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出品| 網易新聞學院

作者|須臾千秋

大壩不同於普通建築結構，「太厚了」！

大壩的厚度動輒幾十米，長度動輒幾百米，要澆築成一個整體。這麼大的一塊「巨石」，處處緊密相連，一旦發生了變形，缺乏足夠鋼筋約束的大壩就會產生裂縫，進而「千里之堤，毀於蟻穴」，後果不堪設想。

龍灘水電站，僅次於三峽電站的全國第二大水電站

大壩開裂：外部堅不可破，但架不住內部的拉應力

由於大壩的體積巨大，不可能像普通結構那樣配上足夠的鋼筋來約束。因此，儘管敦實的大壩很難從外部攻破，可是被內部的拉應力輕輕一拉，就會像酥脆的餅乾一樣斷開。外界的水、空氣、有害離子源源不斷地進入大壩內部，堅固的大壩很快就破碎了。大壩的開裂，已經成為了制約大壩正常使用、危害下游安全的最重要因素之一。

由於體積大，大壩產生的裂縫往往尺寸大，看起來觸目驚心。圖片來自網路

不要裂縫，就要控制大壩的熱脹冷縮

要想治療裂縫，就要想辦法控制大壩的變形。

白山大壩讓混凝土膨脹劑氧化鎂「一戰成名」

1973年，一次偶然的機會讓中國工程師們發現，使用了高鎂水泥的白山水壩居然安穩如山，檢查不到一點裂縫。這讓工程師們既欣喜又詫異。

白山水電站，東北地區最大的電站之一

要知道，「氧化鎂」這種東西，在建築領域可沒有什麼好名聲。在水泥中加入氧化鎂，在接下來的幾個月甚至幾年的時間裡，混凝土會持續地產生膨脹。

有了白山大壩的經驗在前，工程師們開始逐漸嘗試著在大壩中使用高鎂水泥，或者在水泥中外摻一定的氧化鎂來控制開裂。這些摻入混凝土中用以補償收縮的氧化鎂，就是混凝土膨脹劑。

隨著成功的經驗和失敗的教訓逐漸積累，工程師們發現，氧化鎂不是混凝土的毒藥，但也不能濫用。用得好了，混凝土產生輕微的膨脹，可以恰好補償因為溫度和自身原因產生的收縮，起到抗裂的作用；要是用得不當，就會膨脹過度。到那時可不是簡單出兩個裂縫，而是會將整個大壩脹裂。

大壩抗裂技術上，中國工程師們遠遠領先了世界

膨脹劑是一把雙刃劍，用得好壞全靠工程師們的技術和經驗。中國並不是首先使用膨脹劑的國家。

氧化鎂（化學式：MgO），常溫下為一種白色固體。氧化鎂以方鎂石形式存在於自然界中，是冶鎂的原料。

隨著中國工程師和科學家們對氧化鎂研究的深入，人們逐漸發現了它的好處。

人們可以通過控制氧化鎂的煅燒條件來控制它的活性：如果要用在比較小巧的結構中，就選用活性高些的氧化鎂，早期快快膨脹，後期不要添亂，那麼只要控制煅燒溫度低些就好；如果要用在大壩中，希望採用低活性的氧化鎂來補償大壩的長期收縮，那就用高溫來燒制。可以說，在幾乎每一個需要控制裂縫的場合，氧化鎂都有用武之地。

三峽大壩工程泄洪全景

工程師要做的，就是針對特定的工程，精細地控制氧化鎂的摻量和活性。在這一點上，中國巨大的工程量為工程師們積累了大量的經驗。所謂「不怕慢，就怕站」，隨著越來越多的大壩採用氧化鎂膨脹劑進行抗裂，在大壩抗裂技術上，中國的工程師們遠遠領先了世界。

科學家們巧妙利用廢礦物生產膨脹劑

中國的氧化鎂膨脹劑如此成功，一方面是因為工程量巨大，另一方面也是佔了資源的便宜。遼寧省大石橋市是世界著名的鎂都，盛產菱鎂礦。一般的氧化鎂膨脹劑就是由菱鎂礦燒制而成的。

菱鎂礦

然而，資源再豐富，也畢竟有限。鎂是一種非常寶貴的資源。耐火材料、飛機蒙皮、機械製造……鎂的用途非常廣泛，好鎂當然要用在刀刃上。膨脹劑作為一種大宗商品，如此「揮霍」菱鎂礦，不僅價格高昂，對於資源也是一種浪費。

鎂的用途極其廣泛，尤其是在尖端機械製造領域，膨脹劑只是冰山一角。

白雲石

蛇紋石

中國科學家發現，將這兩種無用的廢礦物共同煅燒，白雲石中的鈣和蛇紋石中的硅會互相結合，將其中的鎂置換出來形成氧化鎂，變廢為寶。這種煅燒產物中可以直接用作氧化鎂膨脹劑。

這種技術一旦成熟並推廣，在大幅度降低膨脹劑價格的同時還處理了大量的工業廢礦。不僅盛產鎂礦的中國可以推廣使用膨脹劑，那些缺乏菱鎂礦的國家也可以使用這種廉價而有效的抗裂手段。

即使是造價低廉的普通工程，也可以科學地使用膨脹劑來進行抗裂。每年因耐久性破壞而造成的數百億元的經濟損失也可以得到很大程度上的彌補。

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