当前位置: 华文世界 > 科技

为预防大坝开裂,三峡修建用光了附近粉煤灰,粉煤灰到底有何用?

2024-07-17科技

导语

自从人类拥有了「造山」的能力,一座座大坝就像一座座巍峨的新山,屹立在河流上游,成了调整水流的「水牛」,又如同母亲的胸膛,为下游的孩子们挡住了无数次洪水的侵袭。

然而,由于大坝高度庞大,其自身的重压就会使内部的压力发生巨大变化,且大坝的建造材料大多是混凝土,这就让大坝在面临重压的时候,会产生一定的裂缝。

所以,大坝开裂问题一直是研究者们头痛的事,然而千百年来,大家一直在改进大坝的新材料,来解决大坝的裂缝问题,那么,粉煤灰又是怎样帮助大坝「抗裂」的?

大坝裂缝的原因。

不知道大家有没有留心过,在脱离冷却的蛋糕上面,经常会有「凹痕」,这就是蛋糕外面和里面温度的差异,或者是蛋糕内部容易变化的地方,这造成的结果。

这种现象,其实在大坝上也经常发生,只不过蛋糕是温差,而大坝则是由于内部的水泥发热所产生的温差。

大家都知道,当水泥和水混合的时候,就会出现化学反应,这种化学反应在进行的过程中,能够产生大量的热量,会导致整个混凝土体的温度升高,而混凝土体内部的空气只要一温升,就会膨胀起来。

这种升高的温度和空气膨胀的过程,会产生一个综合效果,就是体积的变大,而体积的变大就会导致内部的缝隙变宽,所以,内部的膨胀和体积的变化,让其在变大的同时,内部的空气也变为一个巨大的气体。

正是由于内部空间的巨大,导致内部的压力变大,这样外部的混凝土就会承受到内外两个方向的挤压,产生一定的拉应力,而这个拉应力就是由于内部变化产生的,所以难以平衡。

这样就直接就导致大坝内部的混凝土出现裂缝,而这样的裂缝一旦出现,就会影响到大坝的结构耐久性和整体性。

所以,大坝的裂缝问题是非常棘手的,因为人类无法改变水泥发热的性质,只能通过改变一些别的方面来减少裂缝的产生,那就是水泥用量。

降低水泥用量的新材料。

改变水泥的用量,又会对大坝建设产生新的问题,那就是大坝的抗压性和结构的稳定性,因为水泥是大坝建设的重要原材料,而且也是保障大坝结构稳定的最主要的保证。

但是,降低水泥用量,却可以帮助大坝在建设的过程中少出现一些裂缝,那么,有什么新的材料,可以在不伤大坝本身建造质量的前提下,降低水泥用量呢?

此时,工业废料的粉煤灰就应运而生。

粉煤灰,是一种工业废物,其主要产生于燃煤电厂产生的废气中,煤烟在通过烟囱的时候,会和烟囱内部的粉尘发生作用而形成的固体颗粒,这便是粉煤灰。

粉煤灰可以降低水泥用量,是因为其本身就是一种硅酸盐材质,其硅酸盐和水泥混合后可以产生化学反应,从而形成新的钙硅石水泥,这种钙硅石水泥比起普通的硬化水泥,有更好的抗压性和抗弯曲性。

而且粉煤灰还可以降低混凝土的热量,这可能有点矛盾,但是当粉煤灰和水泥一起通风干燥的时候,这其中的水分就会被跑出来,当水份跑出来的时候,就会让水泥在和水结合的时候,减少温度增高的速度和温度的最终高度,所以,从本质上来说,粉煤灰还是能够降低混凝土的发热值。

近几年来,我国的大量的大坝修复工程都是通过改变水泥用量的方式,来减少混凝土裂缝,三峡大坝,就是使用粉煤灰来减少水泥用量,控制裂缝的最好例证。

三峡大坝的修建。

三峡工程是一项庞大的水利工程,其背后有千万工人的默默付出,更有体育界女排的精神支撑,然而这也是一项挑战技术极限的工程,在施工过程中遇到许多难题。

在施工的时候,大家就发现,因为水泥的发热,不但会引起内部的温度升高,且还会产生气泡,这直接就影响到混凝土的结构,所以,当混凝土结构的牢固性受到影响,就会导致三峡大坝的寿命大大缩短,所以,如何解决这个问题就成了当时研究者们头疼的难题。

后来,研究者们就提出,通过降低水泥用量,然而就会遇到另外一个难题,就是如何确保在降低水泥用量的情况下,不会影响到大坝的抗压性和结构的稳定性。

此时,粉煤灰就应运而生,因为其有较小体积密度,所以可以在一定程度上替代水泥,用量大大减少,在大坝的修建中,粉煤灰就是使用量最大的材料,在水泥中的掺和比例就达到40%。

这样的掺和比例不但可以减少水泥用量,还能提高混凝土的耐久性,同时还可以大大降低三峡大坝内部的裂缝,经过三峡大坝的八年多的建造,耗资1646亿的资金,三峡大坝终于完成,三峡大坝也因为其巨大的流量,一改往日的名瀑风采,成为一张醒目的「大水牛」。

结语

粉煤灰的使用不仅可以在大坝建设中帮助减少裂缝的产生,还可以在垫底的混凝土结构中发挥作用,可以为建筑物的安全和耐久性提供保障。

随着工业化进程的加快,如何将工业废料进行有效的利用和处理,也成了一个重要议题,粉煤灰在大坝建设中的应用,也为工业废料的资源化利用提供了范例。

因此,在今后的大型基建工程中,我们需要一方面防范裂缝问题,同时也要积极的运用粉煤灰、高炉矿渣等新型材料,为我国的基建事业作出更大的贡献。