外摻氧化鎂混凝土拱壩施工技術的運用

蔡啟華 毛興建

中國水利水電第九工程局有限公司五分局 貴州貴陽 550008

摘要：江口縣魚糧水庫大壩采用外摻氧化鎂混凝土，是利用氧化鎂獨特的延遲性微膨脹特性來補償混凝土的收縮和溫度變形，壩體不設橫縫，設兩條誘導縫，簡化溫控措施，實現壩體混凝土通倉連續滾動快速澆筑。通過氧化鎂混凝土和常規混凝土技術經濟指標分析。在保證質量、安全的前提下，實現快速施工，并實現最大化降低施工成本的要求。

關鍵詞：外摻氧化鎂；簡化溫控措施；通倉連續澆筑；經濟指標分析；配合比試驗

1工程概況

江口縣魚糧水庫工程大壩樞紐由右岸重力墩、大壩、壩頂溢流表孔、放空底孔、取水口等主要建筑物組成。

大壩壩型為C20混凝土雙圓心雙曲拱壩，水庫總庫容1500萬m3，最大壩高50.00m，壩頂寬3.50m，最大壩底寬11.00m，大壩最低建基面EL.404.00m，起拱高程EL.406.00m，壩頂高程EL.454.00m。壩頂上游拱弧線長度134.48m，其中右半拱壩頂弧長66.87m，左半拱壩頂弧長67.60m。右壩肩設C20混凝土重力墩，墩長55.14m，最大墩高32.50m，墩頂寬度19.05m，重力墩最低建基面高程EL.421.50m，墩頂高程EL.454.00m。

2 氧化鎂混凝土技術關鍵點和難點

（1） 氧化鎂的摻入方式，以及其摻量。

（2） 氧化鎂在混凝土中的均勻性。

（3） 砂石加工系統與拌合站匹配能力的確定及混凝土入倉方式選擇。

3 項目關鍵技術

3.1 確定氧化鎂的摻量

嚴格按設計摻量控制，并應進行砂漿壓蒸試驗，滿足有關規程規范要求，本項目氧化鎂外摻量為膠凝材料的5%。

3.2 確定氧化鎂的摻入方式

氧化鎂的摻入方式主要有內摻和外摻兩種方式。內摻是在水泥生產過程中氧化鎂與水泥共磨，目前氧化鎂混凝土應用還不普遍，水泥廠一般沒有專門的生產線，如采用內摻方式，需新增專用生產線加工，生產量不大，折算成本較高，但氧化鎂摻入均勻。外摻是在混凝土拌制過程中，氧化鎂通過稱量加入。氧化鎂微溶于水，不能通過溶解水泵入；散裝氧化鎂按體積法加入，密度相差較大，加入量難以控制其精度。

本項目氧化鎂使用量不大，每盤投入量很小，采用人工預先稱量裝袋，混凝土拌制時人工投入到上料斗中。

3.3 確定最佳投料順序和拌制時間

按混凝土拌制生產工藝，氧化鎂直接投入到骨料上料斗中，水泥、粉煤灰采用自動稱量螺旋輸入，拌制時間按90s控制，通過取樣試驗分析，氧化鎂在混凝土中的均勻性良好。由于氧化鎂混凝土的澆筑方式為臺階鋪筑，混凝土坍落度按2～5cm控制。

4 項目創新點及運用后取得主要成果

4.1氧化鎂混凝土配合比設計和試驗

其配合比應滿足施工圖紙、技術文件規定的各項技術指標和施工工藝要求。粉煤灰摻量通過試驗控制在35%以內；水灰比根據設計提出的混凝土強度、拉伸變形、絕熱溫升和抗凍性等要求，通過試驗控制為0.5～0.6間。

表1 混凝土試配配合比

試驗編號 氧化鎂摻量（%） 水膠比 1m3混凝土材料用量（kg）

水 水泥 粉煤灰/摻量 氧化鎂 減水劑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

備注 減水劑RST-1摻量為膠材重量的1.5%，三級配碎石比例摻量為30%：40%：30%（5～20mm：20～40m： 40～80mm），砂、碎石以飽和面干狀態為基準。

表2 混凝土配合比試配性能

試驗編號 氧化鎂摻量（%） 水膠比 容重（kg/m3） 坍落度（mm） 抗壓強度（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 氧化鎂混凝土施工配合比確定

采用壓蒸安定性試驗方法測定外摻氧化鎂水泥因方鎂石水化不均勻性致使混凝土的體積的變化，并據此確定外摻氧化鎂在混凝土中允許的最大安全極限摻量，本項目氧化鎂外摻量為膠凝材料的5%，并確定混凝土施工配合比如下。

表3 氧化鎂混凝土施工配合比

項目 水灰比 1m3混凝土材料用量（kg）

水 水泥 氧化鎂 粉煤灰 減水劑 砂 小石 中石 大石

C20砼

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

4.3 氧化鎂混凝土拌制及氧化鎂摻入方式確定

采用強制式拌和機、配料機、自動稱量系統拌制混凝土，氧化鎂采用預先稱量裝袋、人工外摻方式投入料斗，每盤拌制時間通過試驗確定為90s，配料精度滿足規范要求，氧化鎂摻量精確、均勻，操作簡單，質量可控。

4.4氧化鎂混凝土原材料質量控制

5氧化鎂混凝土與常規混凝土澆筑工期比較

采用氧化鎂混凝土施工工藝大壩主體計劃480天，施工過程中由于受高溫天氣及超標洪水影響混凝土澆筑，封頂時間較計劃完成時間晚兩個月。但和常規混凝土相比在保證施工質量的前提下工期較常規混凝土提前。

6 經濟技術指標

氧化鎂混凝土簡化溫控措施、通倉連續澆筑與常規混凝土采取溫控措施、柱狀法澆筑的經濟性比較。

表4 經濟指標對比表

項目名稱 Mg0 人工 拌制 溫控 接縫

灌漿 橫縫

模板 止水 細部

結構 橫縫

沖毛

Mg0

混凝土 25.07 0.97 1.1

常態混凝土 7.87 7.76 6.83 3.72 2.43 1.89

7結語

氧化鎂混凝土為我國首先研發應用，其技術達到世界領先水平。外摻氧化鎂混凝土拱壩，是利用氧化鎂獨特的延遲性微膨脹特性來補償混凝土的收縮和溫度變形，壩體不設橫縫，設兩條誘導縫，簡化溫控措施，實現壩體混凝土通倉連續滾動快速澆筑。

通過氧化鎂混凝土和常規混凝土技術經濟指標分析；根據施工圖紙、技術文件規定的各項技術指標和工藝要求，進行混凝土配合比的設計和生產性試驗；原材料、拌和、運輸、澆筑、養護等工藝管理，以試驗、檢測、監測等控制手段，在保證質量、安全的前提下，實現快速施工，并能滿足最大化減少經濟成本的要求。

結合以往氧化鎂混凝土拱壩施工經驗與教訓，通過本項目，總結出一套先進、適用的施工方法，使氧化鎂混凝土施工進一步規范化，在保證質量、安全的前提下，實現快速施工，并能滿足最大化減少經濟成本的要求，推動氧化鎂混凝土施工技術進一步發展。

參考文獻：

[1] 楊艾娟.外摻氧化鎂微膨脹筑壩技術簡述.水力發電，2004，3（11）；.

[2] 陳昌禮. 氧化鎂混凝土筑壩技術的應用情況分析. 貴州水力發電，2005，（19）02；

[3] 徐瓊.外摻氧化鎂筑壩技術探討.人民長江，2008（08）；

[4] 劉軍.張文.氧化鎂微膨脹混凝土研究及應用進展.河南水利與南水北調.2012（06）；