论我国MgO混凝土筑坝技术的发展历史与现状.pdf

第 9期 2 0 1 2年 9月 广东水利水电 GUANGD0NG W ATER RESOURCES AND HYDROPOW ER No ．9 S e p． 2 01 2 论我国 M g O混凝土筑坝技术的发展历史与现状 李承木 ( 中国水电顾 问集团成都勘测设计研究院科研所，四川 成都6 1 0 0 7 2 ) 摘要 ：全 面论 述我 国 M g O混凝土筑坝技 术的发展 历史 以及 来 源于生产 工程 实践 的全过 程 ，详细介 绍各发展 阶段 的历 史事件 、理论 与应用研 究 内容及科研 成果水平、应用省份 及工程、使 用坝型及部位 、国 内外研 究动 态与现状 、应 用前景 展 望 ，并呼吁在 全国成立推 广应用机 制确保 Mg O技术长期持 续发展 。 关键词 ：外掺 M g O混凝土 ；筑坝新技 术 ；试验研 究 ；发展 过程 ；研 究现状 中图分类号：T V 4 3 1 ． 9；T V 6 4 2 ． 4 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 8- 0 1 1 2 ( 2 0 1 2 ) 0 9- 0 0 0 1- 0 7 1 概 述 Mg O混凝土 ( 砼 ) 筑 坝技术起 源于 白山重 力拱坝 ( 1 9 7 6～1 9 8 2年建) ，由于采用 内含 Mg O( 4 ． 5 ％ ) 较高 的抚顺大坝水泥施工 ，从坝体监测 到了膨胀型的 自生 体积变形 ，蓄水后观察无渗漏 ，无危 害裂缝 ，表 面裂 缝也很少 ，从 而启迪 人们开拓筑坝 防裂技 术新思路。 再经过室 内试验首次证明，用抚顺高镁水泥在室内拌 制的砼也产生了微膨胀型的 自生体积变形 。后又经微 观分析论证 ，抚顺 内含高镁水泥具有延迟性微膨胀性 能 ，原因是该水泥熟料 中含有较多 的方镁石 ，在方镁 石水化生成水镁石 的过程 中使硬化水泥浆体产生体积 膨胀 。后又经调查发现，使用本溪和永登高镁( 4 ％ 一 6 ％) 水泥的桓仁大坝和刘家峡大坝 ，都监测到了微膨 胀型的自生体积变形 ，起到 了很好 的补偿收缩和防裂 效果 。上述各项生产实践为课题 的成立、发展及后来 的研究奠定了基础 。从 Mg O砼筑坝技术总的发展历程 看 ：在 1 9 8 5年以前是研究 内含高镁水泥的物理力学及 其膨胀性能 ；1 9 8 5年之后则是全面 、系统 、深入的研 究外掺 M g O水 泥砼 的物理力学性能及其膨胀变形规 律 ，一直到该科研成果于 1 9 8 9年 9月在贵阳通过部级 技术鉴定 ，以及其后的广泛推广应用研究 。Mg O砼筑 坝技术来源于生产工程实践 ，经过长期大量试 验研究 提出规律性的成果又应用于生产。利用 Mg O材料水化 所释放的化学能来解决大坝温控问题 ，打破了人们 的 传统认识 。我国组织多学科共同攻关 ，经过 3 O多年的 基础理论和工程应用研究 ，掌握 了它的各项性能和规 律 ，并已形成了一套完整的筑坝理论体 系。这项新技 术已广泛应用于填塘堵洞 、导流洞封堵 、大坝基础处 理、重力坝基础约束 区、高压管道外 围回填 、碾压砼 坝的垫层垫座及上游防渗体 、砼防渗面板 、拱坝全坝 外掺 Mg O等 5 0余个大 中型水利水 电工程 的不 同部位 应用 ( 工程实例如表 1 ) ，均获得 了成功。再从地域等 多方面看 ：已在我 国南 方、西南西北等不同气候条件 下成功使用 ；有在冬季 夏季和跨季节施工 ；工程量从 几千 n l 到近 3 0万 i n ；施工工艺有常态砼台阶法和碾 压砼 2种 ；坝 型有重力坝 、拱 坝、砼 面板堆石坝 等； Mg O掺量从 3 ． 5 ％ 至 6 ． 5 ％ ，其膨胀量多在 1 2 01 0 ～ 2 4 01 0 之 间( 碾压砼在 5 01 0 以上 ) ，均取得 显著的技术经济和社会效益。这项新技术是我 国工程 科研人员在生产实践中独创 的，具有我国 自主知识产 权 ；它是大体积砼施工的革命 ，是 国内外筑坝技术 的 重大创新和突破 。 2 Mg O砼筑坝技术发展历程可分为三个阶段 2 ． 1 第一个 阶段 ( 1 9 7 5—1 9 8 9年 ) ：从室 内试验研究 到中间实验性应用 这期间开展 的大量研究工作有 ： 1 )该技术起源于采用内含高 Mg O( 4 ． 5 ％ ) 的抚顺 大坝水泥施工的白山重力拱坝 ，大坝高 1 4 9 ． 5 m，6 0 ％ 的砼在夏季施工 ，基础温差普遍超过 4 0 ℃，1 9 8 2年蓄 水后 ，大坝无渗漏 、无贯穿性裂缝 ，表面裂缝也很少 。 原体观测 9 4 ％ 的无应力计是膨胀型的 自生体积变形 ， 其值在 4 0 1 0 I ～ 8 01 0 之间，可见高含镁水泥产 生了很好 的防裂效果。 2 )成都院科研所于 1 9 7 7年做 白山大坝砼徐变及 自生体积变形试验时，在室 内首次证明了抚顺高镁水 泥具有微膨胀性能，并作出抚顺水泥能产生膨胀型 自 收稿 日期 ：2 0 1 2— 0 4— 2 8 ：修 回 日期 ：2 0 1 2— 0 7—1 1 作者简介：李承木( 1 9 3 9一) ，男，教授级高级工程师，从事水工建筑材料科学及 Mg 0砼筑坝技术研究。 2 0 1 2年 9月 第 9期 李承木 ：论我 国 M g O混凝土筑坝技术 的发展历史与现状 N o ． 9 S e p ．2 01 2 表 1 在我 国已成功应用 Mg O砼筑坝技术 的工程介绍 水泥应用坝型 使用省份的工程名称及其使用部 位 类别 及部位 ( 在我国已有 1 7 个省的5 0 余个工程使用) 主 纛 蓑 ． 重力坝基础处理及右岸K 7溶洞回填；④贵卅 l 普定 R c c 拱坝基 础垫层 ；⑤贵州索风营 R c c 重力坝强约束 区等 化镁水 ①福 建黄兰溪 电站 ( 引水洞长 8 ． 1 2 k m，在 3 、 4号平洞埋 了监 泥 测仪器，分别掺 M g O 3 ％和 4 ％，1 2 0 d自变达6 0— 7 51 0一 压力钢管 6 ，钢管与砼与围岩结合紧密，效果极好) ；②四川龙潭 、红 外围回填叶 I 级、红叶Ⅱ级、黑土坡、冷竹官、跷躜等电站；③重庆 M g O砼 等 ①四川铜街子大坝底孔、铜头大坝左右岸导流洞、花滩电站、 瓦屋山 、天池湖 、 筒 车坝 、丁村 坝 、石板水 和小关予等 电站 垦 浦 洞 导流洞；②贵州东风电站导流洞、普定电站导流洞；③黑龙 江莲花电站导流洞；④湖南武强溪电站；⑤云南南沙电站； 外 掺 氢 到昭 任⑥河南小浪底电站；⑦广西龙滩电站；⑧另外贵卅 l 六盘水 、 天生桥、光照基础及洪家渡面板等工程部位或堵头都采用了 泥 M g O砼施工等 广东长沙、坝美、长潭拱坝；贵州沙老河、三江、落脚河、 拱坝全 马槽河 、老江 底 、河湾 、鱼 简河 R c c 、黄花寨 R c c 拱 坝 ；甘 坝使用 肃龙首 R c c拱坝 ；新疆石门子 Rc c拱坝 ；广 西那恩 R c c拱坝 生体积变形的科学结论 ，该结论为 Mg O课题 的引 出、 成立和发展奠定了基础 。 3 )南京化工学 院 1 9 7 8年作 了抚顺水泥的膨胀机 理分析 ，证明抚顺水泥具有延迟性微膨胀性能 ，因为 该水泥熟料中含有较 多的方镁石 ( 4 ． 5 ％) ，方镁石水 化在生成水镁石过程中使硬化水泥浆体产生体积膨胀。 4 ) 通过总结工程实践，调研曾用过高镁( 抚顺、 本溪 、永登 ) 水泥 的水 电工 程 ( 白山、桓仁 、刘家 峡 等) 和港口工程( 大连、塘沽、秦皇岛等) 等砼建筑物 2 0— 3 O多年来均无开裂和崩解现象产生 ，说明使用高 镁水泥的长期耐久性能是很好 的，它的力学及变形性 能既是安定 的又是稳定的。 5 )1 9 8 1年将上述成果 向水规总 院汇报后 ，得到 总院的肯定和支持 ，并拨款给南化再进一步作机理分 析 ，同时列为水规总院 的科研项 目( 实现科研课 题立 2 项) 。当时的结论是 ：通过 总结工程实践 ，再经过室 内验证 ，得出并发现了很有研究价值 的课题。 6 )1 9 8 4年 1 2月 2 5～ 2 7日水规总院在北京召开了 “ Mg O微膨胀砼座谈会 ” ，与会专家对课题组 ( 1 9 7 6年 后由东北院 、成都院，南化组成 ) 作 的 3个报告 ( 即唐 明述 ：吉林 白山大坝砼 自生体积膨胀机理的研究报告 ； 曹泽生 ：白山拱坝砼温度控制和体积变形报告 ；笔者 ： 白山拱坝砼 自生体积变形试验研究报告 ) 在充分讨论 后认为 ：“ Mg O水泥具有延迟性 的微膨胀 性能 ，能满 足大坝温控要求 ，外掺 Mg O膨胀剂是发展微膨胀水泥 的方 向，其社会技术经济效益是显著的，研究的大方 向是 正确 的” 。并要 求 再进 一 步作机 理 分析 和 高温 ( 4 0 ℃ ) 条件下的 自生体积变形试验。 7 )1 9 8 5年 1 1 月 1 3～1 6日水规总院又在南京召开 了“ 水泥膨胀剂学术讨论会” ，科研组在会上作 了 5个 报告 ( 即南化 3个 ：用 3 3 0水泥厂生料 ( 掺碳酸镁 ) 试 制 Mg O微 膨胀 水泥 ，M g O膨 胀剂 水化 性 能 的研 究 ， Mg O延迟性膨胀水泥的研制 ；成都 院 1个 ：在 2 0 ℃和 4 0 ℃养护条件下 白山大坝砼 自生体积变 形试验研究 ； 华东院 1个 ：对石 塘工程情况 和温控作 了介绍 ) ，通 过交流讨论 ，搞清楚了砼及水泥净浆 的膨胀特性及规 律 ；会议对是生产 Mg O膨胀剂还是水泥厂生产膨胀水 泥?可用 于哪些工程 和部位?以及安全性 、可靠性 、 社会经济效益等方面进行 了充分 而热烈 的讨 论。同时 在讨论中也提出了大家最担心的问题 ：M g O会不会产 生无限膨胀?外掺 Mg O会不会产生二次性膨胀?M g O 的膨胀对砼强度的影 响有多大? 自生体积变形与水镁 石的长期稳定性如何等等。成都院通过对 M g O砼的力 学与变形性能的长期试验研究 J ，说明在 Mg O的安定 掺量范围内，M g O砼的自生体积变形既是稳定的又是 不可逆 的，也不会产 生无 限膨胀 ，其长期膨胀变形能 总是趋 于稳定 的。Mg O砼 的长期 力学性 质也是 安定 的，微膨胀对砼长期力学性 能的影 响不大 。外掺轻 烧 Mg O砼的 自生体积膨胀变形是稳定的，不会产生二 次性膨胀 3 ] 。南化的微观研究说 明，Mg O的水化反应 过程是 逐 渐 的一 次 性 反 应 ，水 镁 石 的溶 解 度 又较 C a ( O H) 的小 2 0 0余倍 ，所 以其水化生成物 是很 稳定 的。这些试验成果 回答了上述 问题 ，打消 了人们的担 心和疑虑，这次研讨会开得很成功 ，加速了 M g O课题 的发展。本课题的研究来源于生产实践 ，它是一个开 发性和生产性很强的课题 。应用 Mg O水化所释放 的化 学能来解决 大坝温控问题 ，打破 了人们 的传统认识 ， Mg O既是有害的物质 ，又是有利的物质 ，关键是掌握 其规律性 ，兴利除弊。最终在这次会议上正式确立 的 2 0 1 2年 9月 第 9期 广东水利水 电 科研课题为 ：“ 延迟性微膨胀水泥的研制及应用” 。由 总院挂帅组成科研组 ，研究外掺 Mg O的膨胀性能及煅 烧工艺 ，目标是从试验室走向生产并决定：室内试验 ， 中间实验 ，用 于主体 工程。 ( 这 时科研 组 由华 东院 、 成都院 、南化 、贵 阳院、东北院 、十二局科研所组成。 为了确保科研项 目顺利开展 ，总院由技术处分管并 由 陈其武副处长亲 自抓) 。 8 )关于是否建窑专 门生产用于水工砼 的 M g O膨 胀剂问题 ，南化于 1 9 8 6年通过调研考察后认为 ，当时 的煅烧制度和已有 的 Mg O产品基本符合要求 ，稍加改 进就可用于水工 ，于是建窑方案未能实现。课题组在 1 9 8 7年多次在南 京开会 ，研究外掺 Mg O砼 的室 内试 验工作 ，并 打算在石 塘做现场试验等 问题。在设计 、 施工和课题组成员的共 同努力下 ，于当年 8月在浙江 石塘重力坝下游护坦做第一次外掺 Mg O砼 现场试验 ， 试块尺寸为 1 4 m 7 m X 1 ． 5 m 2块 ，分掺与不掺 Mg O 2 种情况并分别埋设观测仪器。从监测结果看效果不错 ， 掺 M g O砼 自生体积膨胀变形达 8 0 X 1 0 ～，可补偿应力 0 ． 5— 0 ． 7 MP a ，并获得 了关于外掺工艺的第一手资料 。 为了分析总结石塘现场试验结果 ，讨论在石塘主体 工 程上应用的计划 ，课题组于 1 9 8 7年 1 0月 2 8～ 2 9日在 南京化 工学 院 召开 了 “ 石 塘现 场试验 初 步成果 讨 论 会” 。所写 纪要指 出：会议肯定 了现场试验成果 ，认 为现场试验是成功的。砼现场试验与砼 室内试验结果 是一致的 ，只要室内试验能满足要求 ，原型上砼膨胀 变形是能够得到保证的，使用此种膨胀砼可 以减免降 温措施 ，使砼不产生基础贯穿性裂缝 。同时，会议 还 分析了现场试验存在的问题及解决办法 ，并初步讨论 了在石塘主体工程上采用 Mg O砼进行试验 的计划和分 工等问题。 9 )1 9 8 8年 3月 8～1 2日水规总院在贵阳院召开了 “ 外掺 Mg O砼研究与应用协调会” ，目的是交流 、协调 计划、落实任务 ，并审查了石塘 、东风 2项工程实施 设计方案。会后科研组 ( 于 3月 1 8日) 由贵 阳去北京 向部和总院领导汇报 ，受到部领导的高度重视和大力 支持 ，并决定在石 塘( 溢流坝段) 和东风做现场试验 ， 并写了一个很好的会议纪要 ( 即关于“ 外掺氧化镁砼研 究与应用协调会” 纪要的函 ，以( 8 8 ) 水规技便字第 2 0 4 号文下发 ) 发送各单 位供参 考。这次汇报会议对外 掺 M g O砼筑坝技术的发展推动很大，影响深远。 1 0 )水规总院于 1 9 8 9年 3月 1 3—1 6日又在贵 阳 院召开了“ Mg O砼科研组会议 ” ，贯彻落实现场试验任 务 ，审查 了石塘 、东风 2项工程 的试验 大纲 ，具体确 定在石塘下游护坦( 第 2次) 和东风下游重力 围堰作外 掺 M g O砼现场试验。为了确保试验顺利进行 ，课题组 考察了东风工地现场 ，经过讨论 统一 了认识 ，认为工 地条件基本满足试验要求 ，最终 由于领导 支持及正确 决策 ，在贵 阳院全力 组织和成都院 、水电九局与七局 参与下 ，使东风现场实验得 以成功实施 ，其效果很好 实现了预期 目标 ，并为东风深槽 主体工程应用提供 了 经验 。 1 1 )外掺 Mg O砼筑坝现场试验 ：①1 9 8 7年 8月 l 4 ～ 2 0日课题组全体成员都参加了在浙江石塘下游左岸 护坦 做第 一次外 掺 M g O的现场试 验，解决外掺 Mg O 的可行性问题。②成都 院和水 电七局 于 1 9 8 9年 1月 1 0日在 四川铜街子大坝导流明渠右导墙上做外掺 4 ％ Mg O砼现场试验 ，试块尺 寸为 5 m X 2 m X 6 m 2块 ， 砼平仓后的温度仅为 7 ℃ ，证明在低温条件下 Mg O照 样能够产生膨胀 的问题 ，只是膨胀速率非常缓慢 ，而 自生体积变形减小且延后 2 1 d才出现正值 ；其测缝计 监测结果 ，外掺 Mg O砼 的均为闭合状态 ，未掺 Mg O 的张开。③华东院等课题组部分成员于 1 9 8 9年 4月 7 — 1 1日在石塘下游右岸护坦 ( 试块尺寸增大为 2 2 m X 6 ． 5 m X 1 ． 8 m) 作第二次现场试验 ，解决外掺均匀性 的 检测方法问题。④贵 阳院等课题组部分成员于 1 9 8 9年 4月 1 9— 2 6日在贵州东风电站下游重力围堰 ( 堰顶长 为 7 5 m，堰高为 2 6 m，底 宽为 2 7 ． 5 m) 基础约束 区 6 m 内作外掺 2 ． 5 ％ ～3 ． 0 ％ Mg O砼筑坝现场试 验，通仓 浇 Mg O砼 1 5 7 2 m ，实测 自生体积变形达到 1 0 0 X 1 0 ～ 1 4 0 X 1 0 ( 砼方量和膨胀量均为 当时最大的 ，可视 为 1座小型重力坝) 。解决 了外掺 Mg O砼筑坝施工工 艺控制问题 ( 详见参考文献[ 6 ] 和[ 1 0 ] ) 。 1 2 )M g O微膨胀砼筑坝技术科研成果鉴定会 ：在 部和水规总院的组织领导下 ，经过 1 0余年的室 内基础 理论研究和 1 9 8 7～1 9 8 9年 3年中间试验 ，先后在石塘 护坦 、铜街子主坝上、东风下游重力 围堰作外掺 Mg O 砼现场试验 ，以及白山和红石 2项工程 内含高 M g O水 泥砼的应用实践 ，取得 了丰硕的室 内外研究成果 ， 在 Mg O水化膨胀机理 、砼长期变形性能 、温度应力补 偿 、均匀性检测 、施工工艺控制等方面的研究深度和 广度上均超过了国外的已有成果 。能源部于 1 9 8 9年 9 月 2 2～ 2 3日在贵 阳召开鉴定会 ，通过 了部级技术鉴 定 ，该科研成 果具 有 国际领先水 平。该 项 目已获得 1 9 9 1年度电力科技进步四等奖 ，并列入了“ 八五” 国家 电力工业新技术重点推广应用项 目中的第 1 5项 即“ 水 工砼中掺人 Mg O应用研究 ” 。 2 ． 2 第二个阶段 ( 1 9 9 0—1 9 9 8年 ) ：科研 成果鉴定后 的推广应用阶段 3 2 0 1 2年 9月 第 9期 李承木 ：论我国 Mg O混凝土筑坝技术 的发展历史 与现状 N o ． 9 S e p ．2 0 1 2 这期间先后陆续将 M g O砼筑坝技 术 已在我 国 1 7 个省的各类坝型 上运用 ：如重力坝基础约束 区、拱 坝基 础 处 理 、导 流 洞 封 堵 工 程 、高 压 管 道外 围 回 填 、堆石坝防渗面板 、碾压砼坝基础约束 区及垫层 垫座和上游防渗体等 5 0余个大中型水利水电工程 的成 功应用 ( 如表 1 ) 。其中东风基础深槽 回填主体工程和 青溪重力坝工程应用成果 ，分别于 1 9 9 2年6月和 1 9 9 3 年 5月还通过了部级技术鉴定 ，分别被评为 国际领先 和国际先进水平 。为 了将 Mg O技术尽快 转化为 生产 力，在能源部科技司和水规总院支持下 ，华东院与课 题组协商后于 1 9 9 2年 1 0月 2 0～ 2 6日在新安江举办 了 “ Mg O砼推广研讨 班” ，系统介绍 M g O微膨胀砼 和温 度应力补偿 的技术 问题 ，经过 全面深入 的研究讨论 ， 提高了对新技术 的认识 ，达到 了宣传推广 的 目的。这 期间电力工业部水利部水规总院于 1 9 9 3年 8月 1 1 ～1 3 日在辽宁省海城市 主持召开 了“ M g O微膨胀砼筑坝材 料专题讨论会” ，大会对 Mg O砼筑坝技术研究成果及 工程应用情况进行了广泛交流讨论 ，并写了一个很好 的会议纪要 ，会后水规总院于 1 9 9 4年 1月还编辑出 版了《 氧化镁混凝土筑坝技术文集》 ，该文集汇集了 全部科研成果报告 ，提供给工程技术人员学习与参考。 水规总院又分别颁发 了( wJ M：0 0 3 5—1 9 9 4) 《 水利水 电工程轻烧氧化镁材料品质技术要求》 ( 试行) L I I ] 和 ( WJ M：0 0 2 3—1 9 9 5 ) 《 氧化镁微膨胀砼筑坝技术暂行 规定》 ( 试行 ) 2个规范性文件指导 M g O砼筑坝技术 的广泛推广应用。 实践证明，M g O膨胀剂除用于水 电工程外 ，凡是 有约束条件的工程 ，如钢筋即是很好的约束条件 ，其 中预应力及钢筋砼工程 、工业及 民用建筑工程 、地下 人防及交通隧洞工程 、桥梁隧道及地铁工程、有抗裂 防渗要求的各类地下工程 、水池及蓄油罐工程、高层 基础处理 、锚索锚杆孔及探洞 回填、各类灌浆及修补 工程等均可采用 Mg O膨胀剂施工。 2 ． 3 第三个 阶段 ( 1 9 9 9至今) ：从砼重力坝部份使用 发展到全拱坝采用外掺 Mg O砼施工 广东省水利厅 采用 Mg O砼通仓 快速施工 筑坝技 术 ，于 1 9 9 9年 1～ 4月仅用 9 0 d时间成功建成了世界 上第 1 座不分横缝的长沙拱坝 1 3 ] ( 坝高 5 5 ． 5 m) ，这是 Mg O砼筑坝技术的一次重大突破和飞跃 ，其示范作 用 影响巨大。其后采用 外掺 Mg O砼筑坝技 术不分横缝 ( 或设少量诱导缝) 已成功建成 的砼拱坝有 ：广东省的 坝美拱坝 、长潭拱 坝；贵州省 的沙老河、三江、鱼简 河( R c c ) 、落脚河 、马槽河 、老江底 、黄花寨 ( R c c ) 、 河湾拱 坝；甘肃省的龙首 ( R c c ) 拱坝 ；新疆 的石 门子 ( R c c ) 拱坝 ；广西的那恩 ( R c c ) 拱坝等 1 4座砼拱坝工 程。上述 1 4个 拱 坝工 程 的基 本 情况 可 见参 考 文 献 [ 1 4 ] 。 3国 内外研 究动 态及现 状 1 )对 Mg O膨胀材料 的研究 ，在 国外 目前 只有些 室内试验研究成果 ，经查新检索证 明，迄今还没有工 程应用的实例。如美 国加里福尼亚大学梅塔教授对将 煅烧 Mg O掺入水 泥中产生膨胀的研究 ，并 在 1 9 8 0年 提出用 M g O的膨 胀来补偿砼 的温度应 力 ，也 尚未实 现 ；日本学者井树力村对外掺膨胀剂 的研究 ；前苏联 学者对提高 Mg O含量生产高镁水泥的研究等室内试验 成果 ，均未见用于工程实践。我 国在部和总院的领导 下组织多学科共同攻关 ，在基础理论和工程应用研究 、 在研究深度和广度 上均超过 了国外 的已有成果 ，现 已 广泛用于工程实践取得 了较理想的效果 ，并 积累了丰 富的实践经验 ，所修建 的大坝安全运行服役状态 良好。 目前 已制定了 4个 ( 即部标 2个和地方标准 2个 ) 规范 性文件指导推广应用。 2 )广东省 水利 厅组织 开 展 的科研 项 目( 2 0 0 0— 2 1 ) ：“ 外掺 Mg O砼不分横缝快速筑拱坝新技术应用研 究 ” ，在认真总结长沙坝 的基 础上 ，结合 工程实 际需 要 ，从设计 方法 、材料 试验 、施 工技术 、原体 监测 、 应用条件与适用范围、工程效益分析等 6个方面进行 全面系统的试验研究_ J 。该 科研成果 于 2 0 0 5年 2月 在广州通过了省部级技术鉴定 ，总体评价居 国际领先 水平 。并 已获得广东省 2 0 0 5年度科技进步一等奖。在 此基础上 ，又制定了一个地方标准 ：《 外掺 Mg O砼不 分横缝拱坝技术导则》( D B 4 4 ／T 7 0 3—2 0 1 0 ) 1 6 j ，另 外 ，广东省水利厅正在积极整编全部科研成果并准备 出书，以飧读者。 在刘振威副总工程师亲 自主持下的科研课题组经 过 4年多的不懈努力 和全面系统的研究 ，在 拱坝设计 技术方面 ，首次提出考虑动态 因素 的仿真分 析设计原 则和方法 ；开发了可用于进行仿真计算的拱梁法和三 维有限元仿真程序 ，是具有首创性的先进的计算工具 。 在快速施工浇筑方案 、均匀性控制与检测 、保温措施 等方面总结 出一套完整的施工工艺及方法 。通过大量 试验研究 ，更系统的掌握了 Mg O砼的力学性能与变形 特性和规律；首次开展了在不同变温场条件下 的 Mg O 砼的 白生体积变形试验 ，并分析 比较了恒变温度场下 的试验结果 ，提 出了试验方法 和计算模 型 ( 采用 当量 龄期增量法的计算结果符合 客观规律 的实际 ，解决 了 过去与实际相矛盾的计算结果 ) ，提出 了 Mg O砼 的基 本力学与变形性能在不同恒温和变温场条件下 的试验 2 0 1 2年 9月第 9期 广东水利水 电 结果 ，即为仿真分析提供了更符合工程实际的基本 资料 。首次提出采用实际工程材料和配 比，以一级配 砼试体( 干筛法 ) 进行压蒸试验来评价安定性 的方法 ， 以压蒸后试体强度不降低和 Mg O已基 本水化完为依 据 ，以压蒸膨胀率不超过 0 ． 5 ％为标准 ，该方法先进 合理 、更符合工程实际。首次开展 了以 1 、2 、3级配 粗级料制作 的 3种原级配砼试体 的压蒸 安定性试验 ， 提 出了研究成果 ，揭示了基本规律 ；并对有关砼配 比材料组成中的影响压蒸膨胀率的 1 8种因素进行了全 面系统的试验研究 ； 同时还研究了不 同压蒸制度对压 蒸膨胀率的影响结果及程度 。该科研成果从砼材料 试验方法、设计技术 、仿真计算编程到施工工艺控制 方法和原体观测 ，所提出的一整套完整 的技术实施方 案具有系统性 、可操作性强、技术先进 的特 点。这项 非常难得的科研成果 ，在科学实验和解决工程问题上 ， 有许多突出的创新点 ，并首创性的将 M g O砼技术用到 全拱坝上 ，它为广泛推广应用和发展 M g O砼 筑坝技术 作 出的贡献是很大的。该课题成果 ，为解决实际工程 问题 、为继续深入科学实验研究 ，具有极为重要的借 鉴和参考价值。 3 )关于高拱坝科研项 目：多年来 ，我 国在水利水 电领域应用 Mg O砼筑坝技术取得了一定的经验 ，在简 化温控措施 、加快施工进度方面取得了较好 的经济和 社会效益。为了更广泛 的全面推广应用 ，希望在推广 中得到上级的支持和帮助，所 以，笔者将多年来 推广 应用的情况和有关 问题反映到水规总院技术处 ，总院 又将其反映到国电公 司 ，公司领导很重视 ，立即决定 请公司顾问何瑕来抓此课题 ，在何琮亲 自去青溪 、水 口调察后 ，又到南化会见唐 明述院士时提出 ，将 M g O 用于高拱坝行 不行?唐 院士听后答 道 ：“ 理论上没 问 题 ，可行 ；主要是施工 技术 问题 ，做 好 了可行 ” 。在 通过调研后 ，何曝提出要在高拱坝上应用 M g O砼筑坝 技术 ，由水规总院牵头 ， 并针对高拱坝应用 Mg O技术 要求于 1 9 9 8年 1 0月提出了科研计划上报公 司。为 了 交流应用 Mg O砼筑坝技术 的情况和经验，探讨应用 中 存在的问题 ，汇集对今后科研工作 的意见 和建议。国 电公 司水规总院于 1 9 9 9年 9月 2 4～ 2 5日在北京 召开 了“ Mg O 砼 筑坝 技 术 咨询研 讨 会 议 ” ，所 写会 议 纪 要 叫指 出：为 了扩大 Mg O砼技术 的应用范 围，特别 是在高坝工程上的应用 ，以获得更大的效益 ，还需开 展更为深入的研究工作 ，解决其主要 的关键技术问题。 何璩到会并在讲话 中指 出 ：“ 为 了抓住机遇 ，加快水 利水 电工程建设速度 ，特别是从实现我 国水电装机规 模的宏伟 目标和提高水 电竞争力的长远 目标考虑 ，积 极开展具有我 国自主知识产权的 Mg O砼筑坝技术研究 是有特殊重要意义的；Mg O砼筑坝技术是大体积砼施 工的革命 ；要在确保质量 、确保安 全的前提下勇闯禁 区，争取有所突破” 。会议认 为，要充分利用 已有研 究成果 ，抓住重点，依 托小湾拱坝和龙滩碾压砼重力 坝( 分别列为 2个 专题 ) 开展 相应 的原材料 、结构设 计 、温控及施工组织设计的研究 ，并选择条件适宜的、 1 0 0 m左右高度 的工程进行工 业性试验。要 改进 Mg O 的生产工艺 ，确保 Mg O质量的稳定性 ，研制出适用于 不同类型砼及不同工程条件和环境 的 Mg O系列产 品； 使其膨胀量 、膨胀延迟特性 和膨胀过程能更有效地补 偿砼温度应力。必须研究适用于水工砼 ( 含碾压砼 ) 的 Mg O应用标准。支持南化为本科研课题生产工业化产 品 ，并与海城产 Mg O进行对 比试验。希望 2个专题承 担单位会后抓 紧专题合 同的拟订 和子题 的分解 工作 ， 争取早 日开始正式启动科研工作等。 在国家“ 十五 ” 期 间，正式启动高拱坝科研项 目， 国家电力公司顾 问何璨亲 自主持了对 “ 高拱坝 Mg O砼 筑坝的关键技术研究及推广应用” 课题 ( 科学技术项 目 合同编号 ：S P K J 0 0 6—1 3 ) 的研究工作 ，该课题依托小 湾高拱 坝 ( 坝 高 2 9 2 m) 和 龙滩 碾 压砼 重 力 坝 ( 坝 高 2 1 6 ． 5 m) 进行了全 面系统 的研究 ，在高坝设计 计算方 法 、应力应变补偿 、仿真程序研制 、施工组织设计及 编程 、温度对砼性能的影 响、Mg O材料的膨胀性能及 外掺工艺 自动化等方面 已形成 了一套完整 的用于高拱 坝的筑坝技术体系。该科研成果为推动这项筑坝新技 术的发展及将其推广应用于 2 0 0 m级以上高坝创造了 条件。并为这项新技术的全面推广应用以及用于超大 型水利水电工程建设提供 了可靠 的技术保障 ( 建议该 课题应出论文集 ) 。 4 )在 国家“ 十一 五” 期 间，三峡总公 司针 对溪洛 渡高拱坝 ( 坝 高 2 8 5 m) 的温控设计要求 ，对外掺 Mg O 砼 的性能也进行 了试验研究 ，并对广东和贵州 2省全 坝外掺 Mg O的大坝工程和海城 ( 均为立窑 ) 镁矿厂进行 了调研工作 ，在掌握大量室 内外 资料 信息的基础上 ， 并于 2 0 0 7年 1 2月 1 5～1 9日在北京召开了“ 金沙江溪 洛渡水 电站砼 温控 防裂及 配合 比成果 审查会 ” ，在设 计 、施工 、试验等单位汇报成果后 ，专家们进 行了讨 论 ，最后形成了会议纪要。潘家铮总工在最后总结讲 话 中要求 ：“ 掌握高坝经验 ，加 强管理，要求各方合 作 ，必须采取综合性措施 ，精密施 工和保护 ，孑 L 洞 防 裂用膨胀砼 ；有关指标应高标准要求 ，以法律形式执 行 ；温控措施要个性化 ，有针对性 的研究 ，采用高镁 水泥尽快落实厂家并研究 ；外掺 Mg O砼总公司花钱研 5 2 0 1 2年 9月 第9期 李承木：论我国Mg O混凝土筑坝技术的发展历史与现状 N o , 9 S 印 ．20 1 2 究 、在海城建 ( 旋转窑) 厂，待以后工程应用” 。 5 )贵州省水利水电勘测设计研究院等单位承担的 水利部“ 9 4 8 ” 科研基金资助项 目( C T 2 0 0 5 1 3 ) ，在取得 了丰硕研究成果的基础上 ，课题组于 2 0 0 6年 6月 8 1 0日在贵阳召开 了“ 贵州省全坝外掺 Mg O微膨胀砼快 速筑拱坝技术经验交流会” ，会后课题组于 2 0 0 6年 6 月编辑出版了《 贵州省全坝外掺 Mg O微膨胀砼快速筑 拱坝技术经验交流会资料汇编》 论文集_ 2 。该科研项 目于 2 0 0 5年 6月起动 以来 ，经课题组 3年多的努力 ， 完成 了科研任务 ，并 于 2 0 0 9年 4月 1 1～1 4日在贵阳 由部组织的科研成果验收评审会议 ，总体评价为优秀 ( A级) 。在此科 研成果 基 础上 ，根据 实际工程需 要 ，制定了一个地方标准 ：《 全坝外掺 Mg O砼拱坝技 术规范》 ( D B 5 2／T 7 2 0—2 0 1 0 ) 。在扬卫 中总工 主 持下 ，将全拱坝外掺 Mg O砼新技术引向西南推广 ，并 且在贵州省应用的拱坝工程是最多的，在全 国来说是 坚持应用得最好的省份 ；本课题在仿真计算方面是很 精确的，经过仿真计算后 ，当发现 M g O砼 的自生体积 膨胀不能完全补偿温降收缩时，首创性地提出有针对 性的设置诱导缝 ，以达到释放坝体 内过大 的超标拉应 力的目的。这是对外掺 M g O砼不分横缝快速筑拱坝技 术的创新 ，也是对设计理念的深化和完善；并为推广 应用和发展 Mg O砼筑坝新技术作出了贡献。 4应用前景展望 1 ) 我 国 有 丰 富 水 能 资 源 ，理 论 蕴 藏 量 为 6 ． 9 4亿 k W， 技术可开发量达 5 ． 4 2亿 k w，今后会有许 多特大型水电站大坝的工程建设 。M g O砼 筑坝技术在 我国具有广泛应用前景 ，在大中型水 利水 电工程 中、 在工业与民用建筑工程中、在有抗裂和防渗要求的工 程中、凡是有约束环境条件的工程 ( 钢筋砼 中的钢筋 就是很好的约束) 等均可采用 Mg O砼施工。 2 )从满足补偿温度 应变要求条 件看 ，根据朱伯 芳 院士 的计算 ，只要常态砼有 1 0 01 0 的 自生体 积膨胀变形 ，在华南地区可省去预冷骨科和冷却水管 ， 进行通仓浇筑 ；在全 国其他地区 ，只有当砼 的 自生体 积膨胀变形量达到 1 5 01 0 ～ ～ 2 0 0 X 1 0 时 ，方可省 去预冷骨科和冷却水管 ，即可采用 M g O微膨胀砼筑坝 技术，实行通仓快速施 工。实践表 明，施工是关键 ， 所以要认真做好各项施工技术措施 ，要高度重视施工 过程的实时监控与管理 ，严格控制原材料和砼拌和物 的质量 ，准确控制拌 和时间、坍落度 、外掺均匀性 ， 及时做好平仓振捣和保温工作 ，这些都是确保大坝工 程质量的关键所在 ，必须要求做到精心组织精密施工 。 3 )从总结工程 ( 中小型工 程较多 ) 应 用效果看 ， 6 当前的 M g O材料的膨胀特性很难完全满足高坝建设以 及对膨胀量的要求。所 以还要狠抓对 M g O膨胀材料的 深入研究工作 ，尤其要重视对其膨胀量 、膨胀延迟特 性 、膨胀过程的研究 ；还要研究窑型 、原材料和煅烧 工艺制度与膨胀量的关系 ( 提 出煅烧温度 、保 温时间、 活性 指标 三者 与膨胀 量 的准确 关 系 ) ；要 突 出研 究 Mg O颗粒粒度和晶体尺寸的级配组成与膨胀量大小的 关系 ；从经验看 ，拓展矿源和复合型膨胀材料也值得 研究。上述综合性研究有可能生产出质量稳定而又理 想的系列产品，从而提高 M g O砼的 自生体积变形 ，以 达到温控设计要求的膨胀量。另外 ，要重视研究恒变 温度场对 自生体积变形的影 响，从而达到提高仿真分 析结果精准程度的目的。 目前 ，M g O材料的质量有可能成为制约全面推广 应用的关键 ，虽然立窑产品 目前是可以用 的，但从长 远发展和稳妥可靠性看 ，大量试验研究结果表 明，还 是回转窑产品优于立窑产 品。溪洛渡未采用外掺 Mg O 方案 ，就是担心立窑产品质量 的稳定性 ，所 以业 主不 敢使用。 4 )外掺 Mg O砼筑坝技术，已制定 了 2个部颁规 范性文件( WJ MO 0 3 5—1 9 9 4和 WJ M O 0 2 3—1 9 9 5 ) 和 2个 地方标准 ( D B 4 4 ／ T 7 0 3—2 0 1 0和 D B 5 2 ／ T 7 2 0—2 0 1 0) ， 这 4个行业标准提供 了可靠 的技术保障。再加上高拱 坝 2个专题的科研成果 ，还有在 2 O多年的推广应用中 积累的丰富的实践经验 ，这些技术成果和经验 为在我 国全面推广应用 Mg O砼筑坝新技术创造了条件 。