湖北突破特种专用水泥关键技术 大型水下沉管寿命增至100年

5月4日，在位于襄阳宜城市板桥店镇的中国能建葛洲坝水泥公司所属宜城公司(简称“葛洲坝宜城水泥公司”)，高塔式生产设备林立，空中管道井然交错。

距离此地60多公里处，襄阳鱼梁洲过江隧道项目建设正酣。作为国内整体建设规模最大的内河沉管隧道、汉江首条沉管隧道，鱼梁洲过江隧道使用的水泥便是由葛洲坝宜城水泥公司独供。

为满足该沉管设计使用寿命100年需求，葛洲坝宜城水泥公司研制出了强度高、抗渗性好、耐久性强的沉管专用水泥，其“大型沉管专用水泥关键技术研发与实践”达到国内领先水平，被评为湖北省科技创新成果。

沉管隧道100年不朽

2018年10月，世界上建设规模最大的沉管隧道——港珠澳大桥海底隧道成功通车。与此同时，滚滚汉江之上，襄阳市东西轴线鱼梁洲过江隧道开工建设。

该隧道全长5.4公里，其中两次下穿汉江的沉管隧道段长1011米，共有沉管10节。汉江水文条件复杂，水下能见度不超过30厘米，加之沉管体型庞大，体量相当于一艘小型航空母舰。

“当时拿到招标文件，我就感到巨大的压力。”葛洲坝宜城水泥公司副总经理余明江介绍，该隧道的管节设计使用寿命要达到100年，抗渗要求高，管节截面尺寸大，且无外包防水，不能出现温度裂缝，对预制沉管结构的安全性和耐久性要求更严格，这些要求指标都由水泥性能来决定。

比如，沉管浇筑采用的是全断面整体式顺序浇筑预制技术，单体浇筑量在2000立方米以上，必须要求水泥水化热(指水泥遇水反应所放出的热量)低、收缩小；单节沉管动辄过万吨，还要在水中托运，这就要求水泥必须强度高。同时，还需考虑混凝土在水下抗冲刷和抗压能力需求，综合解决水化热、收缩等影响混凝土抗裂性能和使用寿命的关键问题。

“与普通水泥相比，沉管专用水泥指标要求更高，必须从原料选用、矿物组成、生产工艺等各方面做调整。”余明江说，这不仅是一次机遇，更是对公司科技创新能力和质量管控水平的考验。

衍生产品销量超百万吨

生产水泥，要经过石灰石开采、破碎、配料、窑烧、熟料加工等20多个环节，任何一个环节出现问题，都会影响水泥质量。为全面了解所需水泥的特性和要求，余明江和50多名研发人员日以继夜，反复试验，多次与施工方探讨方案。

通过大量材料优选和复配试验，他们发现采用碱含量更低的硅土、矾土搭配替代页岩做硅铝质校正料，能有效降低熟料碱含量，提高适应性，降低收缩和放热。而利用钢渣中活性氧化物和各种矿物的化学反应，就能让水泥石变得致密，提高强度和抗裂性能。

产线改造，也是品控的重要一环。湖北日报全媒记者现场发现，在葛洲坝宜城水泥公司，机器轰鸣，马路洁净，草木绿意盎然，闻不到一点异味。

“为配合沉管专用水泥研发，我们引进先进的仪器设备，对发电和生产系统进行改造，不仅降低了有害物的排放，还能每年减排二氧化碳4.5万吨、二氧化硫300吨、氮氧化物900吨。”葛洲坝宜城水泥公司质量总监伍小成说。

最终，历经6个月潜心攻关，葛洲坝宜城水泥公司研究出沉管专用水泥，实现水泥熟料3天和7天水化热降低15.0千焦/千克以上，28天抗压强度提高2.0兆帕，并成为鱼梁洲过江隧道项目的水泥独家供应商。

据介绍，2019年至2020年，该公司累计生产和销售沉管专用水泥18万吨，因品牌效应增加了衍生产品销量超100万吨，产生经济效益超3000万元。目前，中国能建葛洲坝水泥公司已拥有油井水泥、抗硫酸盐水泥、核电水泥、海工水泥等28种特种水泥产品，产品遍布国内20多个省份及东南亚国家，白鹤滩电站、江坪河电站、渤海油田等世界级工程都由葛洲坝特种水泥护航。