第1章绪论
三峡大坝安全建设与长寿命运行关乎国计民生，混凝土是大坝的主体材料，其高抗裂性、高耐久性是大坝长期稳定运行的根本保障，但三峡大坝建设之初，混凝土高抗裂性、高耐久性在设计理念、原材料品质、碱骨料预防、配制方法、现场施工保障等方面都面临巨大挑战。本章围绕三峡工程大坝混凝土耐久性，介绍大坝特点、大坝混凝土长期性能研究现状、大坝混凝土高抗裂性和高耐久性设计与制备面临的挑战、以三峡大坝为依托经过系统性研究与工程应用取得的重大技术创新等情况，为后续大型水利水电工程建设提供参考。
1.1三峽工程简介
1.1.1三峡工程建设历程
在人类文明的历史长河中，人与自然界打交道的主要方式是工程活动。不同时代、不同社会环境和不同社会发展水平，往往都有一些特定工程作为其标志。无论是古埃及金字塔、古希腊神庙、古罗马斗兽场，还是中国的都江堰水利工程、万里长城、京杭大运河、三峡工程等举世闻名的重大工程，都是文明结晶、时代标志、生命礼赞和智慧象征[1]。
三峡工程位于长江三峡的西陵峡段，是长江治理与开发的关键性骨干工程，是“功在当代，利在千秋”的伟大工程。它是中国人不懈探索自然、应用自然规律、创造更适宜人类生存和可持续发展的环境的历史典范，是人类一次宏伟的创造性实践，更是人类跨越两个世纪的水利水电工程壮举。
1918年，孙中山在《建国方略》的“实业计划”中*次提出了建设三峡水闸及开发长江水电的设想。1924年，他在讲解《三民主义》中的“民生主义”时，更为具体地提出了三峡水力开发问题。1944年，美国垦务局总设计师萨凡奇博士对三峡地区进行了考察，并编写了《扬子江三峡计划初步报告》，该报告涵盖了发电、防洪、通航、灌溉、城市供水和旅游开发等多个方面，引起了国民政府的关注。1945年，国民政府与美国垦务局签订了合作协议，启动了三峡工程的地质勘测、经济调查、初步设计及相关研究工作。然而，由于当时国内政治经济形势的急剧变化，该合作于1947年被迫中止。1949年，中华人民共和国成立后，立即把江河治理、控制水患、稳定社会、发展经济作为中华人民共和国中央人民政府施政方略的重要组成部分。1950年，长江水利委员会初步制定了加固堤防、兴建平原分蓄洪区、建设山区调洪水库的三阶段防洪策略，并明确了在三峡河段修建防洪水库是从根本上免除荆江地区遭受毁灭性洪水灾害的关键措施的重要组成部分。1954年，长江中下游地区发生大洪水并造成巨大损失，国务院决定正式开展长江流域的规划工作。1956年，毛泽东在武汉畅游长江，创作了《水调歌头 游泳》一词，描绘了“更立西江石壁，截断巫山云雨，高峡出平湖”的宏伟蓝图[2]。
三峡工程“千年大计，国运所系”。中共中央和国务院在是否修建三峡工程、修建多大规模、何时修建等重大问题的决策中，一直抱着审慎和科学的态度。三峡工程经历了长达36年的论证和决策过程。1957年，三峡工程建设被正式列入中共中央的议事日程。1958年，《三峡水利枢纽初步设计要点报告》编制完成。1960年，初步设计的各阶段主要工作得以完成。随后，由于国家经济困难和国际形势严峻，三峡工程建设被迫搁置。直至1979年，兴建三峡工程的建议再次被提出，而彼时反对修建三峡工程的声音很多，由此关于三峡工程的可行性进入了漫长的论证阶段。从“分期建设方案”到“150.00m方案”，坝顶高程从145m调整至165m，再提升至175m，1984年国务院原则上批准了“150.00m方案”。然而，仍有部分专家和社会知名人士对三峡工程的建设持保留意见或建议暂缓建设，中共中央髙度重视这些意见，并决定对三峡工程的可行性进行重新论证。1986年6月～1988年11月，三峡工程的可行性研究经历了2年多的重新论证。1991年8月，国务院三峡工程审查委员会审议通过了水利部长江水利委员会根据重新论证成果编制的《长江三峡水利枢纽可行性研究报告》。经过近1年的技术审查，1992年4月，第七届全国人民代表大会第五次会议审议并通过了《关于兴建长江三峡工程的决议》。1994年12月，三峡工程正式开工。
直至2020年，三峡工程经过中华民族几代人的努力，跨越了70余年的构想、勘测、设计、研究与论证阶段，17年的主体工程建设，以及数十年的蓄水运行和三次工程后评估[3]，终于完成了整体竣工验收。此时，距离孙中山在“实业计划”中提出“以水闸堰其水，使舟得溯流以行，而又可资其水力”的宏伟设想已102年，距离毛泽东写下“更立西江石壁，截断巫山云雨，高峡出平湖。神女应无恙，当惊世界殊”的磅礴诗篇已64年[4]，距离第七届全国人民代表大会第五次会议审议通过《关于兴建长江三峡工程的决议》已有28年。至此，三峡工程的伟大建设历程画上圆满句号，中华民族百年三峡工程梦想得以实现。
2018年4月24日，习近平总书记在视察三峡工程时指出：“三峡工程是国之重器，是改革开放以来我国发展的重要标志，是我国社会主义制度能够集中力量办大事优越性的典范，是中国人民富于智慧和创造性的典范，是中华民族日益走向繁荣强盛的典范。”作为人类历史上*宏伟的水利水电工程，三峡工程矗立在浩瀚江水中，屹立在每个中国人心底，以大国重器之力护佑长江安澜、助力经济发展、创造美好生活，用百年风雨历程记录山河变迁、承载价值追求、凝聚民族精神[4]。
1.1.2三峡工程特性
三峡工程由拦河大坝、泄水建筑物、电站厂房、通航建筑物等关键部分组成。大坝是工程*重要的核心，为混凝土重力坝，坝轴线总长2309.5m，坝顶髙程为185m;坝基新鲜花岗岩岩面*低高程为4m，*大坝高为181m，相当于60层楼房的高度；坝顶*大宽度为22.60m，坝底*大宽度为126.73m，大坝横剖面近似直角梯形，是当时世
界上*大的200m级重力坝。三峡工程混凝土总量约为2804万m3，其中大坝混凝土约1610万013，电站厂房345万m3，通航建筑物553万m3，其他部分296万m3。其混凝土用量巨大，约为当时世界上*大的巴西伊泰普水电站的2.5倍。
混凝土重力坝是髙坝水库常用的坝型，主要承受坝体自身重力、水库上游水的压力荷载与地质变动产生的作用，自重与地面摩擦产生的抗滑力用来维持自身稳定，自重产生的压应力用来抵抗水压力。当三峡大坝处于正常蓄水位175m时，整个大坝将承受大约2000万t的水推力，坝体质量主要包括混凝土、发电机组设备、各类金属埋件及闸门等金属结构的质量，总质量约为4000万t。因此，对大坝混凝土强度和抗渗性提出了较高要求。大坝外部混凝土厚4～15m，承受高水头作用及干湿、冷暖交替变化的影响，水下部位的维护困难，因此对耐久性的要求极为严格。导流底孔、深孔和表孔泄流单宽流量大，流速高达35m/s以上，尤其是深孔使用频繁，底孔易受泥沙或少量推移质的冲磨，因此对抗冲磨性能的要求极髙。
三峡工程坝址区夏季炎热、冬季寒冷，气温骤降频繁，具体见图1.1。该地区多年平均气温为16.8°C，夏季月平均气温为23.2～28.2°C，极端*高气温为43.9°C，冬季月平均气温为4.7～6.9°C，极端*低气温可达-9.8°C。气温骤降现象平均每月均有发生，以春季、秋季居多。坝址区空气湿度较髙，多年平均相对湿度为75%，日照时间较短，多年平均日照时间为1506h。该区域多年平均年降水量为1232mm，降水主要集中在5～9月，占全年降水量的69%。年降水量变化较小，*髙为1593mm，*低为881mm。坝址区风速较低，年平均风速为1.2m/s，静风时间较长，平均每年有3.1天出现8级以上风力。多年平均*大风速为20.0m/s，实测*大瞬时风速为34.0m/s，强风主要出现在夏季。这些气候特征对于大坝混凝土的耐久性设计至关重要，同时也增加了大体积混凝土温度控制及防裂的难度。
根据坝址地质条件、施工进度要求、结构特征、荷载、运行条件，以及长期耐久性等因素，设计对三峡工程各部位混凝土提出的技术要求见表1.1。
1.2大坝混凝土耐久性
1.2.1大坝混凝土特点及发展历程
大坝作为重要的水利水电工程设施，对于保障水资源安全、促进经济发展和保障人民生命财产安全具有重要意义。在我国已建的髙坝工程中，近90%为混凝土坝，大坝混凝土作为大坝工程的主要材料，其质量和性能直接关系到整个大坝工程的安全性和服役寿命[5]。
与其他行业的混凝土不同，大坝混凝土具有如下特点。
(1)结构体积大：大坝混凝土体积庞大、使用量大，需要连续浇筑，施工周期长，技术难度大。
(2)温控防裂要求髙：大坝混凝土属于大体积混凝土，在施工和运行过程中，都需要严格控制水化温升，以防止出现开裂和渗漏等问题。
(3)耐久性要求高：大坝混凝土所处服役环境一般较为复杂，需承受各种自然因素的影响，因此需要具备高耐久性，以保证大坝的使用寿命。
(4)强度等级不髙：大坝混凝土需要承受巨大的水压力和地震力，必须具有一定的强度，以保证大坝的稳定性和安全性，但受水化热限制，强度等级不宜太高。因此，大坝混凝土强度等级以满足设计要求为宜。
国外大坝混凝土技术的发展以美国垦务局大坝建设为轴线，大致经历了四个阶段。
(1)混凝土先行期（1902年至**次世界大战）。
早期混凝土通常由制造不良的水泥及未加工的骨料，采用手工或小型搅拌机拌制而成。原材料如水泥、砂和砾石的质量波动较大，且混凝土配合比主要基于过去的经验取值，而不是作为工程材料进行设计，导致混凝土性能参差不齐。美国早期修建的水工建筑物的混凝土中经常出现“冷接缝”或意外的缺陷，渗漏等劣化问题突出。
(2)艾布拉姆斯（Abrams)时期（1918年至20世纪20年代末）。
混凝土技术的**次重大变革大约发生在1918年，艾布拉姆斯研究发现混凝土强度可以通过调整水泥和水的相对比例来控制[6]，从而使混凝土能够通过材料和配合比的优化来满足不同的条件与结构要求。基于这一发现，他提出了著名的“水灰比定律”，该定律至今仍被广泛应用。他的著作《混凝土混合料的设计》iDesign of Concrete Mixtures)为现代混凝土设计的发展奠定了基础。1927年，博格(Bogue)提出了计算水泥各组分的方法，并确定了水泥水化反应的化学产物，这是耐久性混凝土研究的一个重要里程碑[7]。在这一时期，随着机械化设备的出现，混凝土制备技术得到了显著的发展。
(3)胡佛（Hoover)大坝时期（1928年至第二次世界大战）。
胡佛大坝于1928年批准建设，1931年4月开始动工兴建，1936年3月竣工。该大坝是混凝土重力拱坝，坝高221.4m，其大规模混凝土设计与施工面临巨大挑战，推动了混凝土材料技术、设计方法和施工技术的空前发展，是世界上水利水电工程史上的一
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