外摻氧化鎂混凝土快速筑壩技術綜述

李承木

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院科學研究所,四川成都 610072)

外摻氧化鎂混凝土快速筑壩技術綜述

李承木

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院科學研究所,四川成都 610072)

全面總結了外摻氧化鎂(MgO)混凝土快速筑壩技術的研究成果和工程經驗,從基本理論、補償原理、實現方法和施工技術等方面系統論述了外摻MgO混凝土快速筑壩技術的特點以及與傳統柱狀澆筑法的主要差異;闡明了MgO膨脹劑的特性及膨脹機理;介紹了外摻MgO混凝土的基本物理力學與變形性能,自生體積變形的特點和規律以及對仿真計算的影響,工程應用情況、應用條件與經濟效益等,指出了設計、施工、試驗和均勻性快速檢測等工作中應當重視的問題。

外摻MgO混凝土;快速筑壩技術;通倉快速澆筑;MgO膨脹劑;自生體積變形

混凝土壩的裂縫及其防治是工程界高度關注的課題。混凝土壩建設周期長、投資大、溫控復雜,傳統柱狀澆筑法各工種之間干擾大,很難做到快速施工。采用外摻氧化鎂(MgO)混凝土快速筑壩技術,輔以其他適當的綜合性措施,可解決上述問題,真正實現快速施工。外摻MgO混凝土筑壩技術來源于生產工程實踐,經過了長期試驗研究后提出,利用MgO材料水化所釋放的化學能來解決大壩溫控問題,突破了人們的傳統認識。我國組織多學科共同攻關,經過30多年的基礎理論和工程應用研究,全面掌握了外摻MgO混凝土的物理力學性能及長期膨脹變形規律[1-2],在膨脹機理、變形性能、應力補償理論、施工措施、均勻性控制及安定性試驗方法等方面已形成了一套完整的筑壩理論體系[3],并在我國至少17個省50余個工程的不同部位得到應用(其中全壩外摻MgO混凝土拱壩有14座)[4-5]且均獲得了成功。這是我國工程技術人員獨創的筑壩技術,具有自主知識產權,它是大體積混凝土施工的革命,在我國具有廣泛的推廣應用前景。本文主要論述外摻MgO混凝土筑壩技術與傳統柱狀澆筑法之間的基本差異,著重從補償原理、基本方法、MgO材料特性及膨脹機理、外摻MgO混凝土的力學性能及膨脹變形規律、工程應用情況、設計技術、施工方法、材料試驗、壩體保溫、均勻性檢測等方面進行系統的綜述,供工程界同行參考,以期共同推動這項技術不斷向前發展。

1 外摻MgO混凝土快速筑壩技術的特點

a.基本理論。利用MgO獨特的具有延遲性的微膨脹變形來補償混凝土壩的收縮和溫度變形,以防止產生裂縫。也就是利用MgO水化所釋放的化學能轉變為機械能,使混凝土產生自生體積膨脹,抵消其溫降過程的體積收縮,即利用外摻MgO混凝土的限制膨脹來補償混凝土的限制收縮,以達到大壩防裂的目的。最理想的膨脹發生時間應在水化熱的最高溫升之后,在混凝土有顯著降溫之前產生(延遲性)膨脹。換句話說,就是造成一種預壓應力抵消混凝土冷卻時產生的拉應力。

b.防裂原理。傳統混凝土筑壩方法采取多種溫控措施來控制筑壩過程的溫差,盡可能降低入倉澆筑溫度,使溫度產生的拉應力控制在混凝土允許的范圍內;而外摻MgO混凝土筑壩技術則是把過去傳統的預冷措施改為調節控制大壩混凝土的體積變形,以達到大壩防裂的目的。

c.實現方法。外摻MgO混凝土筑壩技術是通過在生產大壩混凝土時加入適量的、特制的輕燒MgO來實現的。這個摻量必須滿足壓蒸安定性合格標準,盡可能達到溫控設計的膨脹量。通過外摻MgO和優選水泥品種,并加強大壩表面保溫,可以得到比較理想的自生體積膨脹變形過程線。

d.施工技術。傳統的筑拱壩施工方法需分縫分塊、柱狀薄層澆筑,需采取封拱灌漿等既不經濟又十分復雜的施工工藝,各種工序之間互相干擾大,溫控費用昂貴(通常為工程總投資的4％～6％),很難做到快速施工。外摻MgO混凝土筑拱壩施工方法不分橫縫(或設少量誘導縫,以釋放過大超標拉應力),分層通倉澆筑,以臺階法連續滾動推進,不埋冷卻水管,不需封拱灌漿,可全天候施工(夏季也是很好的施工季節),這就極大地加快了施工速度,可實現快速施工。外摻MgO混凝土筑壩方法與常規方法大體相同,主要施工設備基本一致,無需增加專用施工機械設備,一般多采用垂直與水平運輸合二為一的施工方案,二者的主要區別[6]在于:①為了確保均勻,拌和時間需延長1～2 min;②通倉連續快速澆筑的強度稍大,需要適當增大拌和能力(即為常規的1.5倍);③要求有一個稱量準確、快速投料、拌和均勻、卸混凝土拌和物靈活迅速的混凝土拌和系統;④要有足夠的拌和能力、運輸能力、吊運能力、澆搗能力和完善及時的材料供應保證體系;⑤進行混凝土施工配合比試驗時,應做MgO水泥的壓蒸安定性試驗,通過壓蒸試驗來設計MgO摻量,增加自生體積變形試驗并考慮溫度的影響。

e.使用條件。基本要求是外摻MgO后水泥的標號不降低,壓蒸安定性合格。有約束條件的工程部位均可使用該技術。在全國各地全面推廣使用還應滿足溫度應力應變補償條件[7],當混凝土自生體積膨脹變形量達到150×10-6～200×10-6(華南地區達100×10-6)時,方可省去預冷骨料和冷卻水管,即可采用外摻MgO混凝土筑壩技術實行通倉快速澆筑。

2 MgO膨脹劑的基本性能及膨脹機理

a.南京化工學院唐明述等的長期研究結果表明,外摻輕燒MgO的摻量、膨脹量、膨脹速率、膨脹過程、膨脹終止時間都是可調控的[3]。通過調控煅燒溫度、保溫時間、晶體尺寸、顆粒粒度來控制其水化速率和膨脹量,用活性指標、CaO含量、燒失量來評定MgO的質量。MgO膨脹劑的膨脹能力與MgO的存在形態有關(即固溶體與玻璃體不膨脹,方鎂石晶體才產生膨脹),而晶體形態又與煅燒工藝有著極密切的關系。大量試驗研究表明:燒成溫度越高,方鎂石水化速率越慢,但MgO含量會提高。仔細調溫可控制晶體尺寸,高溫下保溫時間長,晶體尺寸大,高溫水化速率快,膨脹量大,常溫水化速率慢則膨脹量小;反之保溫時間短,晶體尺寸小,其活性大,水化速率快,膨脹量大。冷卻速率影響結晶形態,急冷形成的方鎂石結晶體多,水化膨脹量大;慢冷則形成的結晶體少,對膨脹不利。MgO顆粒越粗,常溫水化速率越慢,高溫水化速率越快,膨脹量越大;MgO顆粒越細,分布越均勻,其膨脹量就越小且較早趨于穩定。通常MgO摻量高,膨脹量大;環境養護溫度高、水化速率快,膨脹量大。CaO含量會影響早期膨脹速率,對壓蒸膨脹率也有影響(使其壓蒸率偏大)。煅燒溫度低于900℃燒成的MgO材料的活性太高,水化膨脹反應速率過快;高于1200℃燒成的MgO材料的水化膨脹反應速率就非常慢;超過1600℃燒成的MgO材料在常溫下就幾乎沒有水化反應。

b.影響膨脹性能的因素較多,除MgO材料的膨脹特性外[8-9],水泥品種質量與儲存時間、混合材料種類與摻量、MgO摻入方式與摻量、骨料級配與膠材用量、外加劑品種及摻量、水泥中游離氧化鈣(fCaO)含量等因素對膨脹性能均有影響,水泥中游離氧化鈣含量對壓蒸膨脹率的影響也較大。研究表明,回轉窯產品的性能質量、膨脹量及穩定性均優于反射窯產品。使用時要求外摻MgO水泥的標號不降低,MgO分布要均勻,壓蒸安定性必須合格,有良好限制條件的工程均可應用。MgO膨脹材料很容易受潮,一定要采取防潮措施,必須做好儲存期間的防潮工作。

c.大量試驗研究結果[10-11]表明,MgO材料完全水化膨脹必須有足夠高的溫度(≥200℃)和壓力(≥1.5 MPa)條件,否則在短時間內不可能使其完全水化膨脹,更無法確定MgO的極限安全摻量。壓蒸膨脹率通常用來評估MgO的極限膨脹能力,壓蒸試驗是檢驗外摻MgO混凝土體積安定性的唯一方法[12-13],其他試驗方法(包括沸煮法、長度法等)均不適用于MgO膨脹材料的固有特性。

d.大量試驗研究和原體觀測結果表明,MgO膨脹劑的膨脹速率在水化3～30 d期間最大,其膨脹量的70％發生在7 d齡期之后,一般在1 a之后基本趨于穩定狀態。當環境溫度突變時其膨脹量不會降低,MgO混凝土抵御寒潮的能力強于普通混凝土[14]。MgO的水化產物穩定性強,它的溶解度極小(氫氧化鈣的溶解度要比氫氧化鎂的溶解度大205 倍)[3]。試驗表明,MgO膨脹劑不溶于水,在水中呈懸浮狀態。以純MgO作膠凝材料所做的膠砂強度試驗結果可達9.0MPa,相當于52.5號水泥膠砂強度的1/6,在使用時應注意這種影響。MgO在低溫7℃時也能夠產生膨脹,但水化速率極慢,其膨脹過程線3周之后才出現正的膨脹值[15],該結果消除了人們對MgO在低溫條件下能否膨脹的疑慮。

e.MgO的膨脹機理在于MgO水化時水鎂石晶體的生成和生長發育[16]。膨脹量主要取決于生成的水鎂石晶體的尺寸、形貌和存在的位置,即細小(塊狀和短柱狀)的聚集在MgO顆粒表面附近的水鎂石晶體能產生較大的膨脹;粗大(針狀或長柱狀)的分散在MgO顆粒周圍較大區域內的水鎂石晶體引起的膨脹較小;堿能促進膨脹,對膨脹量有影響。膨脹能來自于水鎂石晶體的腫脹力和結晶生長壓力,即在水化早期,漿體的膨脹主要起因于極細小的水鎂石晶體的吸水腫脹力;隨著晶體的長大,晶體的結晶生長壓力對漿體的膨脹起主導作用。摻混合材料對MgO的水化膨脹具有抑制作用,即漿體孔隙液堿度降低和結構多孔的共同作用使得MgO水化產生的膨脹較小。

3 外摻MgO混凝土的物理力學及變形性能

3.1 基本物理力學性能

經過30多年的全面系統試驗研究[2],結果表明外摻MgO混凝土的力學、熱學、變形、耐久性等性能都優于普通混凝土。相比普通混凝土,外摻MgO混凝土的徐變和極限拉伸值增大,一般可增大20％以上,干縮率可減小20％左右,其力學強度可提高10％ ～15％。長期耐久性能也優于普通混凝土,抗凍、抗滲、抗沖磨、抗侵蝕、抗碳化等能力都比普通混凝土有較大提高。實踐證明,外摻MgO膨脹劑是提高大壩混凝土的抗裂防滲能力、提高密實度、增強耐久性能的最理想的膨脹材料。外摻MgO膨脹劑對混凝土的各項熱學性能的影響不大,不同試驗養護溫度對外摻MgO混凝土的基本力學性能有一定的影響[17]。

3.2 長齡期的力學性能

a.筆者用12 a齡期的內含MgO混凝土徐變試驗的對比試件,加工制作成標準試件后,測得的(不同齡期的)抗壓強度和彈性模量均無明顯降低現象[2];白山大壩安檢時,鉆孔取芯樣后所測20 a齡期的MgO混凝土抗壓強度比施工時期的強度提高了16.7％,其芯樣動彈性模量的均值為39.1 GPa,而抗壓彈性模量的均值為37.0 GPa,兩者相近,說明試驗結果可信[18];廣東長沙拱壩安檢時鉆孔取芯樣的試驗結果,5～6 a齡期的抗壓強度在40～45 MPa之間,比施工時期的強度提高18.0％以上。上述試驗結果表明,MgO混凝土的長期力學性能是安定的,微膨脹對混凝土力學性能的影響不大。

b.有關研究[2]表明,當自生體積變形在150× 10-6～250×10-6時外摻MgO混凝土的強度最高;當自生體積變形在250×10-6～300×10-6時強度開始下降;達到500×10-6時強度才開始急劇下降。由于水工混凝土要求補償的微應變量一般較小(150×10-6～200×10-6),所以不會有強度降低現象產生。

3.3 自生體積變形的基本特性

a.外摻MgO混凝土自生體積膨脹變形具有延遲性和長期穩定性,即主要膨脹量均發生在水化熱最高溫升之后混凝土顯著的降溫收縮期間,其后期的膨脹變形逐漸趨于長期穩定狀態,不會發生無限膨脹[19]。

b.外摻MgO混凝土的自生體積膨脹是一種不可逆的變形,因為是MgO水化所釋放的化學能所致,所以這種隨著齡期和溫度增加而增大的膨脹變形是永久性的。

c.外摻MgO混凝土的自生體積變形與環境濕度基本無關,即只要MgO水化膨脹完成就不再受外界環境濕度變化的影響;但它受溫度影響較大,即溫度越高膨脹量越大,不同溫度下的自生體積變形的最終穩定值各異[20]。MgO在低溫下也能產生膨脹,但在低溫時的水化膨脹反應速率要遲緩得多。

d.外摻MgO混凝土自生體積的長期膨脹變形是很穩定的,因為外摻的是特制的輕燒MgO,所以不會產生二次膨脹,其長期力學及變形性能既是安定的又是穩定的。

e.補償應力長期穩定,它是利用外摻MgO混凝土的限制膨脹來補償混凝土的限制收縮,由化學能轉變為機械能,所以這種自應力補償是極為穩定的。

f.外摻MgO混凝土自生體積變形是仿真分析計算中不可缺少的重要資料,它對溫度徐變應力的影響較大,如不考慮自生體積變形計算得到的應力最大;考慮自生體積變形但不考慮溫度對自生體積變形影響計算得到的應力居中;既考慮自生體積變形又考慮溫度的影響計算得到的應力最小,而且真實;所以在仿真分析時,必須考慮自生體積變形與溫度變化的影響,否則計算結果會失真。通常外摻MgO混凝土的自生體積變形量11×10-6～12×10-6即可以得到0.1MPa的壓應力[14]。

g.外摻MgO混凝土自生體積變形的膨脹量還與MgO摻量、環境溫度、混合材料種類與摻量等諸多因素有關。研究[21-22]表明,MgO摻量每增減1％,自生體積變形大致增減20×10-6～25×10-6;自生體積變形的溫度效應明顯,溫度每增減10℃時,自生體積變形可增減30×10-6～35×10-6。當粉煤灰摻量在30％(或35％)以內時對自生體積變形影響不大,隨其摻量增加自生體積變形還稍有增大;當摻量超過40％時,自生體積變形才明顯減小。從粉煤灰抑制水泥砂漿變形的規律看,在相同試驗條件下,當粉煤灰摻量在40％以內變化,MgO摻量為4％和6％時,砂漿試件的膨脹變形量卻非常接近,變形曲線的斜率一致,過程線幾乎重合,不同MgO摻量的膨脹變形規律完全相同[22];與不摻粉煤灰相比,各組試件的膨脹變形降低率都在36.8％～44.7％之間,總平均降低率為40.2％,這表明摻粉煤灰對MgO膨脹確實有抑制作用,同時還說明,粉煤灰摻量的變化對水泥砂漿試件膨脹變形的影響不明顯,其敏感度減弱,摻量越大敏感度越低,所以變形降低率均在40％左右。從壓蒸試驗結果看規律性更明顯[23],當粉煤灰摻量在10％～35％時,砂漿試件壓蒸膨脹率在0.52％～0.48％之間;當摻量在40％～65％ 時,壓蒸膨脹率則在0.22％～0.21％之間,可見粉煤灰摻量影響變形顯著的界限是35％。摻礦渣比摻粉煤灰對外摻MgO混凝土自生體積變形的影響要小。

4 外摻MgO混凝土工程應用情況

外摻MgO混凝土筑壩技術已在我國廣泛應用于填塘堵洞、導流洞封堵、大壩基礎處理、重力壩體底部強約束區、高壓管道外圍回填、碾壓混凝土壩的墊層墊座及上游防滲體、防滲面板、拱壩全壩外摻MgO等50余個大中型水利水電工程的不同部位,并且均獲得了成功[4-5,24]。從地域看,已在我國廣東、四川、貴州等17個省的不同氣候條件下成功使用;有在冬季、夏季施工的,也有跨季節施工的;工程量從不足1萬m3到近30萬m3;施工工藝有常態混凝土臺階法和碾壓混凝土通倉澆筑法兩種;壩型有重力壩、拱壩、面板堆石壩等;MgO摻量從3.5％～6.5％,其膨脹量多在120×10-6～240×10-6之間(目前使用內含MgO水泥的碾壓混凝土在50×10-6以上),均取得了顯著的技術經濟效益和社會效益。

5 外摻MgO混凝土筑壩技術的經濟效益

采用外摻MgO混凝土筑壩技術能真正做到快速施工,可實現長塊、厚層、通倉連續(或短間歇)澆筑,不分橫縫,不埋冷卻水管,不需封拱灌漿,可全天候施工,極大地提高了施工速度,從而可縮短工期,降低造價,加快我國水力資源開發和水利水電工程建設步伐,能獲得巨大的技術經濟效益和社會效益[5]。實踐證明,發電站裝機容量越大,工程經濟效益就越顯著,如某高拱壩,電站裝機為420萬kW,若在壩基36 m強約束區采用MgO混凝土快速施工,至少可提前1a發電,預計可獲得綜合經濟效益近百億元。

6 設計、試驗和施工中應重視的問題

通過不斷總結工程實踐經驗,在設計、施工和試驗中除應遵循已有規程規范(WJM:0035—1994《水利水電工程輕燒氧化鎂材料品質技術要求》、WJM: 0023—1995《氧化鎂微膨脹混凝土筑壩技術暫行規定》、DB44/T 703—2010《外摻氧化鎂混凝土不分橫縫拱壩技術導則》、DB52/T720—2010《全壩外摻氧化鎂混凝土拱壩技術規范》)相關規定和要求外,還要特別重視以下問題:

6.1 設計方面

常規柱狀澆筑法與整體通倉澆筑法在設計上的最大差別是對施工期的混凝土水化熱溫度荷載的處理:①設計計算方法上,常規柱狀澆筑法在封拱前的溫度荷載,僅對各自壩塊產生變形與應力,不參加拱梁分載法的變位調整;而整體通倉澆筑法的溫度荷載要參加拱梁分載法的變位調整;②溫度應力控制指標的含義不同,常規柱狀澆筑法溫度應力的控制按σ≤εpEc/kf確定(εp為混凝土的極限拉伸值; Ec為混凝土的彈性模量;kf為安全系數),整體通倉澆筑法的溫度應力控制指標應包括施工期的溫度影響。除對溫度荷載的處理不同外,兩種方法的不同點還體現在外摻MgO混凝土自生體積膨脹變形的影響上,它貫穿施工期、運行期整個過程,設計時必須考慮這種影響。此外,在設計理念上也有創新:從傳統的控制設計工況、參數的設計方法,發展到考慮動態因素的仿真分析設計來確定拱壩布置、體形方案和施工澆筑方案等。設計實例可參考DB44/T 703—2010《外摻氧化鎂混凝土不分橫縫拱壩技術導則》中的計算方法部分。

6.2 試驗方面

外摻MgO混凝土材料試驗是實施外摻MgO混凝土快速筑壩技術的基礎,必須提前進行。應高度重視以下問題:①優選水泥品種及各種原材料;②優選設計混凝土的施工配合比,目的是要配制出抗拉強度高、變形能力較強、絕熱溫升較低的低彈高強混凝土;③必須進行壓蒸試驗,可參照規范DB44/T 703—2010或DB52/T 720—2010進行試驗;④必須進行混凝土自生體積變形試驗(應考慮不同溫度的影響);⑤提出滿足溫控設計要求的自生體積變形膨脹量和相應的MgO膨脹劑的安全摻量。

6.3 施工方面

①外摻MgO混凝土快速筑壩技術實行通倉連續快速澆筑混凝土,因此必須選擇高質量的機械設備,要能夠承受高強度運行工藝要求;②必須保證外摻MgO的均勻性,以確保混凝土體積安定性和長期運行安全性,實現設計要求的膨脹補償效應,外摻MgO混凝土均勻性質量標準以機口指標為準;③除滿足補償膨脹量外,在抗裂能力上要求優于常規混凝土,應采取綜合措施,優化施工混凝土配合比;④壩體溫度場影響膨脹量,所以要強調保溫、保濕和養護工作的重要性,以減小內外溫差,防止表面裂縫或貫穿性裂縫,預防寒潮襲擊時產生過大的溫度梯度而導致混凝土降溫速度減慢,從而有利于充分發揮膨脹補償作用;⑤必須嚴格控制原材料質量和準確的拌和時間(不少于4 min)及穩定的坍落度(3～5 cm),必須先平倉后振搗。施工中必須建立質量保證體系,尤其要特別重視加強適時監控管理,對混凝土拌制、運輸、澆搗等全過程進行嚴格的質量控制管理。要充分認識到施工是關鍵,這都是確保工程質量的關鍵所在,要做到精心組織、精密施工。

6.4 MgO的外摻方式及均勻性

膨脹水泥的制備目前主要是通過內含和外摻兩種方法來實現的。

6.4.1 內含高鎂水泥

在有高鎂石灰石或白云石礦源的水泥廠,有條件采用礦渣或鋼渣配料并摻擴化劑后,適當調整煅燒溫度和配方時,可提高生料中的MgO含量,直接燒制成高含氧化鎂的水泥,MgO摻量可在5％以內,經過壓蒸試驗合格可放寬到6％。采用這種方法可改變水泥的性質,有一定的膨脹量但較小,它解決不了溫控問題。由于原材料的均勻性難控制,水泥產品的穩定性可能較差。

6.4.2 外摻MgO水泥

可在工地拌和樓機口外摻MgO,也可在水泥廠外摻MgO。

a.工地拌和樓機口外摻MgO可分為干摻與水摻、內摻與外摻。為了確保均勻性及準確可靠,最好配備配制機具和自動化控制系統,必須加強適時監控管理。

b.在水泥廠外摻MgO可分為共磨法和共混法兩種。①共磨法按設計摻量將MgO半成品和水泥熟料一起入磨共同粉磨成高含MgO的水泥。大型工程采用水泥廠外摻優于在工地外摻,優點是摻量準確、可靠、均勻性好,是確保產品質量的有效方法,又可大大減輕施工現場的工作量。②共混法采用粉狀合格的MgO產品與水泥產品一起投入混和機共同混合成高鎂水泥,可在水泥廠混和,也可在工地混和。該方法能保證MgO材料的粒度不變化,但要確保其均勻性較難。

c.采用外摻法均要求水泥中的MgO含量越低越好(＜1％或＜1.5％),需要強調的是一律不用疊加法(即不計水泥中的MgO),其標準均以自生體積變形量為準。

6.4.3 外摻MgO的均勻性

應建立儲存MgO材料的干燥庫,在采用機具外摻自動化控制條件下,必須建立和健全質量保證體系,加強適時巡視監控管理。制定具體保證措施,要求稱量準確、靈敏,摻入準確,每班必須校核計量系統,嚴格執行規定拌和時間(一般4～5min),這是確保拌和均勻的關鍵。

可參照規范DB52/T720—2010中的有關規定進行MgO均勻性的快速檢測。外摻MgO混凝土均勻性質量標準以機口指標為準,倉面澆筑層少量的驗證均勻性檢測還是需要的,可取少量幾組作驗證性檢測(共磨法可省去此項工作)。

6.5 MgO膨脹劑的質量

a.MgO膨脹劑的質量按WJM:0035—1994《水利水電工程輕燒氧化鎂材料品質技術要求》的規定控制。具體物化指標為:①MgO的質量分數應大于或等于90％;②活性指標為(240±20)s;③CaO質量分數小于2％;④細度180孔目/in(0.080mm標準篩, 1 in=2.54 cm),篩余量小于或等于3％(即0.06～0.08 mm,對應250～180目);⑤燒失量小于或等于4％;⑥SiO2質量分數小于4％。煅燒溫度為(1100± 50)℃,保溫時間為0.5 h。

b.關于生產廠家的要求:①應采用部定點生產廠家產品(如遼寧海城析木鎮東方滑鎂公司),不得用非定點廠家產品;②應采用規模大的廠家產品(如遼寧海城牌樓鎮牌樓鎂礦公司,規模大,產品多,技術力量強,目前出口的非水工用產品的活性指標為224s,MgO質量分數大于91％,細度300目的占95％以上,具有開發價值);③若將旋窯與立窯產品比較,旋窯入窯礦粒小、煅燒均勻、溫度控制準確,產品質量的穩定性和膨脹量均優于立窯產品;④從總結工程應用效果看,需繼續深入MgO膨脹材料的研究工作,設法使其膨脹性能完全滿足水工混凝土的要求[24]。

7 結 語

本文通過對外摻MgO混凝土快速筑壩技術的基本理論、補償原理、實現方法及施工技術等方面的對比分析,論述了外摻MgO混凝土快速筑壩技術的特點以及該技術與傳統柱狀法的主要區別,并指出在設計、施工、試驗、壩體保溫和均勻性快速檢測等工作中應當重視的問題。通過總結大量研究結果,闡明了MgO材料的基本特性、完全水化膨脹的條件和影響因素以及在水泥中的膨脹機理,全面介紹了外摻MgO混凝土的基本物理力學與變形性能、自生體積膨脹變形的特點和規律以及對仿真計算的影響,同時扼要介紹了工程應用情況、應用條件以及技術經濟效益。在目前西部大開發、“西電東送”及國家優先開發水電的大好形勢下,我國西南豐富的水利資源必將得到充分開發利用,外摻MgO混凝土快速筑壩技術必將在我國水電工程建設中發揮巨大的作用。

[1]李承木.MgO混凝土自生體積變形的長期研究成果[J].水力發電,1998(6):53-57.(LI Chengmu.Study on the self-volume deformation of MgO concrete[J].Water Power,1998(6):53-57.(in Chinese))

[2]李承木.外摻MgO混凝土的基本力學與長期耐久性能[J].水利水電科技進展,2000,20(5):30-35.(LI Chengmu.Basic mechanics and long-term durability of concrete mixed with MgO[J].Advances in Science and Technology of Water Resources,2000,20(5):30-35.(in Chinese))

[3]陳其武,李曉新.氧化鎂混凝土筑壩技術文集[C].北京:水利水電規劃設計總院,1994.

[4]李承木,袁明道.外摻MgO微膨脹混凝土筑壩技術應用綜述[J].水利水電科技進展,2003,23(6):57-63. (LI Chengmu,YUAN Mingdao.Application of the dams constructionbyMgOconcretewithgentlevolume expansion[J].Advances in Science and Technology of Water Resources,2003,23(6):57-63.(in Chinese))

[5]李承木,李萬軍.外摻MgO混凝土快速筑拱壩技術及其應用[J].水利水電科技進展,2011,31(6):41-45. (LI Chengmu,LI Wanjun.Application of fast damming technology admixed with MgO expansive concrete in arch dams[J].Advances in Science and Technology of Water Resources,2011,31(6):41-45.(in Chinese))

[6]劉振威.外摻MgO混凝土不分橫縫快速筑拱壩新技術應用研究成果總報告[R].廣州:廣東省水利廳,2005.

[7]朱伯芳.論微膨脹混凝土筑壩技術[J].水力發電學報, 2000(3):1-13.(ZHU Bofang.On construction of dams by concrete with gentle volume expansion[J].Journal of HydroelectricEngineering,2000(3):1-13.(in Chinese))

[8]李承木.外摻重燒和輕燒MgO水泥凈漿試體的膨脹性能[J].水電工程研究,1998(4):7-11.(LI Chengmu. Expansion properties of re-burning and light burned mixed with MgO cement paste specimens[J].Hydropower Engineering Research,1998(4):7-11.(in Chinese))

[9]李承木,李萬軍.論氧化鎂膨脹材料的品質質量及膨脹性能[J].水電站設計,2005(3):95-99.(LI Chengmu, LI Wanjun.Discussion on quality＆expansiveness of expansive material-magnesium oxide[J].Design of Hydroelectric PowerStation,2005(3):95-99.(in Chinese))

[10]李承木,李曉勇,陳學茂.壓蒸條件對外摻MgO水泥砂漿和混凝土壓蒸膨脹率的影響[J].水利水電科技進展,2009,29(5):24-28.(LI Chengmu,LI Xiaoyong, CHEN Xuemao.Influence of pressure-braise system on the pressure-braise expansion ratio of concrete and cement mortar mixed with MgO[J].Advances in Science and Technology of Water Resources,2009,29(5):24-28.(in Chinese))

[11]金紅偉.混凝土中外摻氧化鎂安定摻量的研究[J].混凝土,2001(7):30-33.(JIN Hongwei.Research of adscititious oxide of magnesium safe quantity in the concrete[J].Concrete,2001(7):30-33.(in Chinese))

[12]李承木,陳學茂,李曉勇.關于外摻MgO混凝土壓蒸安定性試驗的幾個問題[J].廣東水利水電,2009(6):1-4.(LI Chengmu,CHEN Xuemao,LI Xiaoyong.Some problems related to autoclave tability test of concrete mixed magnesia[J].Guangdong Water Resources and Hydropower,2009(6):1-4.(in Chinese))

[13]李萬軍,李曉勇,陳學茂,等.外摻MgO混凝土壓蒸安定性試驗方法的探討[J].水電站設計,2010(1):67-71.(LI Wanjun,LI Xiaoyong,CHEN Xuemao,et al. Probing into admixed MgO concrete autoclave soundness test method[J].Design of Hydroelectric Power Station, 2010(1):67-71.(in Chinese))

[14]丁寶瑛,岳耀真,朱絳.摻MgO膨脹混凝土的溫度徐變應力分析[C]//丁寶瑛.大體積混凝土結構的溫度應力與溫度控制論文集.北京:兵器工業出版社,1991: 382-390.

[15]李承木.不同試驗溫度條件下MgO混凝土的自生體積變形研究[J].水電工程研究,1998(3):1-9.(LI Chengmu.Study on the self-volume deformation of MgO concrete under different test temperature conditions[J]. Hydropower Engineering Research,1998(3):1-9.(in Chinese))

[16]鄧敏,崔雪華,唐明述.水泥中氧化鎂的膨脹機理[R].南京:南京化工學院,1989.

[17]李承木.陳學茂.外摻MgO混凝土基本力學性能的溫度效應[J].水力發電,2006(8):31-33.(LI Chengmu, CHEN Xuemao.Temperature effect test of mechanics property of concrete mixed with MgO[J].Water Power,2006(8):31-33.(in Chinese))

[18]蔡為武.白山拱壩鉆孔取芯試驗成果分析與探討[J].水電站設計,1998(1):77-82.(CAI Weiwu.Test result analysis and discussion on boring for core at baishan arch dam[J].Design of Hydroelectric Power Station,1998 (1):77-82,97.(in Chinese))

[19]李承木.MgO混凝土自生體積變形的長期試驗研究成果[J].水力發電學報,1999(2):11-19.(LI Chengmu. Anexperimentalstudyoftheautogenousvolume deformationoftheMgOconcrete[J].Journalof Hydroelectric Engineering,1999(2):11-19.(in Chinese))

[20]袁明道,李承木,揚光華.MgO微膨脹混凝土自生體積變形的長期溫度效應研究與仿真計算模型的探討[C]//第18屆(2002年度)科研成果學術論文報告文集.廣州:廣東省水利水電科學研究院,2003:214-223.

[21]李承術.MgO微膨脹混凝土的基本性能研究[C]//陳其武,李曉新.氧化鎂混凝土筑壩技術文集.北京:水利水電規劃設計總院,1994:46-68.

[22]李承木.銅頭拱壩外摻氧化鎂混凝土的基本性能研究[C]//銅頭拱壩建設文集.成都:水利水電混凝土壩信息網,2004:71-84.

[23]李曉勇,李萬軍,李承木.關于對混凝土壓蒸安定性試驗若干影響因素的研究[J].水電站設計,2013(1): 104-109.(LI Xiaoyong,LI Wanjun,LI Chengmu.Study of several factors affecting concrete compression steaming stability testing[J].Design of Hydroelectric Power Station,2013(1):104-109.(in Chinese))

[24]李承木.論我國MgO混凝土筑壩技術的發展歷史與現狀[J].廣東水利水電,2012(9):1-7.(LI Chengmu. Development and status of MgO concrete dam technology [J].Guangdong Water Resources and Hydropower,2012 (9):1-7.(in Chinese))

Review of quick damming technology of MgO concrete

//LI Chengmu(Science Research Institute,CHIDI,CHECC,Chengdu610072,China)

This paper summarized the research achievements and engineering experience for the quick damming technology of the MgO concrete.The characteristics of quick damming technique of the MgO concrete and its difference from traditional cylindrical pouring methods were systematically reviewed based on the fundamental theories,compensation principles, realization measures,and construction technologies.Characteristics and expansion mechanism of the MgO-type expansive agent were illustrated.The basic physical and mechanical deformation properties,characteristics and patterns of autogenous volume deformation,and its influence on numerical simulations,engineering applications,and economic benefits as well as its application conditions were introduced respectively.Finally,the paper presents the problems concerning with the designs,constructions,experiments,and rapid detection of uniformity.

MgO concrete;quick damming technique;longitudinal fast pouring;MgO-type expansive agent;autogenous volume deformation

10.3880/j.issn.10067647.2013.05.019

TV42+4

A

10067647(2013)05008207

20121015 編輯:熊水斌)

李承木(1939—),男,四川內江人,教授級高級工程師,主要從事水工建筑材料科學及外摻MgO混凝土筑壩技術研究。E-mail: shby99@163.com