外掺MgO混凝土性能及筑坝技术浅析.pdf

2 0 1 5年第 1 期 黑龙江水利科技 ( 第 4 3卷)H e i l o n g j i a n g 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 C o n s e r v a n c y NO 1 2 01 5 ( T o t a l N o 4 3 ) 文章编号 ： 1 0 0 7 7 5 9 6 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 0 6 5 0 2 外掺 Mg O混凝土性 能及筑坝技术浅析 文 明贡 ( 贵州省水利 水电勘测设计研 究院， 贵 阳 5 5 0 0 0 2 ) 摘要： 文章从传统的混凝土拱坝采用分缝分块柱状浇筑的模式， 存在坝体分缝 、 温控及抗裂 控制、 封拱灌浆时机掌握困难等一系列问题出发 ， 探讨 了当前采用的 Mg O混凝土在国内外的 性能研究及筑坝应用 ， 参考国内科研成果， 同时融人实践工程经验 ， 可供设计同行参考和借鉴。 关键词： 外掺 Mg O， 混凝土性能， 筑坝技术 ， 浅析 中图分类号 ： T V 6 4 2 4 文献标识码： B 传统混凝 土拱坝采 用分缝分块 柱状浇筑 的模 式 ， 存在温控过程繁杂 、 抗裂控制及封拱灌浆 时机掌 握 困难等问题 ， 且工程投 资较高 ， 严重影响了工程 的 建设周期。为此， 探索新的混凝土拱坝的施工方法 势在必行 。经过近 3 O年来 的不断探索 ， 新 的混凝土 拱坝筑坝技术应运而生 ， 目前采用外掺 M g O微膨胀 混凝土快速筑拱坝技术 ， 大大简化 了混凝 土浇筑 的 温控措施 ， 在科技进步和经济效益方面意义重大。 1 混凝土坝技术研 究进展 现代混凝土拱坝技术始于 2 0世纪 3 0年代 ， 在 此以前世界上建成 的混凝土拱坝很少 ， 且都是低坝 ， 在施工过程中对混凝土没有任何控制， 1 9 3 0年后国 内外开始注意混凝 土拱 坝的裂缝 问题 ， 并对 大体 积 混凝土进行了全面的研究 ， 主要有以下方面 ： 在大体 积混凝土 中掺用混 合材料 、 引气剂 、 减水剂等 ； 对混 凝土改性提高其 耐久性 ； 采用不分纵缝 的通仓 浇筑 法 、 发展强力的平仓振捣设备 、 发展碾压混凝土及特 种混凝土等。同时大体积混凝土技术也在不断革 新 ， 主要表现在 ： 采用 喷洒缓凝 剂、 高压水 冲毛等处 理施工缝 ； 采用水化热较低 的中热水泥 、 大坝水泥和 低热膨胀水泥 ； 广泛使用混凝土掺和剂和外加剂 ； 采 用大容量的运输机械和浇筑设备等。但这些革新还 没有彻底摆脱传统的混凝土坝工技术模式， 在缩短 工期和降低造价方面难有更大的发展。7 0年代混凝 土坝工技术发生 了一次革命性 的变化 ： 采用碾压 混 凝土坝工技术 ， 坝体断面尺寸与常规混凝土坝相似 ， 但其水 泥用量少 ， 不设纵缝 ， 不以模板形成横缝 ， 使 用机械化施工 ， 节约模板工程量 ， 减少缝面的处理范 围 ， 加快了建坝速度 。 近年来我国尝试外掺 Mg O微膨胀混凝土快速筑 坝技术 ， 也是对传统大体积混凝土坝工技术的革命 。 从 2 O世纪7 0 年代白山拱坝采用内含 M g O水泥的混 凝土进行筑坝 以来 ， 该筑 坝技术 己经历 了3 0 a 的发 展 。外掺 Mg O混凝土筑 坝技术在贵州省发展较快 ， 现已建成 7座大坝 。贵州省水利 院牵头承担水利部 “ 9 4 8 ” 计划创新项 目“ 全坝外掺氧化镁微膨胀混凝土 快速建坝技术应用研究 ” ， 并 于 2 0 1 1年制订 了贵 州 省地方标准 全坝外掺氧化镁混凝土拱坝技术规范 ( D B 5 2 T 7 2 0 -2 0 1 0 ) ， 基本形成 了全坝外掺氧化镁 混凝土拱坝的理论 及技术体系 ， 为该技术在 国内的 推广应用奠定了基础。 2 掺 M g O微膨胀混凝土的研究历程 我国较早就开始掺 M g O 昆凝土的性能试验 ， 2 0 世纪 7 0年代 中期 长江科 学院刘崇熙等研制 了钙矾 石型低热微膨胀水泥 ， 这种混凝土的弹性模量小 、 徐 变度大 ， 产生的补偿效果很小 ， 故没有 多大 的实用价 值 ， 但引起了对微膨胀混凝 土的重视 。在“ 八 五” 攻 关项 目中， 成勘 院等 单位 先后 对 内含 Mg O和 外掺 Mg O两类混凝土进行 了长期 的试验研究 ， 取得 了较 为全面的数据成果 ， 包括掺 Mg O混凝土的物理力学 、 【 收稿 日期 2 0 1 41 1 0 8 作者简介 文明贡( 1 9 7 6 一) ， 男， 贵州思南人， 高级工程师， 从事水工建筑物结构设计工作。 2 0 1 5年第 1期 ( 第4 3卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g 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 C o n s e r v a n c y Nn 1 201 5 ( T o t M N o 4 3 ) 热学、 安定性和耐久性等。数据表明： 常温条件下掺 Mg O混凝土的力学和变形性能 比普通混凝 土略有提 高 ， 但其基本规律没有发生明显变化 ； 掺 Mg O混凝土 的徐变和极 限拉伸值 比普通混凝 土大； Mg O对水 泥 水化热影响不大 ， 对混凝土的绝热温升 、 导温、 导热 、 比热容和热膨胀系数均无明显影 响； 掺 Mg O混凝土 的抗冻 、 抗渗和耐久性能优于普通混凝土 ； 掺 Mg O混 凝土的自生体积变形与 Mg O掺量 、 温度和龄期高度 相关 ； M g O混凝土长龄期的力学性质是安定的 ， 微膨 胀对混凝土长期力学性能的影响不大。 外掺 M g o混凝土的性能试验大多在室内， 从试 验结果看 Mg O的掺量及品质 、 水泥型号 、 骨料大小 、 温度、 约束条件等因素， 对其自身体积变形有较大的 影响 ， 因此必须结合 实际对掺 Mg O混凝土进行现场 试验 ， 为实施提供可靠的参数。 3 外掺 Mg O混凝土性能研究 3 1 热学性能 外掺 Mg O混凝土的导温 系数 、 导热系数和 比热 与普通混凝土基本一致 ， 这是因为导温系数、 导热系 数和比热主要取决于混凝土的骨料 ， Mg O仅为添加 剂， 它的加入对混凝土的导温系数、 导热系数和比热 影响不大。 根据水化生成热试 验和温升测试结果表 明： 外 掺 M g O混凝土的水化生成热略有增加， 其规律是随 Mg O的掺量 的增加而增大 ， 且水化生成热 的峰值 出 现 的时间推迟 ， 表明 Mg O对水泥 的凝结有一定 的延 缓作用 。Mg O的掺量在 5 以下 时， 外掺 Mg O混凝 土的水化生成热增长在 3 5 以内， 这 主要是掺 Mg O增加 了胶材用量所致。掺 Mg O混凝 土的水化 热随龄期增长而增大， 前 7天增长速度较快 ， 最终达 到一定 值 ， 一 般水 化热 与 龄期 可 以用 双 曲线关 系 描述 。 3 2 力学性能 外掺 Mg O混凝土的强度比普通混凝土的强度有 所提高 ， 一般抗压强度可提高 3 6 ， 9 0天龄期 的抗拉强度可提高 1 0 左右。这主要是 Mg O的膨 胀作用使混凝土结构更加密实 ， 外掺 Mg O使单位胶 材的用量增加 ， 减少水灰 比的结果 。外掺 Mg O混凝 土的抗拉压强度 随混凝土 的试验龄期增加 而增 大， 随 Mg O的掺量增加而增大 ， 外掺 M g O混凝土强度 的 增长幅值后期 比前期 大， 如 3 6 0天龄期 的抗 压强度 一 66 一 增长量约为 2 8天的 1 6倍 。 外掺 Mg O混凝 土膨胀变形过程 中受到外部约 束 ， 使混凝土结构本身的密实度增加 ， 从而在一定程 度上改善 了混凝土的抗拉 压强度 ， 且强度 的增长率 随 Mg O的掺量而变化。温度对外掺 M g O混凝土的 抗拉压强度影 响较大 ， 随温度的升高抗拉压强度增 大 ， 特别是对有约束混凝土强度的影 响更大 。 外掺 Mg O混凝土的弹性模量随龄期的延长而增 加 ， 随 Mg O掺量的增加稍有提高 ， 也随温度升高略有 增加 。为简化计算 ， 一般可忽略 Mg O掺量与温度对 弹模的影响， 认为外掺 M g O混凝土的弹模仅与混凝 土的龄期相关。 3 3自身体积变形 自身体积变形是指胶凝材料 的水化作用引起混 凝土的体积变形。外掺 Mg O混凝土的 自身体积变形 是随 M g O掺量的增加而增大 ， 随混凝土 的龄期延 长 而增加。温度对膨胀 速率及膨胀量 的影响较大 ， 其 规律是随着温度的增 高而 自身体积 变形增大 ， 高温 要比常温大几倍。通过试验： 外掺 M g O混凝土的自 身体积变形是稳定 的， 它既不会产生无限膨胀 ， 又不 会出现收缩现象， 其长期膨胀变形总能趋于稳定 ， 且 膨胀变形对外掺 Mg O混凝土长龄期的力学性能和热 学性能影响不大。一般外掺 Mg O混凝土的 自身体积 变形稳定 时间为 0 51 a 。另外掺 M 混凝 土的徐 变度比普通混凝土的大， 但其徐变规律与普通混凝 土是一致的。 由于 Mg O掺量的限制 ， 自身体积变形值还不能 完全满足混凝土 的温度补偿要求 ， 其 安定掺量成为 关注的课题。根据压蒸试 验及 自由膨 胀等研 究成 果 ， Mg O的安定掺量可由现在的 4 ( 安定性合格 ) 适当提高到 5 一 6 。 4 外掺 Mg O微膨胀混凝土筑坝技术研究 外掺 Mg O混凝土筑坝技术是利用 M g O混凝 土 产生 的延迟性体积微膨胀补偿混凝土在温降过程中 产生的收缩变形 ， 以防止或减少混凝土 由于温 降产 生的裂缝， 可以取代或部份取代传统的温控措施， 简 化混凝土施工 ， 加快 了工 程进度。通过对 大坝设 置 诱导缝或少量横缝 ， 结合 Mg O的合理掺量 ， 利用外掺 Mg O混凝土 自生体积的变形影响 ， 达到混凝土大坝 快速施工的 目的。 ( 下转第 2 0 6页) 2 0 1 5年第 1期 ( 第4 3卷) 黑龙江水利科技 He i l o n g j i a n g 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 C o n s e r v a n c y NO 1 2 01 5 ( T o t a l N o 4 3 ) 理区群众的知情权 、 参与权 、 决策权和监督权。在充 分征求群众意见和建议的基础上 ， 结合坡耕 地治理 的 目标 ， 按照群众愿意 、 技术可 行的原则， 实地对项 目区的布置措施进行讨论 、 配置 、 布设 、 整合 ， 编制具 有可操作性的初步设计报上级业务主管部门批复。 2 ) 做好项 目区受益群众 的宣传发动工作。开好 村民代表通气会， 把项 目相关情况和政策宣传到位， 引导发动群众 自觉参与项 目建设 ， 营造有利 的社会 环境和舆论氛围； 开好村民代表会 ， 把项 目是否实施 的决策权交给群众， 真正体现村民自主决策的理念； 开好村 、 支两委和项 目理事会工作会 ， 议定项 目怎么 实施 ； 开好项 目受益农户户主会 ， 明确村民和村委会 各 自的职责、 权利 和义务； 开好业务培训会 ， 指 导村 民按规范要求实施工程项 目。 4 2 4 规范动作， 强化管理 1 ) 规范工程建设管理。实行项 目法人制、 工程 监理制 、 项 目合同制、 群众投工投劳承诺制 、 财 务审 计制 、 项 目公示制 ， 从而保证 了项 目从立项 、 审批 、 建 设、 竣工、 资金拨付、 验收等全过程的规范管理。 2 ) 强化工程质量管理。盘县从实 际出发 ， 制定 了“ 坡耕地水土流失综合实施方案” 、 “ 坡耕地水土流 失综合实施细则 ” 、 “ 坡耕地治理工程村 民 自建理事 会会议制度” ， 健全 了为试点工作 的顺利实施提供 了 坚实的制度保证。通过坡耕地综合治理试点工程的 实施， 搞好石坎坡改梯及其配套工程建设， 不但能够 有效阻碍坡面径 流 ， 减轻 水土流失 ， 预防土地石 漠 化， 而且能够提高降雨拦蓄能力， 涵养水源， 是解决 山区水土流失问题必须紧紧抓住的关键举措 。 5 结语 总而言之， 小流域综合治理与新农村建设之间有着 密切的联系， 两者必须相互协调， 共同为农村经济发展 做贡献。在具体的实践中， 小流域综合治理和新农村建 设必须要在科学发展观的指导下进行， 并结合当地实际 情况制定措施， 以推动经济的发展， 保护生态环境， 实现 农村经济可持续发展。鉴于小流域综合治理和新农村 建设对于我国社会发展的重要性， 因此， 本文研究这个 课题具有非常重要的现实意义。 参考文献 ： 1 赵丹阳， 马亮 尖山小流域综合治理的成效和经验 J 黑龙江水利科技， 2 0 1 1 ， 3 9 ( 0 2 ) ： 2 8 0 ( 上接第 6 6页 ) 采用该筑坝技术的拱 坝枢纽布置应尽量减少施 工干扰， 便于混凝土连续快速施工。坝体不设纵缝， 仅设置少量横缝或诱导缝。当坝体混凝土浇筑在一 个低温季节完成时， 宜分析全坝不设缝整体浇筑的 可行性。中、 高坝应对施工 、 蓄水过程进行温度场和 应力场的模拟仿真分析， 合理确定分缝方案和温控 措施。横缝或诱导缝结构采用预制混凝 土块成对组 装形成 ， 以适应坝体 混凝 土的快速浇筑。大坝浇筑 完成后， 根据诱导缝的变形和温度场变化情况， 对其 进行接缝灌浆。采用外掺 M g O混凝土 ， 不宜完全取 消传统温控措施 ， 应根据各地区气温情况 ， 采用必要 的表面保温保湿措施或其他温控措施。 大坝混凝土中 M g O的掺量应根据工程设计需要的 膨胀量和混凝土安定眭合理确定， 进行必要的混凝土配 合比试验研究。当混凝土胶凝材料中氧化镁掺量超过 5 时， 应进行压蒸安定性试验。根据拱坝坝体不同部 位的应力特 I生， M g O掺量应有不同的分区， 一般来说拱 坝上部混凝土 M s O 的掺量应大于下部。 外掺氧化镁必须拌合均匀， 否则会导致膨胀不 - 2 0 6 - 均匀破坏内部结构， 降低混凝土质量。氧化镁的掺 入形式有现场外掺和水泥厂共磨两种。氧化镁在现 场外掺时 ， 需延长拌和时间， 应采用可以调节搅拌时 间的搅拌机 。当氧化镁在预定 的水泥厂与水泥共磨 时， 可采用连续式搅拌机。现场外掺氧化镁拌和混 凝土时， 其均匀性应进行现场检测 ； 对在水泥厂共磨 掺和时， 可不进行现场检测 。 5 结语 混凝土拱坝作为极具竞争力 的坝型在水 电工程 中应用广泛 ， 全坝外掺氧化镁混凝 土拱 坝将 结构设 计 、 结构材料 、 施工控制、 安全监测等有机结合 ， 其适 应性强 ， 温控措施简单 ， 施工简便 ， 建坝速度快 ， 可使 工程提前投入运行 ， 因此在今后 的工程建设 中， 应进 行更深入的外掺 Mg O混凝土筑坝材料试验研究 ， 使 这项技术更加完善 ， 必然有广泛的推广应用前景。 参考文献 ： 1 朱伯芳 论微膨胀混凝土筑坝技术 J 水利发电学报 ， 2 0 o 0 ( 0 3 )： 41 6