三峡曾出现多条裂缝？为避免大坝开裂，征用方圆几百公里的粉煤灰

提起中国的水电站建设，便不得不提三峡水利枢纽。三峡水利枢纽作为当今世界上最大的已建成的水利工程，以其高大雄伟的大坝为人们所熟知。三峡大坝建成以来，对于我国长江水系水电开发、长江流域的防洪以及航运等事业做出了不可磨灭的贡献。三峡大坝的修建，跨越了世纪之交，前后共历经人民群众十余年的艰苦奋斗。

2003年5月，三峡库区135米高程以下的移民搬迁和水库底部清理工作已经完成，三峡工程开始了135米水位的试验性蓄水。然而，在此之前，有关三峡大坝出现裂缝的消息甚嚣尘上，国务院验收三峡工程的验收组也在验收过程中声明在大坝表面发现了数十条裂缝，三峡大坝一时间风云骤起，成为了社会各界广泛关注的焦点。

首先，我们应当了解的是，三峡大坝坝体表面出现的裂缝属于极其细微的裂缝，根据国务院验收组的专家调查，在这些裂缝中，最宽的也不超过0.2毫米，对于三峡大坝的坝体安全不会构成威胁，像坊间消息中可以放进手掌的裂缝根本就是以讹传讹的无稽之谈。据三峡工程监理部副总工程师所言，整个三峡大坝的坝体上出现了超过两千条裂缝，大部分宽度不超过0.5毫米。0.5毫米的宽度，可以看作是普通铅笔的笔尖宽度，出现0.5毫米的裂缝，相当于用铅笔在大坝上画线。从工程专业的角度讲，这种宽度的裂缝，是不会对大坝整体安全产生威胁的。而且，当工程师们发现这些裂缝出现时，采取相当细致的补救措施，进一步保障了大坝的安全。当我们把视线放到全世界，我们发现，在全球各地使用混凝土浇筑的拦河大坝上，譬如美国的胡佛大坝，巴西和巴拉圭共建的伊泰普水电站

，都无一例外地会出现这种细微的裂缝。这种裂缝的出现，并不代表着大坝修建过程中存在着偷工减料的行为，也不意味着大坝的安全性令人堪忧，相反，这种裂缝的出现几乎是必然的。

造成这种裂缝出现的“罪魁祸首”，不是别人，正是大坝的主要建筑材料——混凝土。三峡大坝属于混凝土重力坝，坝体的主要结构由大体积混凝土构成。如何解决大体积混凝土产生裂缝的问题，一直困扰着世界各地的水利工程师们。要想解决这个问题，需要认识它产生的原因。导致混凝土出现裂缝的原因有很多，其中起到主导作用的是水泥的水化热现象。众所周知，混凝土主要是由水泥、砂石、水和其他掺和料混合搅拌制成的，水泥遇到水后，会放出大量的热，这种发热现象被称为水泥的水化热。在浇筑混凝土大坝时，大量水泥和水混合后产生的水化热逐渐累积，使得坝体的温度逐渐升高，而当浇筑工作完成后，这些水化热又会不断散发，导致坝体的温度快速降低。一冷一热之间，混凝土坝体就会在热胀冷缩的作用下出现裂缝。在世界范围内，由于混凝土水化热问题尚未得到有效解决，几乎所有的水坝都会出现同样的细小裂缝。

在三峡大坝浇筑工程开始之前，中国的工程师们就积极探索解决混凝土水化热问题的有效途径。由于水化热是水泥和水作用的产物，工程师们从减少水泥和水的使用量下手，提出了多种解决办法。从减少水泥在混凝土中的占比出发，工程师们提出了向混凝土中加入水泥的替代品、冰沙、粉煤灰的措施；从减少水的使用量出发，工程师们又提出了减少用水量或者在气温低的季节施工来尽量减少和散发水化热。经过工程师们的论证，在混凝土中加入粉煤灰降低水泥占比的方法，成为三峡大坝施工中减少水化热的主要措施。

说起粉煤灰，大家可能会感觉到陌生。但其实，粉煤灰并不少见。粉煤灰大多产生于火力发电厂，当煤炭被粉碎为煤粉经过火力发电站燃烧后，就会成为颗粒非常细的烟粒，经过沉降后，就形成了粉煤灰。粉煤灰的主要成分是二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙和铁的氧化物，如果不加处理，这些烟粒将会被排入大气，产生扬尘，当沉降到河水中时，又会造成水体污染，降低饮用水质量，威胁人们的健康。但如果能够进行有效的处理，粉煤灰又能成为改善土地质量、改良混凝土的优良资源。我国是煤炭产需大国，煤炭在我国能源结构中仍占有着非常重要的地位，大量的火力发电厂以煤炭为燃料进行发电，提供了数不胜数的粉煤灰。

在我国，粉煤灰产量很大，但并不是所有的粉煤灰都能得到资源化利用，这是因为粉煤灰也有着严格的等级划分标准，用来取分粉煤灰自身的质量。高质量的粉煤灰一般会用于重大工程的建设，而低质量的粉煤灰往往只能用于农业生产改良土壤。在我国，粉煤灰的等级有一、二、三级之分，等级划分指标主要有细度和蓄水量比等指标。从细度指标看，一级粉煤灰在进行45微米方孔筛筛选时，余量不超过百分之十二，也就是说，一级粉煤灰绝大部分颗粒的粒径小于45微米，而二级、三级粉煤灰的筛余量分别达到了百分之二十五和百分之四十五，颗粒粒径远大于一级粉煤灰。颗粒粒径越小，越有利于混凝土水化热问题的解决；从需水量比指标看，一级粉煤灰的需水量比小于百分之九十五，即一级粉煤灰达到国家标准的流动性时需要添加的水量小于粉煤灰自身的重量，而二级、三级粉煤灰都大于百分之一百零五，这就意味着需要添加大于粉煤灰自身重量的水才能达到同样的流动性。需水量比越小，在制作混凝土时的用水量越少，水化热现象越不明显。由此可见，一级粉煤灰是制作混凝土的最佳选择。

在三峡大坝的二期工程中，工程师们不仅选择使用优质的一级粉煤灰作为混凝土的制作原料，而且还将粉煤灰在混凝土中的占比提高到领先世界的极高水平。在混凝土行业的一般标准中，粉煤灰在混凝土中的掺量占比通常为百分之二十，而三峡工程中，粉煤灰掺量占比几乎是这个数字的两倍。换句话说，三峡工程使用的混凝土，质量也是世界范围内一流混凝土质量的两倍。整个三峡工程最终共使用了超过176万吨的优质粉煤灰，工程用量几乎超过了三峡周边半径一百多公里或电产的粉煤灰。

优质的粉煤灰原料，再加上超高标准的粉煤灰用量占比，让三峡工程使用的混凝土有效地克服了水泥的水化热现象，很大程度上预防了三峡大坝坝体裂缝的出现。实际上，三峡二期及以后的工程完成后，很少再出现大坝坝体上的裂缝，而且工程师们在大坝开始蓄水近二十年后，将大坝的设计抗压能力从25MPa提高到43MPa，这充分证明了工程师们对于三峡工程的自信。我国科学院与工程院两院院士、国务院三峡工程验收组组长、水电专家潘家铮在接受采访时表示，高质量的三峡大坝即使使用500年也不是问题。由此可见，粉煤灰的使用确实在三峡工程中起到了显著的作用。