特种水泥护航“大国重器”

  特种水泥是指较通用水泥而言具有某些特殊性能或特种功能，以满足各行业工程建设特殊需求为目的的水泥，被称为水泥“皇冠上的明珠”。它的诞生大大拓展了水泥产品的应用范围和层次，是国内重大工程不可或缺的基础材料。发展特种水泥，也是中国水泥行业推进供给侧结构性改革、实现高质量发展目标、培育行业发展新动能、提升行业科技创新水平的重要体现。

  中国建筑材料科学研究总院有限公司（以下简称中国建材总院）的前身可追溯至1950年10月成立的原重工业部华北窑业公司研究所，被誉为“新中国建材科技的摇篮和发源地”。建院70年来，中国建材总院所属的水泥科学与新型建筑材料研究院一直致力于特种水泥的研究、开发、标准制定和推广应用，从解放初期的仿造阶段，逐步实现自主开发研究和研究创新，至今已成功开发出60余种新品种水泥，形成了6大体系（硅酸盐、铝酸盐、硫铝酸盐、氟铝酸盐、铁铝酸盐和其他）、10大类（水工水泥、核电水泥、海工水泥、道路水泥、油井水泥、装饰水泥、快硬高强水泥、膨胀自应力水泥、耐高温水泥及其他）的水泥品种，推动我国在特种水泥的理论研究、品种数量及应用水平上步入世界先进行列。

  近年来，随着我国水电建设的迅速发展，大中型水电工程的不断兴建，对水工水泥的需求量逐年增加，水工水泥已成为国内目前使用量庞大的一类特种水泥。目前，国内使用量较大的水工水泥主要是氧化镁微膨胀中热水泥和低热硅酸盐水泥（以下简称低热水泥）。

  勇于担当 破“无坝不裂”有底气

  “无坝不裂”曾经一直是萦绕在世界水利人心中的“魔咒”。1994年，三峡工程开工，大体积混凝土“无坝不裂”之说给这个世界上装机规模巨大的水电工程带来极大的威胁。如何解决这个世界性难题？中国建材总院组织科研骨干团队，提出氧化镁微膨胀中热水泥的研发应用。在传统中热水泥中引入一定量的氧化镁，使其在水化后期产生微膨胀，补偿大坝工程后期温降收缩，防止后期温度裂缝的产生。经过配料、煅烧等工艺过程反复试验调整，最终实现氧化镁微膨胀中热水泥的规模化生产，并应用于三峡工程，相关技术成果获得中国建材联合会科技进步一等奖。

  三峡工程，坝高185米、底宽121米、坝顶总长3035米，主体工程浇注混凝土2800多万方，其中氧化镁微膨胀中热水泥用量500多万吨。三峡大坝是一座没有裂缝的混凝土重力高坝，创造了世界奇迹！

  三峡工程之后的大型水电工程，如向家坝、溪洛渡、锦屏、官地、大岗山、金安桥、小湾、构皮滩、观音岩等均采用氧化镁微膨胀中热水泥作为水工大坝混凝土的胶凝材料。其中溪洛渡水电工程获得素有国际工程咨询领域“诺贝尔奖”之称的“菲迪克工程项目杰出奖”，锦屏水电站工程获得中国土木工程领域科技创新奖项—“詹天佑”奖，氧化镁微膨胀中热水泥对改善我国大坝混凝土的抗裂性、提高混凝土耐久性起到了积极作用，也得到国际水泥专家和水电工程建设者的称赞。

  自主创新 建“国之重器”有能力

  在氧化镁微膨胀中热水泥的研发和应用过程中，中国建材总院特种水泥研发团队继续攻坚克难，研发新品种水泥，以进一步适应水工等大体积混凝土工程低水化热的要求。

  “要么不做，要做就做最好的。”中国建材总院水泥科学与新型建筑材料研究院院长文寨军自信又坚定的语气，透露出总院人搞科研那一股子完美主义的执着劲儿。中国建材总院特种水泥研发团队在“九五”—“十二五”期间，依托多个国家科技攻关项目，在国内外创新实现了以硅酸二钙为主导矿物的高性能低热水泥的工业化生产和规模化应用，在制备技术上解决了硅酸二钙矿物活化和高活性晶型的常温稳定这两大国际难题。与传统中热及普通硅酸盐水泥相比，低热水泥应用于大坝混凝土中，不仅具有早期放热速率慢、水化热总量低、后期强度增长快等明显的技术优势，且具有干缩小、抗侵蚀、抗冲耐磨的性能优势，被誉为“大坝退烧药”。

  为加快推进低热水泥的产业化研发进程，近年来，中国建材总院携手中国长江三峡集团有限公司、嘉华特种水泥股份有限公司、中国水利水电科学研究院等单位共同组建跨行业、跨部门的“产学研用”研发团队，联合攻关，不断优化低热水泥制备和应用关键技术，大幅提升了低热水泥及混凝土综合性能。2003年将低热水泥列入国家标准GB 200-2003，并于2017年结合工程应用情况，对低热水泥相关技术要求进行了修订完善。中国建材总院在低热水泥方面已获得“一种低热硅酸盐水泥及其制备和应用（专利号：ZL02.1.00189.8）”“一种高镁微膨胀低热水泥及其制备方法（专利号：ZL2012.1.0403083.X）”等国家授权发明专利18项，2006年“高性能低热硅酸盐水泥（高贝利特水泥）的制备技术及应用”获得国家技术发明二等奖。

  目前，中国建材总院研发的低热水泥已经在乌东德和白鹤滩两座300m级高拱坝实现全坝应用，使用低热水泥约450万吨，在国内外尚属突破性应用。

  全程监造 助“水电工程”有实力

  水泥混凝土是建造大坝的重要基础材料，是保证工程建设质量和寿命的关键。重点工程用的特种水泥与普通水泥是不同的，要保证工程不出问题，就要从细节抓起，从源头抓起，只有这样才有可能建起“无裂大坝”，三峡集团提议让中国建材总院进行“水泥质量驻厂监造”。

  为此，中国建材总院对三峡、溪洛渡、向家坝、白鹤滩、乌东德等十余项国家重点水电工程项目实施了全程“水泥质量驻厂监造”模式，从水泥生产、出厂到工程浇筑一路守护。驻厂时间最久的特种水泥所党支部书记王显斌长年累月在几个水泥厂之间奔波。

  特种水泥所马忠诚博士回忆：“乌东德和白鹤滩水电工程建设初期，总院技术人员往往是几个水泥厂和工程现场来回跑，跑一次得六七个小时，而且多数都是山路，真正称得上‘翻山越岭’，山路坑坑洼洼，特别陡。我们戏称坐得都是‘过山车’，不花钱，还让坐个够。那会儿吃饭都不敢吃饱，生怕路上颠簸反胃，到了下一站再补充吃点，垫垫饥饿。后来，为满足工程建设高峰期的需要，业主方特意铺设了专用公路，路好走了，时间也缩短不少。”经过2000多个日日夜夜，在总院科技人员、质检工作者的守护下，乌东德水电站首台机组顺利发电，白鹤滩水电站预计2021年首台机组发电。

  乌东德和白鹤滩水电站全坝应用低热水泥的成功，让中国开启了世界无裂大坝之门。随着国家水电工程建设的深入和扩大，未来中国建材总院将继续推动科技创新，研发提升复杂服役环境下国家重大工程用特种水泥性能，满足国家重点工程建设的需要，同时推动我国特种水泥产业走向更辉煌的明天。中国建材总院用实际行动践行了“科技领先 服务建设”的理念，必将为我国现代化建设作出更大贡献。（马忠诚）