三峡大坝：为防止混凝土坝体出现裂缝，竟用了6个火电厂的粉煤灰

长江是中华民族的“母亲河”，流域面积达180万平方公里，它发源于有着“世界屋脊”之称的青藏高原，是我国乃至亚洲第一长、世界第三长河流，全长6387公里，其长度仅次于非洲的尼罗河、南美洲的亚马逊河，而按照年净流量算则也是位居世界第三份，排在亚马逊河、刚果河之后，年平均入海水量约9600余亿立方米。

世界水能第一大河——长江

由于长江干流自西向东蜿蜒曲折地流经我国地势的第一级阶梯、第二级阶梯和第三级阶梯，上游主要有雅砻江、岷江、嘉陵江、乌江等支流，水量丰富，且流经地势阶梯的交界处，河床落差大、多峡谷急流，因此长江也是世界水能第一大河。

为了开发利用长江丰富的水力资源，1994年12月14日举世瞩目的三峡工程在湖北宜昌三斗坪正式开工。经过将近9年的建设，2003年5月三峡大坝全线建成并达到设计高程185米，属于全球规模最大的混凝土重力坝，混凝土使用量达2800万立方米，并且同年6月三峡大坝迎来了第一次“考验”，也就是135米试探性蓄水。而三峡大坝蓄水之后，高峡平湖三峡水库也随之出现。

三峡大坝打破“无坝不裂”的行规

值得注意的是，三峡大坝不仅是目前全球最大的水利发电工程三峡水电站的主体工程，而且自实验性蓄水以来还打破“无坝不裂”的行规，创造了“天衣无缝”的大坝奇迹，也为我国后续水利工程建设积累了宝贵的经验，这是怎么回事呢？

实际上，在大坝建造乃至使用过程中，“裂缝”问题一直存在，而控制出现裂缝问题也是一项国际性的难题，无论是美国的胡佛大坝、埃及的阿斯旺大坝以及巴西与巴拉圭共建的伊泰普大坝等均有裂缝产生，并且在业内甚至还有一个听起来很专业、但又感觉不太专业的名词“无坝不裂”，意思是只要是大坝都会出现“裂缝”，只是裂缝是否属于可控范围。

三峡大坝是规模庞大的混凝土重力坝，其主体和导流等建筑基本都是由大体积混凝土浇筑而成，但是大体积混凝土在浇筑过程中尤其受内部热量大量聚集引起急剧温升、内外温差较大等“水化热”的影响，导致温度应力和收缩作用产生的力，超过了混凝土本身抗拉强度产生的力，非常容易产生裂缝，为此三峡大坝在大体积混凝土浇筑方面采用个性化和智能精细化的温度控制。

虽然降低“水化热”减少大坝开裂的措施有很多种，例如可以埋设循环水管通过冷水进热水出的方法实现混凝土内部降温，但是专家表示这种冷却降温的措施，不仅成本较高，而且管理不善骤然降温也会造成水管周围产生贯穿性裂缝，因为影响混凝土最关键的不是温度高而是高温差，这一点在住房和城乡建设部、国家市场监督管理总局联合发布的《大体积混凝土施工规范》条文中就有体现，也就是混凝土中心温度与混凝土表面温度之差不应大于25℃。

不过从“水化热”所产生的热量来看，它是由水和水泥产生化学反应而释放出来的热量，这种热量会随着推移这种热量会急剧升温，达到峰值后又会逐渐冷却，由于大体积混凝土表面系数比较小、水泥“水化热”释放比较集中，导致内部升温比较快，当内部与表面温差较大时，就会使混凝土产生“温度裂缝”，从而影响建筑物的结构安全和正常使用，因此一般来说“水化热”高的水泥不能用在大体积混凝土中，如水利大坝、高层楼房基础等实体最小尺寸大于或等于1米的建筑物。

所以了解了水泥“水化热”的形成机制，要通过减少水泥水化热现象的产生、避免出现“温度裂缝”，可以通过减少水或水泥的用量来实现，因为无论是哪一种物质或者这两种物质都减少了，其化学反应所产生的热量就会随之减少，但是关键的一点就是必须保证水泥用量的降低不影响建大坝的整体结构安全。

「三掺一低」发挥重要作用的粉煤灰到底是什么？

三峡工程从第二阶段开始进入大体积混凝土施工阶段，混凝土浇筑量达1699.92万立方米，为了做好大坝混凝土的温控防裂，使大坝混凝土温升控制在避免发生裂缝的限值以内，除了所用的混凝土基料是特制的人工砂和人工碎石外，专家们还采用了「三掺一低」的技术措施配置了用水量仅每立方米160斤水的四级配混凝土，而实际上在大体积混凝土设计中，选择四级配混凝土的目的就是为了减少水泥的用量。

「三掺一低」指的是在混凝土配合比设计和生产中，采用国标一级粉煤灰与缓凝高效减水剂、混凝土引气剂三种物质进行联掺，以此来降低混凝土单位用水量，从而达到改善混凝土和易性、较少混凝土内部缺陷、温控防裂、提高混凝土耐久性等目的。其中「三掺一低」最值得一提的就是“粉煤灰”了，可以说“功不可没”。

粉煤灰也被称为烟灰或飞灰，它主要是煤炭在燃烧过程中排出的粒径在1-100μm（长度单位“微米”）之间的微小灰粒，例如火电厂在燃烧煤料时会产生这种颗粒非常细的“烟气”，主要含二氧化硅(SiO)、氧化铝(AlO)和氧化铁(FeO)等成分。根据我国的燃煤情况来看，受燃煤中灰分含量的影响，每吨煤料大约产生250-300公斤的粉煤灰。

由于粉煤灰粒径非常细，属于燃煤电厂排放的固体废物，因此大量粉煤灰“直排”既会造成大气污染，落入水体也会造成河道淤塞，一些化学成分还会对人类和其它生物造成危害，但是加以利用却能“变废为宝”，不仅在水泥及各种轻质建材方面有广泛的应用，还可用在土壤改良方面，并且还可从中回收碳、铁、铜、锗以及钪等物质。

总结

经过三峡工程专家组广泛深入研究以及粉煤灰品质鉴定，在三峡工程建设中一共选用了6个火电厂产生的粉煤灰，且都是国家一级粉煤灰，分别是：平圩灰、珞璜灰、南京灰、华能灰、神头灰、阳逻灰，总用量达170万吨，也就是说这些粉煤灰来自安徽淮南、重庆、山西朔州、江苏南京、湖北武汉等地，可以说论“粉煤灰的来源”，可就远远不止传说中的用完方圆百里那么“近”了。

而且，按照上文中讲到的1吨煤料大约产生0.25-0.3吨粉煤灰计算，170万吨粉煤灰大约需要燃烧567-680万吨煤才能产生，粉煤灰的利用也间接地减少了固体废物对环境的污染。

当然，世界瞩目的三峡大坝之所以创造了“天衣无缝”的世界奇迹，并非只有粉煤灰的“功劳”，而是千千万万组织、参研、参试以及参建者共同奋斗的结果，在此向大国工匠和基建狂魔们致敬。