外掺氧化镁混凝土快速筑坝技术综述.pdf

第 3 3卷第 5期 Vo 1 3 3 No 5 水 利 水 电 科 技 进 展 Ad v a n c e s i n S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r Re s o u r c e s 2 0 1 3年 9月 Se p2 01 3 D O I ： 1 0 3 8 8 0 j i s s n 1 0 0 6 7 6 4 7 2 0 1 3 0 5 0 1 9 外掺氧化镁混凝土快速筑坝技术综述 李承木 ( 中国水电顾问集团成都勘测设计研究院科学研究所， 四川 成都6 1 0 0 7 2 ) 摘要： 全面总结 了外掺氧化镁 ( Mg O) 混凝土快速筑坝技 术的研 究成果和 工程经验 ， 从基本理论 、 补 偿原理、 实现方法和施工技术等方面系统论述 了外掺 Mg O混凝土快速筑坝技术的特 点以及 与传统 柱状浇筑法的主要差异 ； 阐明 了Mg O膨胀剂的特性及膨胀机理 ； 介绍 了外掺 Mg O混凝 土的基本物 理力学与变形性能， 自生体积变形的特点和规律 以及对仿真计算的影响， 工程应用情况、 应 用条件 与经济效益等， 指 出了设计、 施工、 试验和均匀性快速检测等工作 中应当重视的问题 。 关键词 ： 外掺 Mg O混凝土； 快速筑坝技术 ； 通仓快速浇筑 ； Mg O膨胀剂； 自生体积变形 中图分类号 ： T V 4 2 4 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 6 7 6 4 7 ( 2 0 1 3 ) 0 5 0 0 8 2 0 7 R e v i e w o f q u i c k d a mmi n g t e c h n o l o g y o f Mg O c o n c r e t e L I C h e n g m u( S c i e n c e R e s e a r c h I n s t i t u t e ， C H I D I ， C H E C C， C h e n g d u 6 1 0 0 7 2， C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h i s p a p e r s u mma r i z e d t h e r e s e a r c h a c h i e v e me n t s a n d e n g i n e e ri n g e x p e ri e n c e f o r t h e q u i c k d a mmi n g t e c h n o l o gy o f t h e Mg O c o n c r e t e T h e c h a r a c t e ri s t i c s o f q u i c k d a mmi n g t e c h n i q u e o f t h e Mg O c o n c r e t e a n d i t s d i f f e r e n c e f r o m t r a d i t i o n a l c y l i n d ri c a l p o u ri n g me t h o d s we r e s y s t e ma t i c a l l y r e v i e w e d b a s e d o n t h e f u n d a me n t a l t h e o ri e s ，c o mp e n s a t i o n p ri n c i p l e s ， r e a l i z a t i o n me a s u r e s ，a n d c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g i e s C h a r a c t e ri s t i c s a n d e x p an s i o n me c h a n i s m o f t h e Mg O t y p e e x p a n s i v e a g e n t we r e i l l u s t r a t e d T h e b a s i c p h y s i c a l a n d me c h a n i c a l d e f o r ma t i o n p r o p e r t i e s ，c h a r a c t e ri s t i c s a n d p a t t e r n s o f a u t o g e n o u s v o l u m e d e f o rma t i o n ， a n d i t s i n f l u e n c e o n n u m e ri c a l s i m u l a t i o n s ， e n gi n e e r i n g a p p l i c a t i o n s ， a n d e c o n o mi c b e n e fi t s a s w e l l a S i t s a p p l i c a t i o n c o n d i t i o n s we r e i n t r o d u c e d r e s p e c t i v e l y F i n a l l y ， t h e p a p e r p r e s e n t s t h e p r o b l e ms c o n c e rni n g wi t h t h e d e s i g n s ，c o n s t r u c t i o n s ，e x p e ri me n t s ，a n d r a p i d d e t e c t i o n o f u n i f o rm i t y Ke y wo r d s ：Mg O c o n c r e t e；q u i c k d a mmi n g t e c h n i q u e ；l o n g i t u d i n a l f a s t p o u rin g ；Mg O- t y p e e x p a n s i v e a g e n t ；a u t o g e n o u s v o l u me d e f o rm a t i o n 混凝土坝的裂缝及其防治是工程界高度关注的 课题。混凝土坝建设周期长、 投资大、 温控复杂， 传 统柱状浇筑法各工种之间干扰大 ， 很难做到快速施 工。采用外掺氧化镁 ( Mg O) 混凝 土快速筑坝技术 ， 辅以其他适当的综合性措施， 可解决上述问题， 真正 实现快速施工。外掺 Mg O混凝土筑坝技术来源于 生产工程实践 ， 经过了长期试验研究后 提 出， 利用 Mg O材料水化所 释放 的化学能来解决大坝温控 问 题 ， 突破了人们 的传统认识。我 国组织多学科共 同 攻关 ， 经过 3 0多年的基础理论和工程应用研究 ， 全面 掌握 了外掺 M g O混凝土的物理力学性能及长期膨胀 变形规律 ， 在膨胀机理 、 变形性能 、 应力补偿理论 、 施工措施、 均匀性控制及安定性试验方法等方面已形 成了一套完整的筑坝理论体系 ， 并在我国至少 1 7 个省 5 0余个工程 的不同部位得到应用 ( 其 中全坝外 掺 Mg O混凝土拱坝有 1 4座) 剖且 均获得 了成 功。 这是我国工程技术人员独创的筑坝技术 ， 具有 自主知 识产权 ， 它是大体积混凝土施工的革命 ， 在我 国具有 广泛的推广应用前景。本文主要论述外掺 Mg O混凝 土筑坝技术与传统柱状浇筑法之间的基本差异， 着重 从补偿原理、 基本方法 、 M g O材料特 生 及膨胀机理 、 外 掺 Mg O混凝土 的力学性能及膨胀变形规律 、 工程应 用情况 、 设计技术 、 施工方法 、 材料试验、 坝体保温 、 均 匀性检测等方面进行 系统 的综述 ， 供工程界 同行参 考 ， 以期共同推动这项技术不断向前发展。 1 外掺 Mg O混凝土快速筑坝技术的特点 a 基本理论。利用 Mg O独特 的具有延迟性 的 微膨胀变形来补偿混凝土坝的收缩和温度变形 ， 以 防止产生裂缝 。也就 是利用 Mg O水化所释放 的化 学能转变为机械能， 使混凝土产生自生体积膨胀， 抵 消其温降过程的体积收缩， 即利用外掺 M g O混凝土 作者简介： 李承木( 1 9 3 9 一) ， 男， 四川内江人， 教授级高级工程师， 主要从事水工建筑材料科学及外掺 M g O混凝土筑坝技术研究。E - m a i l s h b y 9 9 1 6 3 c o m 8 2 水利水电科技进展 ， 2 0 1 3， 3 3 ( 5 ) T e l ： 0 2 5 8 3 7 8 6 3 3 5 E m a i l ：j z h h u e d u c n h t t p ： k k b h h u e d u C l Z 的限制膨胀来补偿混凝土 的限制收缩 ， 以达到大坝 防裂 的 目的。最理想的膨胀发生时间应在水化热 的 最高温升之后， 在混凝土有显著降温之前产生( 延 迟性 ) 膨胀。换句话 说 ， 就是造 成一种 预压应 力抵 消混凝土冷却时产生的拉应力。 b 防裂原理。传统 混凝土筑 坝方法采取多种 温控措施来控制筑坝过程的温差 ， 尽可能降低人仓 浇筑温度， 使温度产生的拉应力控制在混凝土允许 的范围内； 而外掺 Mg O混凝土筑坝技术则是把过去 传统 的预冷措施改为调节控制大坝混凝土的体积变 形 ， 以达到大坝防裂 的目的。 c 实现方法。外掺 Mg O混凝 土筑坝技术是通 过在生产 大坝 混凝 土时加 入 适量 的 、 特制 的轻 烧 Mg O来实现 的。这 个掺量必须满 足压蒸安定性 合 格标准 ， 尽可能达到温控设 计的膨胀量 。通过外掺 Mg O和优选水 泥品种 ， 并 加强大坝表 面保 温 ， 可 以 得到比较理想的自 生体积膨胀变形过程线。 d 施工技术。传统 的筑拱坝施工方法需分缝 分块 、 柱状薄层浇筑 ， 需采取封拱灌浆等既不经济又 十分复杂的施工工艺 ， 各种工序之 间互相干扰大 ， 温 控费用昂贵( 通常为工程总投资的 4 一6 ) ， 很难 做到快速施工。外掺 Mg O混凝土筑拱坝施工 方法 不分横缝 ( 或设少量诱 导缝 ， 以释放 过大超标拉应 力 ) ， 分层通仓浇筑 ， 以台阶法连续滚动推进 ， 不埋 冷却水管 ， 不需封拱灌浆 ， 可全天候施工 ( 夏季也是 很好 的施工季节 ) ， 这就极大地加快了施工速度 ， 可 实现快速施工 。外掺 Mg O混凝土筑坝方法 与常规 方法大体相同， 主要施工设备基本一致， 无需增加专 用施工机械设备 ， 一般多采用垂直与水平运输合二 为一的施工方案 ， 二者 的主要 区别 在于 ： 为 了 确保均匀 ， 拌和时间需延长 1 2 rai n ； 通仓连续快 速浇筑的强度稍大 ， 需要适 当增 大拌和能力 ( 即为 常规的 1 5倍 ) ； 要求 有一 个称 量 准确 、 快 速投 料、 拌和均匀、 卸 昆 凝土拌和物灵活迅速的混凝土拌 和系统； 要有足够的拌和能力、 运输能力、 吊运能 力、 浇捣能力和完善及时的材料供应保证体系； 进 行混凝土施工配合比试验时， 应做 Mg O水泥的压蒸 安定性试验 ， 通过压蒸试 验来设计 M g O掺量 ， 增加 自生体积变形试验并考虑温度的影响。 e 使用条件。基本要求是外掺 M g O后水泥的 标号不降低 ， 压蒸安定性合格。有约束条件 的工程 部位均可使用该技术。在全国各地全面推广使用还 应满足温度应力应变补偿条件 7 1 ， 当混凝土自生体 积膨胀变形量达到 1 5 0 x 1 0 一 2 0 0 1 0 ( 华南地区达 1 0 0 x l 0 ) 时， 方可省去预冷骨料和冷却水管， 即可采 用外掺 Mg O混凝土筑坝技术实行通仓快速浇筑。 2 M g O膨胀剂的基本性能及膨胀机理 a 南京化工学 院唐明述等的长期研究结果表 明， 外掺轻烧 M g O的掺量、 膨胀量、 膨胀 速率 、 膨胀 过程 、 膨胀终止时间都是可调控的 J 。通过调控煅 烧温度 、 保温时间、 晶体尺寸 、 颗粒粒度来控制其水 化速率和膨胀量 ， 用活性指标 、 C a O含量 、 烧失量来 评定 Mg O的质量。Mg O膨胀剂 的膨胀能力 与 Mg O 的存在形态有关 ( 即固溶体与玻璃体不膨胀， 方镁 石 晶体才产生膨胀 ) ， 而晶体形态又与煅烧工艺有 着极密切的关系。大量试验研究表明 ： 烧成温度越 高， 方镁石水化速率越慢， 但 M g O含量会提高。仔 细调温可控制晶体尺寸 ， 高温下保温时间长， 晶体尺 寸大 ， 高温水化速率快 ， 膨胀量大 ， 常温水化速率慢 则膨胀量小； 反之保温时间短， 晶体尺寸小， 其活性 大 ， 水化 速率快 ， 膨胀量 大。冷却速率影响结 晶形 态 ， 急冷形成的方镁石结晶体 多， 水化膨胀量大 ； 慢 冷则形 成的结 晶体少 ， 对 膨胀 不利 。Mg O颗粒 越 粗 ， 常温水化速率越慢 ， 高温水化速率越快 ， 膨胀量 越大 ； M g O颗粒越细 ， 分布越均匀 ， 其膨胀量就越小 且较早趋于稳定。通常 M g O掺量高， 膨胀量大； 环 境养护温度高、 水化速率快， 膨胀量大。C a O含量会 影响早期膨胀速率 ， 对压蒸膨胀 率也有影响 ( 使 其 压蒸率偏大 ) 。煅烧温度低于 9 0 0 C 烧成的 Mg O材 料 的 活 性 太 高， 水 化 膨 胀 反 应 速 率 过 快 ； 高 于 1 2 0 0 烧成 的 Mg O材料 的水化膨胀 反应速率就非 常慢； 超过 1 6 0 0 烧成的 Mg O材料在常温下就几乎 没有水化反应 。 b 影响膨胀性 能的因素较多 ， 除 Mg O材料的 膨胀特性外 引， 水泥品种质量与储存时间、 昆 合材 料种类与掺量 、 Mg O掺人方式 与掺 量、 骨料级配 与 胶材用量 、 外加剂 品种及掺量 、 水 泥 中游离氧化钙 ( f C a O ) 含量等因素对膨胀性能均有影响 ， 水泥 中游 离氧化钙含量对压蒸膨胀率的影响也较大。研究表 明， 回转窑产品的性能质量、 膨胀量及稳定性均优于 反射窑产品。使用时要求外掺 M g O水泥的标号不 降低， M g O分布要均匀， 压蒸安定性必须合格， 有 良 好 限制条件 的工程均可应用 。Mg O膨胀材料很容 易受潮 ， 一定要采取防潮措施 ， 必须做好储存期间的 防潮工作。 c 大量试验研究结果 “ 表 明， M g O材料完全 水化膨 胀必须有 足够高 的温度 ( 2 0 0 ) 和压力 ( 1 5 M P a ) 条件， 否则在短时间内不可能使其完 全水化膨胀， 更无法确定 M g O的极限安全掺量。压 蒸膨胀率通常用来评估 M g O的极限膨胀能力， 压蒸 试验是检验外掺 M g O混凝土体积安定性的唯一方 水利水 电科技进展 ， 2 0 1 3 ， 3 3 ( 5 ) T e l ： 0 2 5 8 3 7 8 6 3 3 5 E- m a i l h h u e d u C A h t tp： k k b h h u e d u m 8 3 法 H ， 其他试验方法 ( 包括沸煮法 、 长度法 等) 均 不适用于 Mg O膨胀材料的固有特性。 d 大量试验 研究和原体观测结果表 明，Mg O 膨胀剂 的膨胀速率在水 化 33 0 d期 间最大 ， 其膨 胀量的 7 0 发生在 7 d龄期之后 ， 一般在 1 a之后基 本趋于稳定状态 。当环境温度突变时其膨胀量不会 降低 ， Mg O混凝 土抵御寒 潮 的能力强 于普通 混凝 土 。Mg O的水化产物稳定性强 ， 它的溶解度极小 ( 氢氧化钙的溶解度要 比氢氧化镁 的溶解度大 2 0 5 倍) 。试验表明， Mg O膨胀剂不溶于水 ， 在水中呈 悬浮状态。以纯 Mg O作胶凝材料所做 的胶砂强度 试验结果可达 9 0 MP a ， 相 当于 5 2 5号水 泥胶砂强 度的 1 6 ， 在使用时应注意这种影响。M g O在低温 7 时也能够产生膨胀， 但水化速率极慢， 其膨胀过 程线 3周之后才 出现正的膨胀值 ， 该结果消除了 人们对 Mg O在低温条件下能否膨胀的疑虑。 e Mg O的膨胀机理在于 Mg O水化 时水镁石 晶 体的生成和生长发育 。膨胀量主要取决 于生成 的水镁石 晶体的尺寸 、 形貌和存在 的位置 ， 即细小 ( 块状和短柱状 ) 的聚集在 Mg O颗粒表面附近的水 镁石晶体能产生较大的膨胀 ； 粗大 ( 针状或长柱状 ) 的分散在 Mg O颗粒周 围较大 区域 内的水镁石 晶体 引起的膨胀较小 ； 碱能促进膨胀 ， 对膨胀量有影 响。 膨胀能来 自于水镁石 晶体 的肿胀 力和结 晶生 长压 力 ， 即在水化早期 ， 浆体的膨胀主要起因于极细小的 水镁石晶体的吸水肿胀力 ； 随着晶体的长大 ， 晶体的 结晶生长压力对浆体的膨胀起主导作用 。掺混合材 料对 M g O的水化膨胀具有抑制作用 ， 即浆体孔隙液 碱度降低和结构多孔 的共同作 用使得 Mg O水化产 生的膨胀较小。 3 外掺 Mg O混凝土的物理力学及变形性能 3 1 基本物理力学性能 经过 3 0多年的全面系统试验研究 ， 结果表明 外掺 Mg O混凝土的力学 、 热学、 变形 、 耐久性等性能 都优于普通混凝土。相 比普通混凝土 ， 外掺 Mg O混 凝土的徐变和极限拉伸值增大 ， 一般可增大 2 0 以 上， 干缩率可减小 2 0 左右 ， 其力学强度可提高 1 0 1 5 。长期耐久性能也优于普通混凝土， 抗冻、 抗 渗、 抗冲磨 、 抗侵蚀 、 抗碳化等能力都比普通混凝土有 较大提高。实践证明， 外掺 M g O膨胀剂是提高大坝 混凝土的抗裂防渗能力、 提高密实度、 增强耐久性能 的最理想的膨胀材料。外掺 M g O膨胀剂对混凝土的 各项热学性能的影响不大， 不同试验养护温度对外掺 M g O混凝土的基本力学性能有一定的影响 。 3 2长龄期的力学性能 a 笔者用 1 2 a龄期 的内含 Mg O混凝土徐变试 验 的对比试件 ， 加工制作成标准试件后 ， 测得 的( 不 同龄期的 ) 抗压强度 和弹性 模量 均无 明显 降低 现 象 ； 白山大坝安检 时， 钻孔取芯样后所测 2 0 a龄 期 的 Mg O混凝土抗压强度 比施工时期的强度提高 了 1 6 7 ， 其芯样动弹性模量 的均值 为 3 9 1 G P a ， 而抗压弹性模量 的均值为 3 7 0 G P a ， 两者相近 ， 说 明 试验结果可信 ； 广东长沙拱坝安检时钻孔取芯样 的试验结果 ， 5 6 a龄期的抗压强度在 4 04 5 MP a 之间 ， 比施工时期的强度 提高 1 8 0 以上。上述试 验结果表 明， Mg O混凝 土 的长期力 学性 能是安 定 的 ， 微膨胀对混凝土力学性能的影响不大。 b 有关研究 表 明， 当 自生体积变形在 1 5 0 l 0 2 5 0 1 0 时外掺 M g O混凝土的强度最高； 当 自生体积变形在 2 5 0 x 1 0 3 0 0 x 1 0 时强度开始下 降 ； 达到 5 0 0 x 1 0 时强度才开始急剧下降。由于水 工混凝土要求补偿 的微应变量一般较小 ( 1 5 0 1 0 一 2 0 0 x 1 0 ) ， 所以不会有强度降低现象产生。 3 3 自生体积变形的基本特性 a 外掺 Mg O混凝土 自生体积膨胀变形具有延 迟性和长期稳定性 ， 即主要膨胀量均发生在水化热最 高温升之后混凝土显著的降温收缩期间， 其后期的膨 胀变形逐渐趋于长期稳定状态， 不会发生无限膨胀 。 b 外掺 Mg O混凝土的自生体积膨胀是一种不 可逆的变形 ， 因为是 Mg O水化所 释放 的化学能所 致 ， 所以这种随着龄期和温度增加而增大 的膨胀 变 形是永久性的。 c 外掺 Mg O混凝土的 自生体积变形与环境湿 度基本无关 ， 即只要 Mg O水化膨胀完成就不再受外 界环境湿度变化 的影响 ； 但它受温度影响较大 ， 即温 度越高膨胀量越大 ， 不 同温度下的 自生体积变形的 最终稳定值各异 _ 2 。M g O在低温下也能产生膨胀 ， 但在低温时的水化膨胀反应速率要迟缓得多 。 d 外掺 Mg O混凝土 自生体积的长期膨胀变形 是很稳定的， 因为外掺的是特制 的轻烧 M g O， 所以不 会产生二次膨胀， 其长期力学及变形性能既是安定的 又是稳定的。 e 补偿应力长期稳定 ， 它是利用外掺 M g O混凝土 的限制膨胀来补偿混凝土的限制收缩， 由化学能转变 为机械能， 所以这种自应力补偿是极为稳定的。 f 外掺 Mg O 昆 凝 土 自生体积变形是仿真分析 计算中不可缺少的重要资料， 它对温度徐变应力的 影响较大， 如不考虑自生体积变形计算得到的应力 最大 ； 考虑 自生体积变形但不考虑温度对 自生体积 变形影响计算得到的应力居中； 既考虑自生体积变 8 4 水利水电科技进展 ， 2 0 1 3， 3 3 ( 5 ) T e l ： 0 2 5 8 3 7 8 6 3 3 5 E m a i l ：j z h h u e d u c n h t t p ： k k b h h u e d u c n 形又考虑温度的影响计算得到的应力 最小， 而且 真 实； 所以在仿真分析时， 必须考虑自生体积变形与温 度变化 的影响， 否则计算结果会失真。通常外掺 Mg O混凝土的 自生体 积变形量 1 l 1 0 1 2 1 0 即可以得到 0 1 MP a的压应力 。 g 外掺 Mg O混凝土 自生体积变形 的膨胀量还 与 Mg O掺量 、 环境温 度、 混合材料种类与掺量等诸 多因素有关。研究 表明 ， M g O掺量每增减 1 ， 自生体积变形大致增减 2 0 x 1 0 一 2 5 1 0 ； 自生体 积变形的温度效应 明显 ， 温度每增减 1 0 时 ， 自生 体积变形可增减 3 0 x l O 3 5 x l O 。 。 。当粉煤灰掺量 在 3 0 ( 或 3 5 )以 内时对 自生体 积变形影 响不 大 ， 随其掺量增加 自生体积变形还稍有增大 ； 当掺量 超过 4 0 时， 自生体积变形才 明显减小 。从粉煤灰 抑制水泥砂浆变形的规律看， 在相同试验条件下， 当 粉煤灰掺量 在 4 0 以 内变 化 ， Mg O掺量 为 4 和 6 时， 砂浆试件的膨胀变形量却非常接近 ， 变形 曲 线 的斜率一致 ， 过程线几乎重合 ， 不 同 Mg O掺量 的 膨胀变形规 律完全相同 ； 与不掺 粉煤灰相 比， 各 组试件 的膨胀变形 降低率都 在 3 6 8 4 4 7 之 间， 总平均降低率为 4 0 2 ， 这表明掺粉煤灰对 Mg O膨胀确实有抑制作用 ， 同时还 说明 ， 粉煤 灰掺 量的变化对水泥砂浆试件膨胀变形的影响不明显 ， 其 敏感度减弱， 掺量越大敏感度越低， 所以变形降低率 均在 4 0 左 右。从 压 蒸 试 验 结 果 看 规 律性 更 明 显 J ， 当粉煤灰掺量在 1 0 一 3 5 时， 砂浆试件压蒸 膨胀率在 0 5 2 0 4 8 之间 ； 当掺量在4 0 6 5 时 ， 压蒸膨胀率则在 0 2 2 一 0 2 1 之 间， 可见粉煤 灰掺量影响变形显著的界限是 3 5 。掺矿渣比掺粉 煤灰对外掺 Mg O混凝土 自生体积变形的影响要小。 4 外掺 Mg O混凝土工程应用情况 外掺 Mg O混凝土筑坝技术 已在我 国广泛应用 于填塘堵洞 、 导流洞封堵 、 大坝基 础处理、 重力坝体 底部强约束区、 高压管道外围回填 、 碾压混凝土坝的 垫层垫座及上游 防渗体 、 防渗 面板 、 拱 坝全坝外 掺 Mg O等 5 O余 个大 中型水利水 电工程 的不 同部位 ， 并且均获得 了成 功 。从 地域 看 ， 已在 我 国广 东 、 四川 、 贵州等 1 7个省 的不同气候条件下成功使 用 ； 有在冬季 、 夏季施工的， 也有跨季节施工的； 工程 量从不足 1 万 m 到近 3 0万 i n ； 施工工艺有常态混 凝土台阶法和碾压混 凝土通仓浇筑法两种 ； 坝型有 重力坝、 拱坝、 面板堆石坝等； M g O掺量从 3 5 一 6 5 ， 其膨胀量多在 1 2 0 x1 0 一一 2 4 0 x 1 0 之间 ( 目 前使用 内含 Mg O水泥 的碾压混凝土在 5 0 1 0 以 上) ， 均取得 了显著 的技术经济效益和社会效益。 5 外掺 Mg O混凝土筑坝技术的经济效 益 采用外掺 Mg O混凝土筑坝技术 能真正做到快 速施工 ， 可实现长块 、 厚层、 通仓连续 ( 或短间歇 ) 浇 筑， 不分横缝， 不埋冷却水管， 不需封拱灌浆， 可全天 候施工 ， 极大地提高 了施工速度 ， 从而可缩短工期 ， 降低造价 ， 加快我国水力资源开发和水利水电工程 建设步伐 ， 能获得 巨大 的技术 经济效 益和社 会效 益 J 。实践证 明， 发 电站装机容量 越大 ， 工程经 济 效益就越显著 ， 如某高拱坝 ， 电站装机为4 2 0万 k W， 若在坝基 3 6 I I l 强 约束 区采用 Mg O混凝 土快速施 工 ， 至少可提前 1 a发电， 预计 可获得综合经济效益 近百亿元 。 6 设计 、 试验和施工 中应重视的 问题 通过不断总结工程实践经验 ， 在设计 、 施工和试 验中除应遵循 已有规程规范 ( 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 、 WJ M： 0 0 2 3 -1 9 9 5 ( 氧化镁微膨胀混凝土筑坝技术暂行规 定 、 D B 4 4 T 7 0 3 -2 0 1 0 ( 1, 掺氧化镁混凝土不分横 缝拱坝技术导则 、 D B 5 2 T7 2 0 -2 0 1 0 ( 全坝外掺 氧 化镁混凝土拱坝技术规范 ) 相关规定和要求外 ， 还 要特别重视 以下问题 ： 6 1 设计方面 常规柱状浇筑法与整体通仓浇筑法在设计上的 最大差别是对施工期的混凝土水化热温度荷载的处 理： 设计计算方法上， 常规柱状浇筑法在封拱前的 温度荷载 ， 仅对各 自坝块产生变形与应力 ， 不参加拱 梁分载法的变位调整 ； 而整体通仓浇筑法的温度荷 载要参加拱梁分载法的变位调整； 温度应力控制 指标的含义不同， 常规柱状浇筑法温度应力 的控制 按 o r E 。 k 确定 ( 占 。为 混凝 土 的极 限拉 伸 值 ； E 。 为混凝土的弹性模量 ； k 为安全系数) ， 整体通仓 浇筑法的温度应力控制指标应包括施工期的温度影 响。除对温度荷载的处理不 同外， 两种方法 的不 同 点还体现在外掺 Mg O混凝 土 自生体积膨胀变形 的 影响上 ， 它贯穿施工期 、 运行期整个 过程 ， 设计时必 须考虑这种影响。此外 ， 在设计理念上也有创新 ： 从 传统的控制设计工况、 参数的设计方法， 发展到考虑 动态因素的仿真分析设计来确定拱坝布置、 体形方 案和施工 浇筑方 案等 。设计 实 例可参 考 D B 4 4 T 7 0 3 -2 0 1 0 ( P 掺氧化镁混凝土不分横缝拱坝技术导 则 中的计算方法部分。 6 2 试验方面 外掺 Mg O混凝土材料试验是实施外掺 Mg O混 凝土快速筑坝技术的基础， 必须提前进行。应高度 水利水 电科技进展 ， 2 0 1 3 ， 3 3 ( 5 ) T e l ： 0 2 5 8 3 7 8 6 3 3 5 E m a i l ： h h u e d u c n h t t p ： k k b h h u e d u c n 8 5 重视以下问题： 优选水泥品种及各种原材料； 优 选设计混凝土的施工配合 比， 目的是要配制出抗 拉 强度高 、 变形能力较强 、 绝热温升较低的低弹高强混 凝土； 必须进 行压蒸 试验 ， 可 参照规 范 D B 4 4 T 7 0 3 2 0 l O或 D B 5 2 T 7 2 0 2 0 1 O进行试验 ； 必须 进行混凝土 自生体积变形试验 ( 应考虑不 同温度的 影响) ； 提出满足温控设计要求的自生体积变形 膨胀量和相应 的 Mg O膨胀剂的安全掺量。 6 3 施工方面 外掺 Mg O混凝 土快速筑坝技 术实行通仓连 续快速浇筑混凝土， 因此必须选择高质量 的机械设 备 ， 要能够承受高强度运行工艺要求 ； 必须保证外 掺 Mg O的均匀性 ， 以确保混凝土体积安定性和长期 运行安全性 ， 实现设 计要求 的膨 胀补偿 效应 ， 外掺 Mg O混凝土均匀性质量标 准以机 口指标为准 ； 除 满足补偿膨胀量外 ， 在抗裂能力上要 求优 于常规混 凝土 ， 应采 取综合措 施 ， 优化施 工混凝 土配合 比； 坝体温度场影响膨胀量 ， 所 以要强调保温 、 保湿和 养护工作 的重要性 ， 以减小内外温差 ， 防止表面裂缝 或贯穿性裂缝 ， 预防寒潮袭击时产生过大的温度梯 度而导致混凝土降温速度减慢 ， 从而有利于充分发 挥膨胀补偿作用 ； 必须严格控制原材料质量 和准 确的拌和时问( 不少于4mi n ) 及稳定 的坍落度 ( 3 5 e l n ) ， 必须先平仓后振捣。施工中必须建立质量保 证体系， 尤其要特别重视加强适时监控管理 ， 对混凝 土拌制 、 运输、 浇捣等全过程进行严格的质量控制管 理。要充分认识到施工是关键 ， 这都是确保工程质 量的关键所在 ， 要做到精心组织 、 精密施工。 6 4 M g O的外掺方式及均匀性 膨胀水泥的制备 目前主要是通过内含和外掺两 种方法来实现的。 6 4 1 内含高镁 水泥 在有 高镁石灰石或 白云石矿源的水泥厂 ， 有条 件采用矿渣或钢渣配料并掺扩化剂后 ， 适 当调整煅 烧温度和配方时 ， 可提高生料 中的 Mg O含量， 直接 烧制成高含氧化镁的水泥 ， Mg O掺量可在 5 以内 ， 经过压蒸试验合格可放宽到 6 。采用这种方法可 改变水泥的性质 ， 有一定 的膨胀量但较小 ， 它解决不 了温控问题。由于原材料 的均匀性难控制 ， 水泥产 品的稳定性可能较差。 6 4 2 外掺 Mg O水泥 可在工地拌和楼机 口外掺 M g O， 也可在水泥厂 外掺 Mg O 。 a 工地拌和楼机 口外掺 Mg O可分为干掺与水 掺、 内掺与外掺。为了确保均匀性及准确可靠， 最好 配备配制机具和 自动化控制 系统 ， 必须加强适 时监 控管 理 。 b 在水泥厂外掺 Mg O可分为共磨法和共混法 两种 。共磨法按设计掺量将 Mg O半成 品和水泥 熟料一起人磨共 同粉磨成 高含 Mg O的水泥。大 型 工程采用水泥厂外掺优于在工地外掺 ， 优点是掺量 准确、 可靠 、 均匀性好 ， 是确保产品质量的有效方法 ， 又可大大减轻施工现场的工作量。共混法采用粉 状合格的 Mg O产品与水 泥产 品一起投入混和机共 同混合成高镁水泥 ， 可在水泥厂混和 ， 也可在工地混 和。该方法能保证 Mg O材料的粒度不变化 ， 但要确 保其均匀性较难。 C 采用外掺法均要求水泥 中的 Mg O含量越低 越好( l 或 1 5 ) ， 需要强调的是一律不用叠加 法( 即不计水泥中的 Mg O) ， 其标准均 以自生体积变 形量为准。 6 4 3夕 卜 掺 Mg O的均 匀性 应建立储存 Mg O材料的干燥库 ， 在采用机具外 掺 自动化控制条件下 ， 必须建立和健全质量保证体 系， 加强适时巡视监控管理 。制定具体保证措施 ， 要 求称量准确 、 灵敏 ， 掺人 准确 ， 每班必须校核计量系 统， 严格执行规定拌和时间( 一般 45 m i n ) ， 这是确 保拌和均匀的关键。 可参照规范 D B 5 2 T 7 2 0 2 0 1 0中的有关规定 进行 Mg O均匀性的快速检测 。外掺 Mg O混凝土均 匀性质量标准以机 口指标为准 ， 仓面浇筑层少量 的 验证均匀性检测还是需要的 ， 可取少量几组作验证 性检测( 共磨法可省去此项工作) 。 6 5 Mg O膨胀剂的质量 a M g O膨胀剂的质量按 w J 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 的规定 控制 。具体物化指标为 ： Mg O的质量分数应 大于 或等于 9 0 ； 活性指标为( 2 4 0 2 0 ) s ； C a O质量 分数小于2 ； 细度 1 8 0孔 i n ( 0 0 8 0 IT I B标准筛， 1 i n =2 5 4 c m) ， 筛余量 小于或等 于 3 ( 即 0 0 6 0 0 8 mm， 对应 2 5 01 8 0目) ； 烧失量小于或等于 4 ； s i O 质量分数小于 4 。煅烧温度为 ( 1 1 0 0 5 0 ) ， 保温时间为 0 5 h 。 b 关于生产厂家的要求： 应采用部定点生产 厂家产 品( 如辽宁海城析木镇东方滑镁公 司) ， 不得 用非定点厂家产品； 应采用规模大的厂家产品( 如 辽宁海城牌楼镇牌楼镁矿公司， 规模大， 产品多， 技术 力量强， 目前 出 口的非水 工用 产 品 的活性指标 为 2 2 4 S ， Mg O质量分数大于 9 1 ， 细度 3 0 0目的占9 5 以上， 具有开发价值) ； 若将旋窑与立窑产品比较， 旋窑入窑矿粒小 、 煅烧均匀、 温度控制准确 ， 产品质量 的稳定性和膨胀量均优于立窑产品； 从总结工程应 8 6 水利水电科技进展 ， 2 0 1 3， 3 3 ( 5 ) T e l ： 0 2 5 8 3 7 8 6 3 3 5 E m a i l ：豇h h u e d u c n h t t p ： k k b h h u e d u c n 用效果看 ， 需继续深入 Mg O膨胀材料的研究工作 ， 设 法使其膨胀性能完全满足水工混凝土的要求 。 7 结语 本文通过对外掺 Mg O混凝 土快速筑坝技术 的 基本理论 、 补偿原理 、 实现方法及施工技术等方面的 对 比分析 ， 论述 了外掺 Mg O混凝土快速筑坝技术的 特点 以及该技术与传统柱状法的主要区别 ， 并指出 在设计 、 施工 、 试验 、 坝体保温 和均匀性快速检测等 工作 中应 当重视的问题 。通过总结大量 研究 结果 ， 阐明了 Mg O材料的基本特性 、 完全水化膨胀 的条件 和影 响因素以及在水泥 中的膨胀机理 ， 全面介绍 了 外掺 Mg O混凝土的基本物理力学与变形性能 、 自生 体积膨胀变形 的特点 和规律 以及对 仿真计算 的影 响 ， 同时扼要介绍了工程应用情况 、 应用条件 以及技 术经济效益。在 目前西部大开发、 “ 西电东送” 及国家 优先开发水电的大好形势下， 我国西南丰富的水利资 源必将得到充分开发利用， 外掺 M g O混凝 土快速筑 坝技术必将在我 国水电工程建设中发挥巨大的作用。 参考文献 ： 1李承木 M g O混凝土 自生体积变形的长期研究成果 J 水力发电， 1 9 9 8 ( 6 ) ： 5 3 - 5 7 ( L I C h e n g m u S t u d y o n t h e s e l f - v o l u m e d e f o r m a t i o n o f M g O c o n c r e t e J Wa t e r P o w e r ， 1 9 9 8 ( 6 ) ： 5 3 - 5 7 ( i n C h i n e s e ) ) 2李承木 外掺 Mg O混凝土的基本力学与长期耐久性能 J 水 利水 电科 技进展 ， 2 0 0 0， 2 0( 5 ) ： 3 0 3 5 ( L I C h e n g mu B a s i c me c h a n i c s a n d l o n g t e rm d u r