據(jù)美國能源部數(shù)據(jù)，在美國，水力發(fā)電占可再生能源發(fā)電量的近27%，占所有公用事業(yè)規(guī)模儲能的93%，但美國大壩的平均運行年限已接近80年。美國土木工程師協(xié)會近期給美國大壩打出了令人憂心的D級評分，凸顯出對其進行升級改造的迫切性。目前，已有35億美元的聯(lián)邦資金可用于支持大壩的升級改造。
大壩老化這一問題在全球范圍內(nèi)同樣備受關(guān)注。聯(lián)合國大學(xué)水、環(huán)境與健康研究所的研究顯示，全球范圍內(nèi)有近5.9萬座大型水壩，它們均建于20世紀30年代至70年代之間，每座大壩的設(shè)計壽命僅為50至100年。國際能源署稱，到2030年，全球超過20%的發(fā)電機組將運行超過 55 年，亟需更換。
混凝土構(gòu)成了水電站的骨架，它不僅是水電站的基礎(chǔ)，還延伸至每一個關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，從渦輪機外殼、大壩壩體到進水隧道和溢洪道。這些關(guān)鍵結(jié)構(gòu)很容易發(fā)生斷裂和破損。在持續(xù)的水壓作用下，混凝土?xí)a(chǎn)生細微裂縫——這些細小的裂縫起初可能難以察覺，但會隨著時間的推移而逐漸擴大。水滲入這些裂縫后，會攜帶有害化學(xué)物質(zhì)會與水泥漿發(fā)生反應(yīng)，削弱混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)。特別是溶解的硫酸鹽會滲入并破壞硬化后的混凝土，而溶濾作用則會逐漸剝離維持混凝土結(jié)構(gòu)的粘結(jié)材料。
除了這些化學(xué)侵蝕外，物理作用力的破壞同樣嚴重。在水電站大壩中，高速水流攜帶泥沙沖刷混凝土表面，磨蝕保護層，使鋼筋暴露在外。鋼筋銹蝕后會發(fā)生膨脹，對混凝土產(chǎn)生擠壓，導(dǎo)致進一步開裂和剝落。
面對水電站基礎(chǔ)設(shè)施面臨的諸多威脅，運營商承受的風(fēng)險與日俱增。停機造成的收入損失和監(jiān)管罰款會迅速累積，尤其是在需要進行高成本緊急維修時——因為非計劃性停機每天可能造成數(shù)十萬美元損失。大壩管理人員還需應(yīng)對諸如修補、重新涂覆等周期性重復(fù)維護工作，進一步加重了負擔。隨著時間的推移，這樣的中斷不僅會耗盡預(yù)算，還會影響運營可靠性，使設(shè)施在用電高峰期或極端天氣事件中更容易發(fā)生意外故障。
目前，已有成熟方案可降低這些成本并加固大壩基礎(chǔ)設(shè)施。其中最有效的方案之一是使用減滲外加劑（PRA）和抗磨損外加劑。這類解決方案已應(yīng)用數(shù)十年，在全球多個極端環(huán)境中均有延長結(jié)構(gòu)使用壽命的可靠記錄。
凱頓國際自20世紀80年代發(fā)明首款結(jié)晶型減滲外加劑以來，一直致力于混凝土防水以及其耐久性功能的研究與開發(fā)。其旗下產(chǎn)品KIM?混凝土防水外加劑如同混凝土的“免疫系統(tǒng)”，從內(nèi)部實現(xiàn)防水。該外加劑添加到混凝土后，會與水和未水化的水泥顆粒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在混凝土孔隙中形成微小晶體。這些晶體能夠填充混凝土的毛細孔洞和細微裂縫，從而阻斷水分滲入。此外，凱頓的Hard-Cem?整體硬化外加劑能夠提高混凝土的耐磨損和抗侵蝕性能，從而抵御水流和泥沙的侵蝕。
這些技術(shù)共同為水電大壩的混凝土提供了全面防護。防水外加劑可阻斷滲水通道，保護內(nèi)置鋼筋免受腐蝕，并防止內(nèi)部結(jié)構(gòu)的劣化；而抗磨損外加劑則能抵御高速水流沖刷造成的損壞。兩者結(jié)合可降低非計劃維修和突發(fā)停機的風(fēng)險，保障運營穩(wěn)定性，同時還降低了長期維護成本。這些優(yōu)勢使結(jié)構(gòu)的使用壽命得以延長，并提高關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的可靠性。
除提升耐久性和節(jié)約成本外，改善水電站基礎(chǔ)設(shè)施中所使用的混凝土還具有日益重要的環(huán)境意義。混凝土是世界上使用最廣泛的建筑材料，而水泥生產(chǎn)約占全球二氧化碳排放量的8%。每當混凝土結(jié)構(gòu)需要維修或更換時，就需要生產(chǎn)更多的水泥，這進一步增加了該行業(yè)的碳足跡。
減滲外加劑和抗磨損外加劑通過延長使用壽命、降低環(huán)境影響，滿足了行業(yè)對環(huán)境適應(yīng)性、效率和可持續(xù)性的要求。確保水力發(fā)電的核心基礎(chǔ)設(shè)施在未來數(shù)十年內(nèi)保持穩(wěn)固、高效和可靠運行。
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