外掺MgO混凝土的质量控制

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　　摘要：在混凝土中掺入MgO使其产生微膨胀性，用以部分抵消温降收缩，减少拉应力，简化温控措施，可以加快工程进度，节省工程投资。本文对如何控制外掺MgO混凝土的质量、温度控制以及MgO的合理掺量等问题进行了探讨。
　　 关键词: 外掺MgO混凝土质量控制；温控；MgO掺量；
　　1、外掺MgO混凝土质量影响因素
　　 外掺MgO混凝土快速筑拱坝技术是指在混凝土中加入适量的轻烧MgO，利用其特有的延迟性不可逆的微膨胀性能补偿混凝土坝体的收缩和温降产生的变形，从而简化传统的施工工艺，实现混凝土通仓、连续浇筑。相对常规筑坝所采用的分缝、柱状、薄层、间歇浇筑混凝土而言，新技术在设计上取消了结构横缝，采取通仓浇筑方式施工，坝体从浇筑混凝土开始就形成了整体结构，缩短了工期，简化了温控措施，大大地节省了投资。外掺MgO混凝土快速筑拱坝与常规筑混凝土拱坝的差异不仅是在施工方法上，更重要的是设计思想的创新，采用该项新技术对加快水电建设速度、提高社会和经济效益有着重大的意义。
　　 MgO混凝土的质量与混凝土配合比、MgO的均匀性、混凝土保温及养护等诸多因素有关。
　　 （一）优选合适的混凝土施工配合比，是保证混凝土良好质量的前提。MgO混凝土选择配合比的原则是保证有足够的应力补偿，保证MgO的均匀性，且易于施工现场操作。MgO混凝土膨胀源有两种：一种高镁水泥，一种外掺MgO，由于高镁水泥受生产条件限制，目前，都采用外掺MgO。故水泥可采用当地的中低热普通硅酸盐水泥，由于粉煤灰对混凝土的自生体积的膨胀有抑制性，且混凝土中都会使用大量的粉煤灰，如在外掺MgO混凝土中，要控制好粉煤灰的掺量，一般控制在30-40%，增加粉煤灰的同时，必须增加MgO的掺量，以保证MgO混凝土有足够的膨胀性。
　　 当混凝土掺入MgO后，方镁石（即MgO）晶体水化成氢氧化镁，使得混凝土体积膨胀（即自生体积变形）
　　 MgO+H2O→MgO(OH)2
　　 常温下MgO的水化比较缓慢，外掺MgO混凝土的膨胀量在温度相同的条件下，随着MgO的增加而增大。方镁石（即MgO）的质量也直接影响MgO混凝土的质量，1100℃煅烧的MgO比1050℃煅烧的MgO混凝土自生体积变形要大得多。粉煤灰对混凝土自生体积变形的抑制作用，相同条件下，粉煤灰的掺量增加，则混凝土的膨胀量也相应会降低。水泥、骨料、粉煤灰等材料一定的前提下，混凝土的膨胀量取决于MgO掺量的多少，MgO的掺量越大，则混凝土的膨胀量也越大，外掺MgO混凝土的膨胀速率、膨胀时间与温度成正比，温度越高早期膨胀量也就越大，从而减小温度下降时对收缩的补偿作用。MgO的水化反应是不可逆的，外掺MgO混凝土的微膨胀主要发生在7d龄期以后，膨胀速率早期大，后期小，这个时期的混凝土的保温及养护对膨胀起关键性作用， 180d龄期以后膨胀增长缓慢，MgO混凝土大约80%的膨胀发生在20d-1000d之间，且后期膨胀相对稳定，MgO引起的膨胀会有效地降低内部混凝土的拉应力，对于混凝土抗裂有显著效果。
　　 在骨料极配的选择上，一般建议选择三级配，以保证MgO的均匀性。贵州落脚河选择的是四级配，大于40mm的粗骨料占混凝土总量的40%以上，因其粗骨料的比例，使得混凝土中所含水泥石的量相应减少，需要相应增加MgO的掺量，才能保证混凝土自生体积变形的膨胀量。
　　
　　 （二）影响外掺MgO混凝土的质量非常关键的一个因素就是MgO的均匀性控制。实验证明，从拌和机口外掺MgO，定期校验混凝土拌和系统的称量装置，确定拌和系统的加料顺序，适当延长拌和时间（≥4min），并做到跟踪检测，每个台班每个机口，都应有详细的检测记录。基本可以保证MgO在混凝土中的均匀性。外掺MgO混凝土必须保证MgO在混凝土中的均匀性，如果MgO在混凝土中各点的膨胀量不同将破坏其内部结构，从而影响混凝土的质量。
　　 在施工期坝体的温度较高，坝中面到上下游坝面的温度分布呈递减趋势，且坝面的温度变化梯度比坝体内部大，浇筑块的最高温升一般比入仓温度高。坝体的最高温升或峰值一般出现在入仓温度高的新浇筑块。上游面在施工期出现较小的拉应力，下游坝面在施工期出现了较大的拉应力，同时，拱坝上部混凝土拉应力的抑制高于坝体下部。实践证明，MgO混凝土对于坝体应力的补偿效果是明显的，达到了消除原本可能出现的坝体过大拉应力的作用。因此，在不同的部位应该选择不同的MgO掺量，坝体上部的MgO掺量应该大于坝体下部。
　　
　　 （三）相对于水泥品种、粉煤灰掺量等影响因素，温度对方镁石的水化速率影响最大，施工的环境温度特别是混凝土的早期养护温度对混凝土自生体积膨胀有较大影响。温度对MgO混凝土自生体积变化的影响较大，温度越高，混凝土水化膨胀速率越快。对于一定MgO含量的混凝土，经过特定时间达到的膨胀量是一定的，且混凝土膨胀速率与养护的温度有密切的关系。坝体砼表面产生裂缝的主要原因是混凝土内外温差产生的温度应力超过混凝土的抗拉强度和气温下降或者混凝土表面失水引起的干缩变形造成的。在南方气温较高的地区，采用外掺MgO混凝土筑坝技术完全代替温控措施不分横缝通仓浇筑，尤其是夏季高温季节施工，浇筑混凝土的时候，及时对仓面进行水雾养护，并使用编织袋进行覆盖，防止太阳直射。初凝后，在混凝土面必须保证有充足的水淋养护，并使用编织袋覆盖。广东坝美电站施工期为2003年2月18日-7月29日，施工期间最低气温3℃，最高气温34.5℃，根据设计要求采用高强型苯乙烯泡沫板，板厚2.5cm，采用外贴法，在混凝土拆模后的2d内铺贴，特别低温季节，如果气温降至0℃以下时，可使用双层泡沫板进行保温，取得了理想的保温效果。此法经济，操作简便，便于推广，广东坝美拱坝蓄水前拆除保温板，未发现裂缝，此法对坝面混凝土的起到了良好的保温效果。
　　 坝美水电站位于广东省乳源县境内北江二级支流大潭河上，是大潭河梯级开发的龙头电站，电站采用不分缝整体浇筑，是广东省第二座成功采用外掺MgO筑坝技术建成的拱坝。大坝为抛物线双曲混凝土拱坝，最大坝高53m。坝体混凝土约3.1万m3。工程于2003年9月15日通过下闸蓄水验收投入运用，至今已正常运用8年。应用新技术的主要效益：提前1年发电，除电站年发电量外，同时增加下游梯级电站年发电量，其发电的效益直接减少了工程建设管理费。实践证明，外掺MgO筑坝技术，不仅是一项简化温控的混凝土坝防裂措施，也是一项快速施工的筑坝技术。大坝混凝土仅用5个月时间即浇筑完毕，效益十分显著。坝美拱坝在设计、科研和施工等方面都有许多突破，对外掺MgO混凝土不分缝整体浇筑拱坝新技术的推广应用起到了积极的作用
　　
　　结语：
　　 外掺MgO混凝土筑坝技术与传统的施工工艺相比，可以大大简化混凝土温控措施，大大加快施工进度，使工程提前投入运行，产生巨大的经济效益，通过选择适宜的混凝土配合比，严格控制混凝土外掺MgO的均匀性，并且在施工期加强混凝土的表面保温，以获得期望的膨胀量及减小混凝土的开裂，因此应进行更深入的试验研究，使这项技术更加完善。
　　参考文献：
　　 刘振威.“外掺MgO砼快速筑拱坝技术应用研究”课题及研究进展［J］.广东水利水电，2003，（02）
　　沈树良等. MgO不分横缝快速筑拱坝施工初步研究［J］.广东水利水电，2003，（06）
　　

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