[01443683]高掺MgO混凝土的研究与应用示范

1.课题来源与背景 本课题为贵州省教育厅“125”重大科技专项计划项目。 大量的试验研究和工程实践表明,将轻烧氧化镁（MgO）膨胀材料适量掺入混凝土中拌制而成的MgO混凝土,其自生体积变形具有良好的延迟微膨胀特性,且膨胀变形主要发生在混凝土的温降收缩阶段。利用这种性能,可以补偿水工大体积混凝土在漫长温降过程中产生的体积收缩,从而提高混凝土自身的抗裂能力,简化大体积混凝土的温控措施,并缩短工期,节约投资,具有显著的经济效益和社会效益。但目前发现利用MgO混凝土新材料筑坝存在的一个明显问题——混凝土的实际膨胀量不能完全补偿大体积混凝土的温降收缩量。这导致混凝土大坝浇筑时仍不敢大胆地全面取消分缝分块,更不敢将外掺MgO混凝土应用于大中型水利水电工程全坝段,最多是在设置诱导缝的情况下,将MgO混凝土应用于中型拱坝全坝段。造成这种情况的主要原因是现行的确定混凝土中MgO掺量的方法——《水泥压蒸安定性试验方法（GB/T750-1992）》,束缚了MgO掺量的提高。因此,本课题旨在科学合理地适当提高坝体混凝土中的MgO掺量,进一步增大混凝土的延迟膨胀量,以达到简化温控措施、加快施工进度、节省工程投资的目的。 2.技术原理及性能指标 本项目在确定混凝土中MgO的安定掺量时,同时制作了水泥砂浆、一级配混凝土、模拟净浆、模拟砂浆作为压蒸试件来进行压蒸试验。压蒸试验的依据是压蒸原理,让本来在混凝土中需要经历漫长时间才能反应完毕的MgO在高温高压下迅速膨胀完毕。之后,对各种压蒸试件的压蒸膨胀率进行分析,再采用模拟砂浆试件压蒸膨胀率随MgO掺量变化曲线的拐点对应的MgO掺量来判定MgO极限掺量（即“模拟砂浆压蒸法”）。最后,按照满足设计要求性能的原则,结合黄家寨拱坝工程是首次将混凝土的MgO掺量突破6.0%的实际情况,遵循保障工程安全的原则,经与设计方共同研究,推荐了用于示范工程的混凝土实验室配合比,MgO实际掺量为6.5%。 3.技术的创造性与先进性 黄家寨拱坝是国内外首例全坝段外掺MgO达6.5%的高掺MgO混凝土挡水坝,它突破了坝体混凝土中MgO掺量不超过6%的限制。在大坝混凝土施工时,仅采取搭遮阳棚、仓面喷雾等简易温控措施,省去了预冷骨料、加冰拌和混凝土、分缝分块与跳仓浇筑混凝土、坝体内部预埋冷却水管冷却混凝土等传统的温控措施,并在高温季节连续施工,且全坝取消了横缝,原设计的4条诱导缝降至2条。大坝蓄水发电至今已5年多,经历了多次度汛考验,坝体混凝土没有发现危害性裂缝,大坝运行良好,达到了进一步提高混凝土抗裂能力、简化温控措施、加快施工进度、节约工程投资的目的。 4.技术的成熟程度及适用范围 贵州黄家寨拱坝的挡水建筑物为混凝土双曲拱坝,坝体混凝土体积为2.46×104m3,最大坝高69m,电站为Ⅳ等小（1）型工程。从现场抽样检测的统计结果看,外掺MgO混凝土的坍落度、90d龄期的抗压强度、抗渗等级、极限拉伸变形的抽检结果满足设计要求;从原型观测结果看,坝体MgO混凝土的自生体积变形测值、最高温升值同室内测值基本稳合,混凝土的自生体积膨胀变形在龄期4年左右趋于稳定,最大开度及其发生位置与设计按照提高MgO掺量后计算的坝体应力场基本一致。从2016年3月发电到2021年,黄家寨拱坝已经历了多次汛期的洪水考验,目前运行正常。 黄家寨高掺MgO混凝土的成功,使高掺MgO混凝土的理论研究成果得到工程实践的检验,标志着高掺MgO混凝土研究获得重大进展,这对推广高掺MgO混凝土和更好更快更省地建设水利工程挡水坝,具有重大推动作用。 5.需要进一步研究的问题 本项目首次提出高掺MgO混凝土,即混凝土中MgO外掺量占胶凝材料总量大于6%的混凝土。希望有更多同行结合具体工程研究高掺MgO混凝土,包含宏观性能、微观性能,尤其是5年以上龄期的变形性能等。