外掺氧化镁混凝土拱坝施工技术的运用

蔡启华 毛兴建

中国水利水电第九工程局有限公司五分局 贵州贵阳 550008

摘要：江口县鱼粮水库大坝采用外掺氧化镁混凝土，是利用氧化镁独特的延迟性微膨胀特性来补偿混凝土的收缩和温度变形，坝体不设横缝，设两条诱导缝，简化温控措施，实现坝体混凝土通仓连续滚动快速浇筑。通过氧化镁混凝土和常规混凝土技术经济指标分析。在保证质量、安全的前提下，实现快速施工，并实现最大化降低施工成本的要求。

关键词：外掺氧化镁；简化温控措施；通仓连续浇筑；经济指标分析；配合比试验

1工程概况

江口县鱼粮水库工程大坝枢纽由右岸重力墩、大坝、坝顶溢流表孔、放空底孔、取水口等主要建筑物组成。

大坝坝型为C20混凝土双圆心双曲拱坝，水库总库容1500万m3，最大坝高50.00m，坝顶宽3.50m，最大坝底宽11.00m，大坝最低建基面EL.404.00m，起拱高程EL.406.00m，坝顶高程EL.454.00m。坝顶上游拱弧线长度134.48m，其中右半拱坝顶弧长66.87m，左半拱坝顶弧长67.60m。右坝肩设C20混凝土重力墩，墩长55.14m，最大墩高32.50m，墩顶宽度19.05m，重力墩最低建基面高程EL.421.50m，墩顶高程EL.454.00m。

2 氧化镁混凝土技术关键点和难点

（1） 氧化镁的掺入方式，以及其掺量。

（2） 氧化镁在混凝土中的均匀性。

（3） 砂石加工系统与拌合站匹配能力的确定及混凝土入仓方式选择。

3 项目关键技术

3.1 确定氧化镁的掺量

严格按设计掺量控制，并应进行砂浆压蒸试验，满足有关规程规范要求，本项目氧化镁外掺量为胶凝材料的5%。

3.2 确定氧化镁的掺入方式

氧化镁的掺入方式主要有内掺和外掺两种方式。内掺是在水泥生产过程中氧化镁与水泥共磨，目前氧化镁混凝土应用还不普遍，水泥厂一般没有专门的生产线，如采用内掺方式，需新增专用生产线加工，生产量不大，折算成本较高，但氧化鎂掺入均匀。外掺是在混凝土拌制过程中，氧化镁通过称量加入。氧化镁微溶于水，不能通过溶解水泵入；散装氧化镁按体积法加入，密度相差较大，加入量难以控制其精度。

本项目氧化镁使用量不大，每盘投入量很小，采用人工预先称量装袋，混凝土拌制时人工投入到上料斗中。

3.3 确定最佳投料顺序和拌制时间

按混凝土拌制生产工艺，氧化镁直接投入到骨料上料斗中，水泥、粉煤灰采用自动称量螺旋输入，拌制时间按90s控制，通过取样试验分析，氧化镁在混凝土中的均匀性良好。由于氧化镁混凝土的浇筑方式为台阶铺筑，混凝土坍落度按2～5cm控制。

4 项目创新点及运用后取得主要成果

4.1氧化镁混凝土配合比设计和试验

其配合比应满足施工图纸、技术文件规定的各项技术指标和施工工艺要求。粉煤灰掺量通过试验控制在35%以内；水灰比根据设计提出的混凝土强度、拉伸变形、绝热温升和抗冻性等要求，通过试验控制为0.5～0.6间。

表1 混凝土试配配合比

试验编号 氧化镁掺量（%） 水胶比 1m3混凝土材料用量（kg）

水 水泥 粉煤灰/掺量 氧化镁 减水剂RST-1 砂/砂率 碎石

5～20mm 20～40mm 40～80mm

YL5.0-1 5.0 0.50 140 196 84/30% 14.0 4.2 634/32% 404 538 404

YL5.0-2 0.55 140 178 77/30% 12.8 3.8 672/33% 409 545 409

YL5.0-3 0.60 140 163 70/30% 11.7 3.5 699/34% 407 544 407

备注 减水剂RST-1掺量为胶材重量的1.5%，三级配碎石比例掺量为30%：40%：30%（5～20mm：20～40m： 40～80mm），砂、碎石以饱和面干状态为基准。

表2 混凝土配合比试配性能

试验编号 氧化镁掺量（%） 水胶比 容重（kg/m3） 坍落度（mm） 抗压强度（MPa）

7d 28d 90d

YL5.0-1 5.0 0.50 2450 20 26.3 33.3 40.1

YL5.0-2 0.55 2440 25 24.2 28.9 34.3

YL5.0-3 0.60 2430 30 20.3 25.2 36.0

4.2 氧化镁混凝土施工配合比确定

采用压蒸安定性试验方法测定外掺氧化镁水泥因方镁石水化不均匀性致使混凝土的体积的变化，并据此确定外掺氧化镁在混凝土中允许的最大安全极限掺量，本项目氧化镁外掺量为胶凝材料的5%，并确定混凝土施工配合比如下。

表3 氧化镁混凝土施工配合比

项目 水灰比 1m3混凝土材料用量（kg）

水 水泥 氧化镁 粉煤灰 减水剂 砂 小石 中石 大石

C20砼

Ⅲ级配 0.6 140 163 11.7 70 3.5 699 407 544 407

4.3 氧化镁混凝土拌制及氧化镁掺入方式确定

采用强制式拌和机、配料机、自动称量系统拌制混凝土，氧化镁采用预先称量装袋、人工外掺方式投入料斗，每盘拌制时间通过试验确定为90s，配料精度满足规范要求，氧化镁掺量精确、均匀，操作简单，质量可控。

4.4氧化镁混凝土原材料质量控制

5氧化镁混凝土与常规混凝土浇筑工期比较

采用氧化镁混凝土施工工艺大坝主体计划480天，施工过程中由于受高温天气及超标洪水影响混凝土浇筑，封顶时间较计划完成时间晚两个月。但和常规混凝土相比在保证施工质量的前提下工期较常规混凝土提前。

6 经济技术指标

氧化镁混凝土简化温控措施、通仓连续浇筑与常规混凝土采取温控措施、柱状法浇筑的经济性比较。

表4 经济指标对比表

项目名称 Mg0 人工 拌制 温控 接缝

灌浆 横缝

模板 止水 细部

结构 横缝

冲毛

Mg0

混凝土 25.07 0.97 1.1

常态混凝土 7.87 7.76 6.83 3.72 2.43 1.89

7结语

氧化镁混凝土为我国首先研发应用，其技术达到世界领先水平。外掺氧化镁混凝土拱坝，是利用氧化镁独特的延迟性微膨胀特性来补偿混凝土的收缩和温度变形，坝体不设横缝，设两条诱导缝，简化温控措施，实现坝体混凝土通仓连续滚动快速浇筑。

通过氧化镁混凝土和常规混凝土技术经济指标分析；根据施工图纸、技术文件规定的各项技术指标和工艺要求，进行混凝土配合比的设计和生产性试验；原材料、拌和、运输、浇筑、养护等工艺管理，以试验、检测、监测等控制手段，在保证质量、安全的前提下，实现快速施工，并能满足最大化减少经济成本的要求。

结合以往氧化镁混凝土拱坝施工经验与教训，通过本项目，总结出一套先进、适用的施工方法，使氧化镁混凝土施工进一步规范化，在保证质量、安全的前提下，实现快速施工，并能满足最大化减少经济成本的要求，推动氧化镁混凝土施工技术进一步发展。

参考文献：

[1] 杨艾娟.外掺氧化镁微膨胀筑坝技术简述.水力发电，2004，3（11）；.

[2] 陈昌礼. 氧化镁混凝土筑坝技术的应用情况分析. 贵州水力发电，2005，（19）02；

[3] 徐琼.外掺氧化镁筑坝技术探讨.人民长江，2008（08）；

[4] 刘军.张文.氧化镁微膨胀混凝土研究及应用进展.河南水利与南水北调.2012（06）；