據美國能源部數據，在美國，水力發電占可再生能源發電量的近27%，占所有公用事業規模儲能的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同樣備受關注。聯合國大學水、環境與健康研究所的研究顯示，全球范圍內有近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%的發電機組將運行超過 55 年，亟需更換。
混凝土構成了水電站的骨架，它不僅是水電站的基礎，還延伸至每一個關鍵結構，從渦輪機外殼、大壩壩體到進水隧道和溢洪道。這些關鍵結構很容易發生斷裂和破損。在持續的水壓作用下，混凝土會產生細微裂縫——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，會攜帶有害化學物質會與水泥漿發生反應，削弱混凝土內部結構。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構的粘結材料。
除了這些化學侵蝕外，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。鋼筋銹蝕后會發生膨脹，對混凝土產生擠壓，導致進一步開裂和剝落。
面對水電站基礎設施面臨的諸多威脅，運營商承受的風險與日俱增。停機造成的收入損失和監管罰款會迅速累積，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十萬美元損失。大壩管理人員還需應對諸如修補、重新涂覆等周期性重復維護工作，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算，還會影響運營可靠性，使設施在用電高峰期或極端天氣事件中更容易發生意外故障。
目前，已有成熟方案可降低這些成本并加固大壩基礎設施。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。這類解決方案已應用數十年，在全球多個極端環境中均有延長結構使用壽命的可靠記錄。
凱頓國際自20世紀80年代發明首款結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。其旗下產品KIM?混凝土防水外加劑如同混凝土的“免疫系統”，從內部實現防水。該外加劑添加到混凝土后，會與水和未水化的水泥顆粒發生化學反應，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，保護內置鋼筋免受腐蝕，并防止內部結構的劣化；而抗磨損外加劑則能抵御高速水流沖刷造成的損壞。兩者結合可降低非計劃維修和突發停機的風險，保障運營穩定性，同時還降低了長期維護成本。這些優勢使結構的使用壽命得以延長，并提高關鍵基礎設施的可靠性。
除提升耐久性和節約成本外，改善水電站基礎設施中所使用的混凝土還具有日益重要的環境意義。混凝土是世界上使用最廣泛的建筑材料，而水泥生產約占全球二氧化碳排放量的8%。每當混凝土結構需要維修或更換時，就需要生產更多的水泥，這進一步增加了該行業的碳足跡。
減滲外加劑和抗磨損外加劑通過延長使用壽命、降低環境影響，滿足了行業對環境適應性、效率和可持續性的要求。確保水力發電的核心基礎設施在未來數十年內保持穩固、高效和可靠運行。
原文發表于：ForConstrctionPros.com
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