外摻MgO快速筑壩技術難點與實施建議

黎耀貴,呂 鋒

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550002)

外摻MgO快速筑壩技術難點與實施建議

黎耀貴,呂 鋒

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550002)

本文針對涼天溝水庫外摻MgO混凝土拱壩，從外摻MgO快速筑壩技術原理、摻入方法及實施的控制難點，分析實施過程中存在的風險。結合涼天溝水庫拱壩基本概況及目前工程建設模式采用的是傳統業主負責制的建設管理模式(業主主導，設計、施工、監理配合)分析，提出建議類似項目采用的管理模式。

涼天溝水庫；拱壩；MgO混凝土

1 涼天溝水庫工程概況

涼天溝水庫壩型為C20常態混凝土外摻MgO雙曲拱壩，泄洪方式采用表孔自由溢洪，取(放)水口布置在大壩左壩段，緊靠溢洪道布置。壩頂長167.77 m，壩頂寬5 m，壩底最大寬度14 m，最大壩高60.2 m，壩體混凝土方量4.5萬m3。

涼天溝水庫拱壩初步設計階段設計采用MgO筑壩技術作為壩體的主要的溫控手段。一直以來全壩外摻MgO快速筑壩技術均推廣應用于總承包項目，以設計為主導，業主、施工單位、監理單位配合完成，故實施外摻MgO技術關鍵在于集中的管理模式。目前涼天溝水庫工程建設模式采用的是傳統業主負責制的建設管理模式(業主主導，設計、施工、監理配合)，設計單位只負責設計工作。MgO快速筑壩技術對施工要求高，在此項目上應用存在一定的不可控風險，有別于設計單位利用EPC(或PMC)全方位掌控(即設計主導，業主、施工、監理配合)工程施工的管理協作模式。

2 外摻MgO快速筑壩技術原理及摻入方法

2.1 MgO膨脹補償原理

氧化鎂(MgO)由菱鎂礦(MgCO3)加熱至600 ℃以上分解而成。當煅燒溫度1200 ℃以內時，MgO遇水易水化生成Mg(OH)2，此時其體積增加90%～120%。因此，將MgO摻入混凝土內拌和形成的混凝土具有膨脹性能。由于MgO的水化速度較慢，混凝土的膨脹穩定期較長，表現為28 d以后的后期微膨脹，這一后期的微膨脹與大體積混凝土的水化熱達到峰值以后的溫降過程同步相似，起到混凝土溫降收縮的補償作用。

將高含MgO水泥或直接將粉狀MgO膨脹劑同生產混凝土的其他原材料一起攪拌，即可制得MgO混凝土。通過調節MgO膨脹劑的質量和摻量來控制混凝土膨脹變形的速率、發生時間、穩定時間、膨脹量等，從而補償混凝土溫降時產生的體積收縮，提高混凝土自身的抗裂能力。利用MgO快速筑壩技術可簡化大體積混凝土的溫控措施，有效防止混凝土裂縫，縮短工期，加快工程建設。

2.2 在混凝土中摻入MgO的方法

MgO摻入混凝土的方法有以下四種：

(1)在配制水泥生料時，摻入適量的菱鎂礦或高鎂石灰石或白云石，然后與其他生料共同磨細后煅燒，使水泥成品中含MgO組分(一般為4%～6%)，簡稱共燒內含MgO水泥或高含MgO水泥。

(2)在水泥熟料磨制水泥成品的過程中，加入適量的MgO熟料(即輕燒鎂砂半成品),與水泥熟料共同粉磨，簡稱共磨外摻MgO水泥。

(3)在水泥廠將適量的粉狀MgO膨脹劑與水泥成品事先混合均勻，簡稱共混外摻MgO水泥或廠摻MgO水泥。

(4)在混凝土拌和現場，將適量的MgO膨脹劑成品直接加入拌和機中，與水泥、砂子、石子、水等原材料一起拌制混凝土，簡稱機口外摻MgO混凝土。

第一種方法由于水泥鍛燒溫度過高，MgO膨脹性性能受到一定限制。后三種方法使混凝土含有MgO的方法均為外摻MgO。

根據工程實踐采用第二、三種方法在廠內外摻，可利用水泥廠比較完備的生產流程系統與檢測稱量儀器，在生產過程中的輸送倒運過程，可以進一步混合MgO與水泥，均勻性控制得較好[1]。但這兩種方法的缺點在于涼天溝拱壩水泥用量較少。水泥廠往往規模較大，讓其改進工藝、流程專門生產符合大壩使用的水泥或者讓水泥廠配合廠內外摻的額外費用可能也較多。

第四種方法由于采用機口外摻MgO方式，可根據不同部位的邊界條件和應力補償需要，通過調節MgO的煅燒溫度、保溫時間、窯型、原料入窯粒度和MgO膨脹劑的摻量等，比較靈活地調整混凝土膨脹變形的發生時間、穩定時間、膨脹速率、膨脹量等[2]。所以，大多數工程均使用機口外摻MgO膨脹劑方式來生產MgO微膨脹混凝土。此種方法對現場施工管理要求較高，從原材料采購、保存至混凝土澆筑、養護，以及大壩變形監測與評價等全過程均要求建立較強的質量意識，全程監控。

3 外摻MgO快速筑壩技術實施的控制難點

3.1 MgO的儲存

MgO易受潮，必須采取防潮措施，施工過程中必須嚴格防止MgO存放期內受潮結塊。失去活性的MgO不允許使用。

施工單位需要建立儲存MgO的干燥總庫。干燥庫應是密封的、不透氣的。庫內地面應比屋外高，四周排水暢通，避免水往庫內倒灌。要求有防雨棚的裝卸汽車，防止裝車卸車時MgO被雨淋濕受潮。

3.2 MgO在混凝土內的均勻性

MgO在混凝土內的均勻性非常重要，局部超量會引起混凝土過度膨脹，局部過少會使補償不足，膨脹量不均勻將破壞混凝土內部結構，致使混凝土破壞[3]。因此，施工單位必須嚴格通過相應的工程措施控制混凝土內MgO的均勻性，不滿足要求的混凝土拌和物禁止澆筑，確保MgO混凝土質量。

根據工程經驗，要獲得均勻性滿足要求的MgO混凝土產品，首先需要控制好原材料質量，確保原材料符合設計要求；其次要求配置比較準確的原材料稱量計量系統，實時監控，防止部分原材料超量或者少量，影響混凝土質量；控制好拌和物的均勻性，主要是通過拌和時間控制，要求拌和設備可以調整拌和時間，不能調整拌和時間的攪拌機禁止使用。

正式施工前，必須進行現場生產性拌和試驗，將拌和出混凝土中MgO均勻性符合要求的時間，作為用于生產的拌和時間。在開始大壩混凝土澆筑后，每班組生產第一倉混凝土都需進行機口取樣檢測混凝土的拌和均勻性。只有均勻性滿足要求的混凝土才能入倉使用。

3.3 MgO混凝土配合比試驗

混凝土膠凝材料中MgO總量>5%時，應進行壓蒸安定性試驗。試驗的目的在于確定混凝土中MgO的最大摻量。試驗需模擬工地環境溫度進行不同養護溫度下MgO混凝土的自生體積變形試驗，提出混凝土的膨脹曲線作為仿真計算的基本資料。試驗研究工作量大，試驗周期長(按壩體混凝土強度設計齡期，一般為90 d或180 d)，但必須進行該項工作，以便給出指導施工使用混凝土的配合比。

3.4 MgO的現場投料

MgO屬于不溶于水的粉劑，最好是拌和樓自動控制，電子秤稱量投料。人工投料有“干摻”與“濕摻”兩種方法。干摻是按每一次拌和混凝土量計算出MgO重量，投入拌和機。濕摻是設置一套自動攪拌裝置，布置在水斗中，當MgO經螺旋機給料，稱量完畢后，自動投入到拌和水箱中，攪拌器把MgO、外加劑加水攪拌后混合成懸濁液一起投入混凝土攪拌機拌和混凝土。MgO的現場投料無論是電子秤稱量投料還是人工投料誤差(偏差)要求均<1%。

3.5 MgO混凝土澆筑與養護

外摻MgO混凝土為干硬性混凝土，其澆筑要求與常態混凝土有一定差異，主要體現在兩個方面：

(1)澆筑采用通倉連續澆筑。一旦開始澆筑施工，中途不得停止。

(2)必須采用高頻振搗器振搗。必須高度重視振搗工作，嚴禁漏振和超振，這是確保工程質量的關鍵。

施工過程中需按設計要求作好混凝土溫度控制工作，必要時準備好溫度急劇變化時保護措施(覆蓋保溫材料)，防止混凝土開裂，并長期對混凝土進行養護等。

3.6 安全監測要求

MgO混凝土拱壩的安全監測除常規的監測外，還應重視其特殊性。MgO混凝土的膨脹變形在混凝土澆筑后即開始發生。因此，對MgO混凝土自生體積變形觀測、壩體溫度場觀測的工作應自儀器埋設后隨即展開，中間不能停頓。

4 外摻MgO快速筑壩現場應用模式建議

根據前述內容與工程實踐，要控制好MgO混凝土大壩工程施工質量，首先，需要從勘察設計工作開始，以擬選擇的混凝土骨料、水泥、粉煤灰、外加劑、輕燒MgO等開展試驗，按試驗取得的有關試驗數據開展工程施工有限元仿真計算工作，確定最終的混凝土配合比以完成設計技術文件。其次，依據設計文件及工程現場條件編制專項施工技術方案，對施工單位、監理、檢測以及現場管理等人員進行技術培訓，做好現場人員準備工作。第三是組織好現場施工，跟蹤、指導、評價、調整、控制好現場各個環節所有人員、工序等。最后是做好混凝土澆筑后的養護管理與監測、評價，以及開展驗收等相關工作。

5 結 論

由于外摻MgO混凝土筑壩對工程質量控制的要求比常規混凝土筑壩工程高得多，風險也大。從風險可控的角度考慮，一直以來僅用于總承包項目，即業主授權，以設計為主導，施工、監理等單位配合完成。類似工程施工單位和監理單位沒有外摻MgO混凝土筑壩的經驗，實施風險較大。因此，建議類似項目業主單就MgO混凝土筑壩部分的工程內容采用項目管理模式，授權設計單位主導，監理、施工配合進行，按預定質量、進度目標完成工程建設。

[1] 楊強.外摻氧化鎂快速筑拱壩技術在老江底水電站大壩上的應用與管理.貴州水力發電，2012，26(3):41-44.

[2] 陳昌禮. 氧化鎂混凝土筑壩技術應用情況分析.貴州水力發電,2015(4):51-53.

[3] 陳昌禮.外摻氧化鎂混凝土的均勻性檢測與評價.水力發電學報,2007(4):75-78.

黎耀貴(1983-)，男,壯族，廣西賓陽人，工程師，主要從事水工結構設計工作。E-mail:81756512@qq.com。

TV642.4

A

2096-0506(2017)06-0055-03