水工混凝土由于施工质量、裂缝、碱骨料反应、钢筋锈蚀、化学侵蚀等问题造成的破坏后果严重，带来的经济损失非常巨大。目前我国正在规划、设计和兴建的大型水利工程有很多， “十三五”水利投资规模增速仍在稳步增长。国际水电市场快速发展，国内大型水电企业借“一带一路”的东风加快“走出去”步伐。水利工程建设的日益规模化、巨型化，工程条件的复杂化，工程建设节奏的快速化以及高耐久的国内外发展趋势，都对水利工程建设，尤其是水工混凝土材料提出了越来越高的要求。因此，迫切需要开展水工混凝土性能调控关键技术研究，以满足现代大型水利工程建设质量和安全运行的重大战略需求。
由于水工混凝土材料、结构和功能的特殊性，以及混凝土施工过程控制和混凝土结构服役环境的复杂性等，其性能调控关键技术方面面临诸多挑战，致使已有的成果还难以很好地满足混凝土工程的实践需要。因此，水工混凝土的施工、抗裂和耐久性能调控技术要获得比较理想的工程实践应用效果，还需做大量深入细致的理论和试验研究工作。 基于上述背景，本项目在分析面临高温长距离运输、高含泥骨料、低胶材混凝土泵送、骨料高碱活性、化学侵蚀、超大体积结构、高速水流作用等严酷条件的水工混凝土特性的基础上，结合典型重大水利工程实践，围绕水工混凝土施工性能、碱骨料反应、抗侵蚀、抗裂、抗冲磨方面存在的技术难点展开系统研究，从化学外加剂技术、矿物外加剂技术、评价方法、理论模型等角度考虑，提出有效的水工混凝土性能调控关键技术，对确保工程顺利施工、安全运行、延长服役寿命具有十分重要的意义。 一、主要创新性成果 1、揭示了聚羧酸分子缔合-解离-络合等机制，发明了系列水工混凝土施工性能调控外加剂，攻克了高温、高含泥、超长时间运送、高岩爆风险下快速支护等严酷条件下混凝土施工性能调控的技术难题。 2、创立了水工混凝土实际碱骨料反应风险快速评价方法；构建了评价粉煤灰抑制碱骨料反应效能的物理化学因子；揭示了水工混凝土碱骨料反应“自免疫”效应；编制了《水工混凝土耐久性技术规范》，首次提出了水工混凝土骨料碱活性最终判据。 3、提出了多路径孔隙结构传输理论，建立了非线性多相反应和多离子相互作用的离子传输定量计算方法、基于多相反应产物体积变化的裂缝密度计算方法，构建了氯离子、硫酸根等侵蚀性离子浓度分布数学模型以及损伤演化预测模型，完善了复杂侵蚀环境下水工混凝土耐久寿命预测理论和方法，发明了系列功能生态型混凝土阻锈剂和耐腐蚀剂。 4、首次提出了基于实际工况的水工混凝土温度-应力抗裂性试验和评价方法；研发了粗磨水泥-细磨矿渣、膨胀时效及水化进程控制等水工混凝土防裂技术，有效降低了高寒、特高坝等水工混凝土的高开裂风险。 5、创建了高速水下钢球冲磨、旋转缩放型磨蚀-空蚀耦合试验装置和方法，修编了《水工混凝土试验规程》；建立了水工混凝土抗磨蚀寿命预测模型；发明了多纳米-互穿网络环氧树脂混凝土抗冲磨涂层材料。 二、学术产出 授权国家发明专利51项；发表学术论文303篇，其中SCI、EI收录100篇；成果已编入国家/行业标准18部；出版专著5部；培养江苏省“六大人才高峰” 高层次人才选拔培养A类人才1人，江苏省“333高层次人才培养工程”第二层次人才1人、第三层次人才2人，博士后2名，博士10人，硕士34人。 三、成果推广及综合效益 该成果已被成功应用于巴基斯坦NEELUM-JHELUM水电工程、南水北调、锦屏一级水电站、锦屏二级水电站、光照水电站等国内外重大水利工程的施工、运行中，成果已推广至100余项类似工程建设中。典型工程应用如下： 1、高温高含泥混凝土超长保坍、低胶材混凝土泵送及泌水控制、高温缓凝自调控等施工性能调控关键技术已成功应用于巴基斯坦NEELUM-JHELUM水电工程、锦屏二级水电站、光照水电站、猴子岩水电站、杨林船闸； 2、碱骨料反应抑制外加剂、评价方法等碱骨料反应调控关键技术已成功应用于南水北调工程、锦屏一级水电站； 3、基于氯离子、硫酸盐侵蚀、淡水溶蚀破坏的新理论，以及配合比设计新思路和耐腐蚀新材料等抗侵蚀关键技术成功应用于南水北调工程、舟山大陆引水工程、北仑港； 4、基于微膨胀、减缩、降低水化热和推迟放热峰的裂缝控制核心技术已成功应用于锦屏一级水电站、河口村水电站、喀腊塑克水利枢纽； 5、抗冲磨试验新方法和纳米抗冲磨涂料等抗冲磨调控关键技术已成功应用于乌鲁瓦提水利枢纽工程、白鹤滩水电站。 该项目成果在提高工程施工质量、节约工程造价、保障工程安全运行等方面发挥了重要支撑作用，项目核心技术产生的直接经济效益近10亿元，在减少了维修加固次数、裂缝修复、延长服役寿命等方面的间接经济效益约200亿元。该成果可减少水泥粉磨或熟料烧成的能耗和碳排放、资源化利用低品质骨料，促进节能减排，符合社会绿色发展的需求；相关成果可为重大工程科学决策提供重要技术支撑，为促进行业科学技术水平进步、推动经济社会可持续发展提供有效帮助，由此可以产生巨大的、影响深远的社会效益。 |