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為預防大壩開裂,三峽修建用光了附近粉煤灰,粉煤灰到底有何用?

2024-07-17科技

導語

自從人類擁有了「造山」的能力,一座座大壩就像一座座巍峨的新山,屹立在河流上遊,成了調整水流的「水牛」,又如同母親的胸膛,為下遊的孩子們擋住了無數次洪水的侵襲。

然而,由於大壩高度龐大,其自身的重壓就會使內部的壓力發生巨大變化,且大壩的建造材料大多是混凝土,這就讓大壩在面臨重壓的時候,會產生一定的裂縫。

所以,大壩開裂問題一直是研究者們頭痛的事,然而千百年來,大家一直在改進大壩的新材料,來解決大壩的裂縫問題,那麽,粉煤灰又是怎樣幫助大壩「抗裂」的?

大壩裂縫的原因。

不知道大家有沒有留心過,在脫離冷卻的蛋糕上面,經常會有「凹痕」,這就是蛋糕外面和裏面溫度的差異,或者是蛋糕內部容易變化的地方,這造成的結果。

這種現象,其實在大壩上也經常發生,只不過蛋糕是溫差,而大壩則是由於內部的水泥發熱所產生的溫差。

大家都知道,當水泥和水混合的時候,就會出現化學反應,這種化學反應在進行的過程中,能夠產生大量的熱量,會導致整個混凝土體的溫度升高,而混凝土體內部的空氣只要一溫升,就會膨脹起來。

這種升高的溫度和空氣膨脹的過程,會產生一個綜合效果,就是體積的變大,而體積的變大就會導致內部的縫隙變寬,所以,內部的膨脹和體積的變化,讓其在變大的同時,內部的空氣也變為一個巨大的氣體。

正是由於內部空間的巨大,導致內部的壓力變大,這樣外部的混凝土就會承受到內外兩個方向的擠壓,產生一定的拉應力,而這個拉應力就是由於內部變化產生的,所以難以平衡。

這樣就直接就導致大壩內部的混凝土出現裂縫,而這樣的裂縫一旦出現,就會影響到大壩的結構耐久性和整體性。

所以,大壩的裂縫問題是非常棘手的,因為人類無法改變水泥發熱的性質,只能透過改變一些別的方面來減少裂縫的產生,那就是水泥用量。

降低水泥用量的新材料。

改變水泥的用量,又會對大壩建設產生新的問題,那就是大壩的抗壓性和結構的穩定性,因為水泥是大壩建設的重要原材料,而且也是保障大壩結構穩定的最主要的保證。

但是,降低水泥用量,卻可以幫助大壩在建設的過程中少出現一些裂縫,那麽,有什麽新的材料,可以在不傷大壩本身建造質素的前提下,降低水泥用量呢?

此時,工業廢料的粉煤灰就應運而生。

粉煤灰,是一種工業廢物,其主要產生於燃煤電廠產生的廢氣中,煤煙在透過煙囪的時候,會和煙囪內部的粉塵發生作用而形成的固體顆粒,這便是粉煤灰。

粉煤灰可以降低水泥用量,是因為其本身就是一種矽酸鹽材質,其矽酸鹽和水泥混合後可以產生化學反應,從而形成新的鈣矽石水泥,這種鈣矽石水泥比起普通的硬化水泥,有更好的抗壓性和抗彎曲性。

而且粉煤灰還可以降低混凝土的熱量,這可能有點矛盾,但是當粉煤灰和水泥一起通風幹燥的時候,這其中的水分就會被跑出來,當水份跑出來的時候,就會讓水泥在和水結合的時候,減少溫度增高的速度和溫度的最終高度,所以,從本質上來說,粉煤灰還是能夠降低混凝土的發熱值。

近幾年來,中國的大量的大壩修復工程都是透過改變水泥用量的方式,來減少混凝土裂縫,三峽大壩,就是使用粉煤灰來減少水泥用量,控制裂縫的最好例證。

三峽大壩的修建。

三峽工程是一項龐大的水利工程,其背後有千萬工人的默默付出,更有體育界女排的精神支撐,然而這也是一項挑戰技術極限的工程,在施工過程中遇到許多難題。

在施工的時候,大家就發現,因為水泥的發熱,不但會引起內部的溫度升高,且還會產生氣泡,這直接就影響到混凝土的結構,所以,當混凝土結構的牢固性受到影響,就會導致三峽大壩的壽命大大縮短,所以,如何解決這個問題就成了當時研究者們頭疼的難題。

後來,研究者們就提出,透過降低水泥用量,然而就會遇到另外一個難題,就是如何確保在降低水泥用量的情況下,不會影響到大壩的抗壓性和結構的穩定性。

此時,粉煤灰就應運而生,因為其有較小體積密度,所以可以在一定程度上替代水泥,用量大大減少,在大壩的修建中,粉煤灰就是使用量最大的材料,在水泥中的摻和比例就達到40%。

這樣的摻和比例不但可以減少水泥用量,還能提高混凝土的耐久性,同時還可以大大降低三峽大壩內部的裂縫,經過三峽大壩的八年多的建造,耗資1646億的資金,三峽大壩終於完成,三峽大壩也因為其巨大的流量,一改往日的名瀑風采,成為一張醒目的「大水牛」。

結語

粉煤灰的使用不僅可以在大壩建設中幫助減少裂縫的產生,還可以在墊底的混凝土結構中發揮作用,可以為建築物的安全和耐久性提供保障。

隨著工業化行程的加快,如何將工業廢料進行有效的利用和處理,也成了一個重要議題,粉煤灰在大壩建設中的套用,也為工業廢料的資源化利用提供了範例。

因此,在今後的大型基建工程中,我們需要一方面防範裂縫問題,同時也要積極的運用粉煤灰、高爐礦渣等新型材料,為中國的基建事業作出更大的貢獻。