变换材料组合方式、配方比例和掺合剂量。
  一开始,6种配方同时投入试验。结果令人沮丧,要么早期强度不达标,要么成本飙升到无法承受。最棘手的是,有些配方反而加剧了裂缝生长。
  “我们像是在黑暗中摸索。”周涛在项目日志中写道,“每个变量都影响着其他变量,简单的叠加思维行不通。”
  转折发生在第3个月。周涛在观察玄武岩纤维的微观结构时灵感突现:“这些纤维表面如果能和水泥基体形成化学键而不仅仅是物理嵌合,会不会更好?”
  这个想法点亮了新方向——材料间的界面效应可能是关键。
  团队调整了策略,不再进行“试错式”筛选,而是建立了系统的性能矩阵。他们将18种配方按照3个维度排列:热力学性能、力学性能、耐久性能,每个配方都要经过12项标准测试和3项模拟环境测试。
  6个月后,成功的曙光近在眼前。“低热水泥+玄武岩纤维+防裂剂”的组合表现优异:在温差循环测试中,裂缝宽度比基准组减少了近60%;后续的疲劳测试中,极限抗拉伸性能提升约30%,温差耐受度提高10℃,实现控温、抗拉双重效果。
  配方有了,又为大坝量身定制出全生命周期温控模型。“利用该模型,不仅能够精准预测出面板温度引发应力变化的规律,还能模拟面板浇筑时边界因素对应力的影响,有效支撑大坝控温与限裂措施改进。”杜俊良说。
如今,这座高62.5米、顶部长566米的大坝巍峨矗立在群山之中,抗裂性能出色,渗漏量仅为设计指标的十分之一,居国内抽蓄行业领先水平。(改编自科技日报)