三峡建工：抽蓄电站首次低热水泥面板混凝土限裂关键技术及应用

2025年7月24日，在“2025第2届智慧抽水蓄能电站大会暨水电智能运维及人工智能大会”上，「金蓄」2025抽水蓄能行业技术案例创新应用评选获奖名单公布。

中国三峡建工（集团）有限公司、浙江天台抽水蓄能有限公司、中国水利水电第十二工程局有限公司、中国水利水电科学研究院、长江三峡技术经济发展有限公司、中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司凭借其“抽蓄电站首次低热水泥面板混凝土限裂关键技术及应用”案例，获得“抽水蓄能领域案例创新奖”。

中国三峡建工（集团）有限公司（以下简称“三峡建工”）主要业务涵盖大水电、抽水蓄能等。承担了三峡、乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝等世界巨型水电工程的建设管理任务，奠定了“世界水电看中国、中国水电看三峡”的行业引领地位。全球装机容量排名前12的水电站，5座由三峡建工开发建设，全球70万千瓦以上的水轮机组超过2/3由三峡建工建设投产。

三峡建工近年来紧紧围绕国家“双碳”目标，全力进军抽水蓄能行业，高质量建成我国华东地区最大的“充电宝”——浙江长龙山抽水蓄能电站，大力推进浙江天台、浙江松阳、安徽石台、甘肃张掖、青海南山口等10余个抽水蓄能项目建设，综合实力稳居抽蓄行业第一方阵。

三峡建工坚持以服务国家战略为导向，依托国家重大水电工程建设，形成水电工程技术与科技创新能力和水电工程建设标准引领能力，推动了我国水电设计、施工、管理、装备制造全产业链、价值链和供应链水平显著提升。取得了百万千瓦水电机组、特高拱坝智能建造、巨型地下洞室群开挖围岩稳定等一大批标志性、引领性创新成果。获国家科技进步特等奖1项，一等奖1项，二等奖13项，省部级及行业学会奖项230余项，取得专利近700项。

在全球能源结构向低碳转型的背景下，抽水蓄能电站作为大规模储能的核心载体，对保障电网稳定与促进清洁能源消纳至关重要。混凝土面板作为抽水蓄能电站水库的核心防渗结构，其耐久性直接影响电站效益和安全。然而，施工期水泥水化热引发的温度应力、收缩变形，以及运行期堆石体沉降、周期性温度变化等因素，易导致面板开裂，传统防裂技术存在单一材料性能局限、温控模型预测精度不足等问题，亟需突破材料创新与智能调控的关键技术瓶颈。

本项目以浙江天台抽水蓄能电站为工程依托，针对混凝土面板开裂这一多因素耦合难题，围绕“材料创新”与“技术创新”两条主线，构建新型复合限裂混凝土配合全生命周期温控模型的抽蓄面板协同防裂体系。项目历时多年，通过室内试验、数值仿真与工程验证相结合，首次提出低热水泥+纤维+限裂剂的抽蓄面板混凝土复合限裂技术体系，建立了覆盖施工期至运行期的温度场-应力场全生命周期仿真模型，创新了面板智能自适应养护技术，形成了具有自主知识产权的高性能防裂技术方案。主要研究内容包括：

1.抽蓄面板低热混凝土限裂复合技术体系提出

通过试验分析低热水泥、纤维、限裂剂对混凝土各项性能的影响，确定面板混凝土限裂复合技术体系，低热水泥降低混凝土水化温升、纤维提升极限抗拉、限裂剂补偿水化过程固有收缩。并基于低热水泥-补偿收缩-改性玄武岩纤维复合限裂体系开展面板低坍落度混凝土配合比优化及应用研究，满足设计及施工需求，有效提高混凝土的抗裂能力。

2.全生命周期温控模型构建与验证

基于热传导理论与有限元方法，建立考虑水化热、外界气温、水库水温及堆石体变形的三维温度场仿真模型。开发应力场与变形反演技术，结合施工期监测数据，反演堆石体沉降规律，构建面板应力预测模型。验证模型可靠性，提出施工期与运行期温控标准，实现面板应力动态调控。

3.防裂技术集成与工程应用

结合材料性能试验与仿真分析结果，优化混凝土浇筑工艺和养护制度，减少施工期温度应力与收缩变形。最终，在天台抽水蓄能电站开展工程验证，通过裂缝普查与监测，评估防裂技术效果，形成工程应用经验。

低热水泥-补偿收缩-改性玄武岩纤维复合限裂体系混凝土成功应用在天台抽水蓄能电站上库主坝面板，经过数值仿真研究，采用智能温控和大坝养护方法的综合运用，有效减少了面板混凝土的裂缝，确保了水库大坝的安全。现场浇筑时，溜槽入口处混凝土坍落度值控制在5cm左右，混凝土和易性较好。蓄水前对上库大坝面板进行裂缝普查，上库3.38万㎡面板仅12条裂缝，远少于类似工程或同规模大坝面板裂缝的数量。类似工程面板裂缝处理按照680元/m，节支总额160万元，大幅减少后期面板裂缝修补花费。同时，抑制裂缝也可以减少上库渗漏损失，预计电站年发电量增加5%，按年发电15亿度计算，预计年增收益超900万元。本项目可推动水工混凝土材料升级与智能化防裂技术发展，支撑我国清洁能源基础设施建设。

1.抽蓄面板低热混凝土限裂复合体系应用研究

常规混凝土限裂手段主要分为：纤维控裂、补偿收缩、水化过程缓释等，由于各类限裂材料作用途径及方式并不相同，一定程度上会出现功能排异性及相互制约，如何筛选相互协同作用，同时整体提升混凝土工作性能、热学性能及限裂能力的复合体系成为当下市场众多抗裂材料应用的拦路虎。

本项目针对面板混凝土限裂新材料，从力学性能、热学性能、水化趋势三方面开展应用研究，构建了基于低热水泥降低混凝土水化温升、纤维提升极限抗拉、限裂剂补偿水化过程固有收缩的抽蓄面板混凝土限裂复合技术体系。并进一步开展面板低坍落度混凝土配合比优化及应用研究，满足设计及施工需求，有效提高混凝土的抗裂能力。

图：复合限裂体系混凝土

2.混凝土面板全生命周期温控模型与智能仿真分析技术

施工期堆石体沉降变形具有时空非线性特征，实测数据离散性大，导致面板应力预测偏差显著。需建立考虑流变特性的堆石体本构模型，结合监测数据反演技术，实现面板-堆石体耦合变形的精细化模拟。

本项目构建了全生命周期温控模型，首次实现了温度场与应力场的多维度耦合仿真分析。通过有限元法建立混凝土面板温度场计算模型，综合考虑水化热、外界气温、水库水温等多因素影响，结合施工期堆石体变形反演数据，精准预测面板温度分布与应力变化规律。

图：天台上水库大坝面板气温骤降应力对比图

3.低热水泥混凝土温控技术与自适应养护技术

混凝土面板开裂是温度场、湿度场、应力场及堆石体变形多场耦合作用的结果。传统仿真模型难以准确模拟施工期水化热-环境温度-堆石体沉降的动态交互作用，尤其是高寒地区昼夜温差与寒潮冲击叠加效应导致的温度应力突变。

本项目提出了适用于面板地低热混凝土的温控标准与养护方案。通过室内试验与现场验证，确定了低热水泥混凝土的水化热峰值。建立低热水泥与粉煤灰、膨胀剂的协同作用模型，优化配合比；建立面板低热混凝土仿真计算模型，根据实测数据反演低热混凝土参数。当仿真预测面板表面温度变化较大时，洒水系统提前触发高频大流量模式，通过高压雾化装置在面板表面形成连续水膜，快速抑制表面温度骤变引发的应力集中；反之切换为间歇式低流量养护，实现基于仿真预测的智能养护策略。

本项目通过研究低热水泥、纤维、限裂剂对混凝土各项性能的影响，筛选协同作用的限裂新材料，整体提升混凝土工作性能、热学性能及限裂能力，确定面板混凝土限裂复合技术体系：低热水泥降低混凝土水化温升、纤维提升极限抗拉、限裂剂补偿水化过程固有收缩，并进一步开展面板低坍落度混凝土配合比优化及应用研究。

早龄期（28d）较基准混凝土裂缝面积降低58%，具有明显优势，且适用于高寒、高湿、大温差等复杂环境。首创的全生命周期温控模型实现了施工期水化热-环境温度-堆石体变形的多场耦合分析，结合施工期监测与智能仿真技术，构建了"监测-预测-调控"一体化防裂体系。

该技术在天台电站上水库大坝面板成功应用，在完工蓄水前检查仅12条裂缝，远低于同类电站面板裂缝数量，验证了其在复杂环境下的适应性。本技术为抽水蓄能电站建设提供了可复制的智能防裂解决方案，推动面板建设领域向数字化、精细化方向发展。