逆向思維搞創(chuàng)新，讓大壩混凝土更耐久（弘揚(yáng)科學(xué)家精神）

《環(huán)球人物》記者 許 曄

李文偉(右)和同事在溪洛渡水電站施工現(xiàn)場(chǎng)。 受訪者供圖

人物小傳

李文偉，1965年生，湖南湘鄉(xiāng)人，正高級(jí)工程師，曾任中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)有限公司試驗(yàn)中心主任，現(xiàn)任水工程材料與應(yīng)用技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，入選國(guó)家百千萬(wàn)人才工程并獲“有突出貢獻(xiàn)中青年專家”稱號(hào)。他長(zhǎng)期致力于大壩混凝土耐久性、溫控防裂等關(guān)鍵技術(shù)研究，參與三峽、向家壩、溪洛渡、白鶴灘、烏東德等水電站建設(shè)，獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，出版專著9部，編制國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)26項(xiàng)。2025年，其項(xiàng)目成果榮獲國(guó)際大壩委員會(huì)創(chuàng)新獎(jiǎng)金獎(jiǎng)。

白鶴灘水電站作為世界第二大水電站，已穩(wěn)定運(yùn)行3年多，是實(shí)施“西電東送”的國(guó)家重大工程……說(shuō)起白鶴灘水電站，該項(xiàng)目的混凝土技術(shù)負(fù)責(zé)人李文偉十分自豪。

李文偉和大壩混凝土打了幾十年交道。三峽、向家壩、溪洛渡、白鶴灘、烏東德——建設(shè)在長(zhǎng)江干流上的5座巨型水電站，背后都有他的參與和貢獻(xiàn)。他的研究成果還推廣至國(guó)內(nèi)外約100座水電站。

“最難忘的當(dāng)然是兩次最重要的跨越：一次是以三峽工程為代表，實(shí)現(xiàn)了大壩從強(qiáng)度主導(dǎo)到耐久主導(dǎo)的轉(zhuǎn)變；另一次是以白鶴灘、烏東德水電站為代表，打破了混凝土開裂的魔咒?！崩钗膫バχ鴮?duì)記者說(shuō)。

頂著壓力做試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)混凝土從高強(qiáng)度到高耐久的轉(zhuǎn)變

李文偉和大壩混凝土的緣分，要從毛澤東主席的一首詞說(shuō)起。

“‘更立西江石壁，截?cái)辔咨皆朴?，高峽出平湖。’毛主席在這首詞中提出建設(shè)三峽工程的設(shè)想，我小時(shí)候就會(huì)背?！崩钗膫フf(shuō)，他的家鄉(xiāng)在湖南湘鄉(xiāng)，離韶山不遠(yuǎn)。那時(shí)，他常聽到當(dāng)?shù)氐娜藗兛滟澤厣焦鄥^(qū)?！爱?dāng)時(shí)我就覺得做水利工程很了不起，后來(lái)考大學(xué)，我選了武漢水利電力學(xué)院(今武漢大學(xué)水利水電學(xué)院——編者注)，學(xué)的是河流泥沙及治河工程專業(yè)?！?/p>

1986年，三峽集團(tuán)的前身三峽開發(fā)總公司籌建處到武漢水利電力學(xué)院招聘，即將畢業(yè)的李文偉當(dāng)即報(bào)名，并順利入職。

“要想建好大壩，混凝土是主要建筑材料，直接關(guān)系著大壩的‘壽命’?！崩钗膫ソ榻B。

經(jīng)過研究，技術(shù)團(tuán)隊(duì)提出耐久主導(dǎo)的設(shè)計(jì)理念?！斑^去，大壩建設(shè)更強(qiáng)調(diào)強(qiáng)度，強(qiáng)度越高越好。但三峽大壩不僅僅是強(qiáng)度的問題，還有耐久性、抗?jié)B性等問題，需要統(tǒng)籌兼顧，所以我們提出要從高強(qiáng)度轉(zhuǎn)為高耐久度。”李文偉說(shuō)。

設(shè)計(jì)理念的轉(zhuǎn)變，意味著混凝土配制的技術(shù)路線、原材料選擇都要發(fā)生變化。從材料來(lái)講，關(guān)鍵是水泥。水泥中有一種成分是氧化鎂，按傳統(tǒng)的技術(shù)和思維，氧化鎂對(duì)水泥來(lái)說(shuō)是“有害物質(zhì)”，含量控制得越低越好。能不能“變害為利”？李文偉和團(tuán)隊(duì)成員逆向思維，提出可適當(dāng)提高氧化鎂含量，使混凝土的抗裂效果更好。

由于和傳統(tǒng)技術(shù)路線不一致，這一觀點(diǎn)引來(lái)不少質(zhì)疑。團(tuán)隊(duì)頂住壓力，在三峽工程施工現(xiàn)場(chǎng)建起實(shí)驗(yàn)室，開展材料測(cè)試、模擬試驗(yàn)、應(yīng)用研究等，還聯(lián)合其他科研團(tuán)隊(duì)同步開展驗(yàn)證試驗(yàn)。歷經(jīng)數(shù)年探索，李文偉帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)最終確定，將氧化鎂含量精準(zhǔn)控制在3.5%至5.0%范圍內(nèi)時(shí)，混凝土的抗裂效果最佳。

1997年，三峽工程開工近3年，一場(chǎng)關(guān)于混凝土的會(huì)議上，李文偉拿出了混凝土相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果，最終，專家一致同意采用李文偉團(tuán)隊(duì)研發(fā)的高耐久混凝土澆筑三峽大壩。

研發(fā)推廣低熱水泥，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白

2023年4月12日，白鶴灘大壩迎來(lái)第六次取芯。

在大壩不同部位進(jìn)行取芯檢查，可以直觀了解大壩混凝土內(nèi)部質(zhì)量情況。如果層間結(jié)合不好，芯樣會(huì)很快斷開；芯樣越長(zhǎng)，說(shuō)明混凝土質(zhì)量越高。

白鶴灘大壩的芯樣被緩緩取出，一看檢測(cè)結(jié)果：36.74米!現(xiàn)場(chǎng)一片歡呼：這個(gè)長(zhǎng)度，打破紀(jì)錄了!

這并非白鶴灘大壩唯一的高光時(shí)刻。此前，它就因打破了混凝土開裂的魔咒而備受關(guān)注。

“水泥水化會(huì)放熱，使混凝土溫度升高，等到降溫時(shí)，熱脹冷縮，混凝土中間就會(huì)產(chǎn)生拉力，一旦拉力大于它能夠承受的最大抗拉強(qiáng)度，大壩的混凝土就會(huì)開裂。”李文偉說(shuō)。更通俗的比喻是，把大壩想象成一塊巨型蛋糕，蛋糕剛出爐時(shí)，外皮先冷、里面還燙，一縮一脹就會(huì)開裂。

如何打破這個(gè)困境？李文偉苦苦思索，認(rèn)為應(yīng)從源頭上解決，研制一種發(fā)熱更低的水泥。6年間，團(tuán)隊(duì)通過優(yōu)化水泥礦物組成、重構(gòu)礦物晶體結(jié)構(gòu)、改變水化反應(yīng)速率，攻克了“高性能低熱硅酸鹽水泥”制備技術(shù)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的空白。

然而，低熱水泥的推廣并不順利?！爱?dāng)時(shí)，中熱水泥混凝土方案是比較成熟的，國(guó)內(nèi)外的接受度都比較高。我們的低熱水泥是全新的，遭遇了不少質(zhì)疑?！崩钗膫セ貞?。

在低熱水泥被貼上“無(wú)產(chǎn)量、無(wú)應(yīng)用、無(wú)經(jīng)驗(yàn)”的“三無(wú)”標(biāo)簽時(shí)，李文偉沒有放棄，一次次爭(zhēng)取在工程中局部應(yīng)用的機(jī)會(huì)，再針對(duì)出現(xiàn)的問題不斷優(yōu)化方案。后來(lái)，向家壩、溪洛渡兩座水電站局部應(yīng)用了低熱水泥，效果良好。

然而在開發(fā)建設(shè)烏東德、白鶴灘水電站時(shí)，要不要全壩應(yīng)用低熱水泥，還是有很多爭(zhēng)論。

“烏東德、白鶴灘大壩都位于干熱河谷，局地氣候惡劣，晝夜溫差大，大風(fēng)天氣多，環(huán)境條件更加復(fù)雜；而且這兩座大壩屬于特高類，拱壩將近300米，不僅比三峽大壩高出近百米，還窄了約1/3，在這樣的壩型上用新材料、新技術(shù)，有人擔(dān)心風(fēng)險(xiǎn)大?！崩钗膫ブ?，難題很多，挑戰(zhàn)很大，但不能放棄。有同事評(píng)價(jià)他，打破行業(yè)慣例搞創(chuàng)新的時(shí)候，“性子比混凝土還‘硬’”。

“我相信自己的技術(shù)路線。但面對(duì)質(zhì)疑，我們只能更謹(jǐn)慎地、更全面地去做研究，用扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)服對(duì)方?！崩钗膫サ呐]有白費(fèi)，最終低熱水泥在烏東德、白鶴灘全壩應(yīng)用。

持續(xù)鉆研創(chuàng)新，為大壩的全生命周期管理提供科學(xué)依據(jù)

過去這一年，李文偉又拿了不少榮譽(yù)：2025年5月，獲得國(guó)際大壩委員會(huì)創(chuàng)新獎(jiǎng)金獎(jiǎng)，這是自2018年該獎(jiǎng)項(xiàng)設(shè)立以來(lái)首次有中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)獲獎(jiǎng)；2025年9月，獲得第六屆杰出工程師獎(jiǎng)，該獎(jiǎng)項(xiàng)是我國(guó)歷史上第一個(gè)以“工程師”命名的獎(jiǎng)項(xiàng)。但對(duì)李文偉來(lái)說(shuō)，最重要、最特別的獎(jiǎng)項(xiàng)還是沒有寫他名字的那個(gè)——“長(zhǎng)江三峽樞紐工程”榮獲2019年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)?！斑@是個(gè)集體的獎(jiǎng)，沒有個(gè)人的名字，但于我而言意義重大。”

李文偉的家國(guó)情懷，深受父親影響。“我父親十五六歲當(dāng)兵，參加過抗美援朝，后來(lái)一直擔(dān)任軍醫(yī)。他教我要有責(zé)任擔(dān)當(dāng)，所以我總想著干好自己的事，為國(guó)家多作貢獻(xiàn)?！?/p>

工作上，李文偉喜歡“把一件事鉆透”。三峽大壩建設(shè)期間，他就住在工地上，白天在現(xiàn)場(chǎng)跑，晚上在實(shí)驗(yàn)室熬，琢磨混凝土的技術(shù)創(chuàng)新。生活中的李文偉卻過得比較簡(jiǎn)樸，不講究衣食住行，“業(yè)務(wù)上鉆得深了，其他方面關(guān)注得就少了。”

如今，李文偉團(tuán)隊(duì)正策劃實(shí)施“百年混凝土工程計(jì)劃”——持續(xù)跟蹤研究大壩混凝土性能演變，并在已建成的大壩內(nèi)安裝傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土的溫度、濕度、應(yīng)力等參數(shù)，為大壩的全生命周期管理提供科學(xué)依據(jù)。

“混凝土也是有生命的，有孕育、成長(zhǎng)的過程。我們必須像對(duì)待孩子一樣去培育它、養(yǎng)護(hù)它，讓它‘強(qiáng)身健體’；等它老化了，就需要加強(qiáng)保護(hù)?！闭劦交炷恋奈磥?lái)，李文偉滿懷希望，“現(xiàn)在技術(shù)發(fā)展很快，我們將來(lái)可以用人工智能等技術(shù)進(jìn)行混凝土配比的智能設(shè)計(jì)、性能的智能預(yù)測(cè)。技術(shù)賦能一定會(huì)使混凝土的功能進(jìn)一步提升，甚至有自我修復(fù)等功能，讓混凝土智慧起來(lái)、‘活’起來(lái)?！?/p>