Dụng cụ đo mô đun đàn hồi động: Chứng kiến “con đường phát triển” của Đập Tam Hiệp thông qua thử nghiệm khoa học

Thiết kế poster: Xiong Xin

Tin tức từ trang web này (Liang Siyan) Tại Trung tâm Kiểm tra Kỹ thuật Tập đoàn Tam Hiệp, một thiết bị thử nghiệm được mua năm 1996 đã chứng kiến ​​​​sự “tăng trưởng” của Đập Tam Hiệp Nó dài khoảng nửa mét, có hai giá đỡ màu đen “nằm” trên chiếc bàn trắng và một đầu thu bằng cao su đặt bên cạnh So với cần cẩu tháp cao chót vót và cần cẩu cáp ầm ầm, nhạc cụ này không dễ thấy và tên của nó hơi mơ hồ Tuy nhiên, nó lại là “công cụ sắc bén” không thể thiếu trong hệ thống kiểm soát chất lượng bê tông của đập Tam Hiệp – dụng cụ đo mô đun đàn hồi động

▲ Bên trái là máy chủ điều khiển của máy kiểm tra mô đun đàn hồi động và bên phải là dụng cụ đo mô đun đàn hồi động Nhiếp ảnh: Li Xueting

　Bước nhảy vọt của các khái niệm kỹ thuật

Từ "sức mạnh" đến "độ bền"

Trước dự án Tam Hiệp, ngành thủy điện Trung Quốc từ lâu đã tập trung vào “cường độ” của bê tông Theo thuật ngữ thông thường, điều đó có nghĩa là bê tông có đủ "cứng" để chịu tải trọng thiết kế hay không Điều này có thể hiểu được Cường độ thực sự là chỉ số an toàn cơ bản nhất của bê tông Tuy nhiên, việc đáp ứng các yêu cầu về cường độ tương đối dễ dàng và có thể đạt được bằng cách tuân theo các tiêu chuẩn “Hạt cứng” để nứt là cách giải quyết vấn đề không đủ độ bền, dễ nứt trong quá trình thi công

Là công trình thế kỷ mang theo giấc mơ thế kỷ của dân tộc Trung Hoa, dự án Tam Hiệp đã đưa ra yêu cầu cao chưa từng có về độ bền của bê tông Đằng sau điều này là một sự thay đổi sâu sắc về mặt khái niệm: “sức mạnh” của một con đập chỉ là điểm mấu chốt, và “độ bền” là chìa khóa để xác định xem nó có thể đi được bao xa

Ở miền trung Trung Quốc, nhiệt độ có thể giảm xuống dưới 0 vào mùa đông Bê tông thân đập ngâm lâu trong nước, nước trong các lỗ mao mạch bên trong đóng băng và tan chảy nhiều lần Mỗi lần mở rộng đóng băng sẽ tạo ra ứng suất vi mô trên thành lỗ Sau hàng trăm chu kỳ, các vết nứt vĩ mô có thể nhìn thấy được sẽ xuất hiện bên trong bê tông, dẫn đến giảm cường độ và cuối cùng gây nguy hiểm cho sự an toàn của kết cấu Đây là thiệt hại đóng băng-tan băng

Dụng cụ đo mô đun đàn hồi động được thiết kế để kiểm tra độ bền Người ta không đo lường xem bê tông có thể chịu được bao nhiêu kg áp lực, nhưng liệu “bộ xương” của nó có còn bền sau nhiều lần đóng băng và tan băng hay không Nguyên lý làm việc của nó không phức tạp: bằng cách đo tần số tự nhiên của mẫu bê tông, mô đun đàn hồi của nó được tính ra, sau đó đánh giá cường độ nén và độ bền Tần số cao có nghĩa là bê tông dày đặc và khỏe mạnh; tần số thấp có nghĩa là hư hỏng bên trong đang bắt đầu xảy ra

　　300 chu kỳ đóng băng-tan băng

Khắc chữ “trăm năm” vào từng ô vuông bê tông

Trong thời kỳ cao điểm của Dự án Tam Hiệp, các nhà nghiên cứu khoa học đã tiến hành 2 đến 3 đợt thử nghiệm khả năng chống băng giá mỗi tuần Mỗi nhóm yêu cầu 3 mẫu lăng kính có kích thước 100mm×100mm×400mm Mẫu thử được lấy mẫu từ lối ra của buồng trộn hoặc bề mặt của thùng rót Sau khi bảo dưỡng 28 ngày trong phòng bảo dưỡng tiêu chuẩn (nhiệt độ 20oC ± 3oC, độ ẩm trên 95%), chúng được gửi đến máy kiểm tra đông lạnh-tan băng nhanh

▲ Mẫu thử nghiệm bê tông của Đập Tam Hiệp được chụp vào ngày 1 tháng 8 năm 2006 Nhiếp ảnh: Zhang Aizhong

Chu kỳ đóng băng-tan băng được hoàn thành cứ sau 4 đến 5 giờ, từ nhiệt độ bình thường đến -18°C, sau đó quay trở lại lên 5°C Bê tông ở những phần quan trọng của đập Tam Hiệp phải trải qua 300 chu kỳ như vậy - tương đương với mô phỏng 300 năm xói mòn đóng băng-tan băng Sau mỗi 25 hoặc 50 chu kỳ, mẫu được lấy ra và đặt trên thiết bị đo mô đun đàn hồi động để thử nghiệm

Tiêu chuẩn rất rõ ràng, tức là sau 300 chu kỳ đóng băng-tan băng, tổn thất khối lượng của bê tông không được vượt quá 5% và tổn thất mô đun đàn hồi động không được vượt quá 20% Nói cách khác, sau khi mô phỏng 300 năm xói mòn, cường độ chịu nén của bê tông phải duy trì trên 90% giá trị thiết kế, duy trì độ dự phòng an toàn cần thiết

Từ giai đoạn bảo trì đến khi hoàn thành 300 chu kỳ, một chu kỳ mất gần hai tháng Đèn trong phòng thí nghiệm thường sáng đến tận đêm khuya, những chồng nhật ký dữ liệu được ghi thành từng chồng Những nhiệm vụ này chỉ phục vụ một mục đích: đảm bảo rằng mọi ô bê tông trên đập đều có thể chịu được thử nghiệm

Sau khi đập Tam Hiệp hoàn thành, nhạc cụ này vẫn chưa “nghỉ hưu” Nó tiếp tục được sử dụng để xác minh tính năng của vật liệu sửa chữa đập và kết hợp với lấy mẫu lõi khoan để nghiên cứu những thay đổi tính năng dài hạn của bê tông Mỗi bộ dữ liệu thử nghiệm mới đều cung cấp thông tin hỗ trợ về tình trạng hoạt động của con đập trong thời kỳ “tuổi trẻ” và thậm chí là “những năm đầu”

　Biểu đồ kiểm soát chất lượng

Giải quyết vấn đề "trước khi xuống đập"

Với tiêu chuẩn kiểm nghiệm cũng phải có cơ chế phòng ngừa Các nhà nghiên cứu khoa học đã thiết lập hệ thống “biểu đồ kiểm soát chất lượng”

▲ Sổ ghi chép kiểm tra bê tông trong quá trình thi công đập Tam Hiệp Nhiếp ảnh: Li Xueting

Họ vẽ dữ liệu phát hiện thành một đường cong, tiến hành phân tích luân phiên trong khoảng thời gian ba tháng và đặt giới hạn kiểm soát trên và dưới cũng như giới hạn cảnh báo trên và dưới Khi dữ liệu cho thấy xu hướng sai lệch liên tục, cần tiến hành các biện pháp phòng ngừa ngay lập tức

"Ví dụ, chúng tôi nhận thấy hàm lượng không khí trong hỗn hợp bê tông tiếp tục giảm, hoặc hàm lượng không khí dao động lớn Dù vẫn nằm trong phạm vi tiêu chuẩn nhưng xu hướng sai Lúc này, người kiểm tra chất lượng phải chủ động đưa ra cảnh báo sớm và thông báo cho nhà sản xuất để điều tra nguyên nhân Ví dụ, hàm lượng bùn trong cát có thay đổi không? Lượng chất cuốn khí có cần tinh chỉnh không? Các mẻ phụ gia có khác biệt gì không?" Dai Gang, chuyên gia tại Trung tâm Kiểm tra Kỹ thuật của Công ty Phát triển Tam Hiệp cho biết

Mỗi bộ dữ liệu tần số được thiết bị đo này ghi lại chính là cơ sở sức khỏe cho “thời thanh xuân” của con đập Nhiều thập kỷ sau, khi người ta sử dụng thiết bị tiên tiến hơn để kiểm tra cùng một loạt mẫu cốt lõi, những dữ liệu lịch sử này sẽ là tài liệu tham khảo quý giá nhất

Li Wenwei, một chuyên gia về bê tông đập đã tham gia sâu vào lĩnh vực thủy điện trong 40 năm và là giám đốc Phòng thí nghiệm trọng điểm về Vật liệu kỹ thuật nước và công nghệ ứng dụng tỉnh Hồ Bắc của Tập đoàn Tam Hiệp, đã đề xuất "Kế hoạch thế kỷ đập bê tông" vào năm 2023: không chỉ tập trung vào Dự án Tam Hiệp mà còn tiến hành phân tích và nghiên cứu có hệ thống về hàng trăm con đập trên khắp đất nước, đồng thời cung cấp hỗ trợ kỹ thuật để "kéo dài tuổi thọ" của các con đập thông qua giám sát và tích lũy dữ liệu liên tục "Chúng tôi không chỉ muốn để lại cho đất nước những con đập vật chất không thể phá hủy mà còn muốn để lại cho đất nước một bộ tài liệu nghiên cứu khoa học và hồ sơ dữ liệu hoàn chỉnh" Lý Văn Vi nói

Theo ông, các nhà nghiên cứu khoa học đã thực hiện các thử nghiệm dài hạn trên bê tông của các con đập như Dự án Tam Hiệp và bảo quản hợp lý mọi bộ dữ liệu cũng như mọi kết quả giám sát Nếu bạn muốn theo dõi quá trình xây dựng và "dịch vụ" bê tông của những con đập này một trăm năm sau, bạn có thể tìm thấy cơ sở kỹ thuật rõ ràng và có thể theo dõi được Li Wenwei nói: “Đây là khối tài sản thực sự mà thế hệ những người làm thủy điện của chúng ta nên để lại”

Ngày nay, đập Tam Hiệp được xây dựng hơn 20 năm đã là một “thanh niên” ổn định và đáng tin cậy Nhiều năm theo dõi và đánh giá liên tục đã đưa ra câu trả lời thú vị: dữ liệu cho thấy cường độ của bê tông “phục vụ” ở đập Tam Hiệp hơn 20 năm đã đạt gấp 1,5 đến 2 lần cường độ ban đầu Li Wenwei cho biết: “Những khối thử nghiệm, dữ liệu và kinh nghiệm quý giá về bê tông này có thể xây dựng nền tảng để giới trẻ tiếp tục nghiên cứu, cho phép các thế hệ tương lai tiếp bước những người đi trước và tiếp tục khám phá quy tắc sống của bê tông, để độ an toàn và tuổi thọ của con đập có thể được đảm bảo vững chắc hơn”

　　

Biên tập viên: Ren Xian Yang Jin

Ngày phát hành: 26 tháng 6 năm 2026