黎耀貴,呂 鋒

(貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽 550002)

外摻MgO快速筑壩技術(shù)難點(diǎn)與實(shí)施建議

黎耀貴,呂 鋒

(貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)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(shù)原理、摻入方法及實(shí)施的控制難點(diǎn)，分析實(shí)施過程中存在的風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)合涼天溝水庫拱壩基本概況及目前工程建設(shè)模式采用的是傳統(tǒng)業(yè)主負(fù)責(zé)制的建設(shè)管理模式(業(yè)主主導(dǎo)，設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理配合)分析，提出建議類似項(xiàng)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(tài)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(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)采用MgO筑壩技術(shù)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(shù)均推廣應(yīng)用于總承包項(xiàng)目，以設(shè)計(jì)為主導(dǎo)，業(yè)主、施工單位、監(jiān)理單位配合完成，故實(shí)施外摻MgO技術(shù)關(guān)鍵在于集中的管理模式。目前涼天溝水庫工程建設(shè)模式采用的是傳統(tǒng)業(yè)主負(fù)責(zé)制的建設(shè)管理模式(業(yè)主主導(dǎo)，設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理配合)，設(shè)計(jì)單位只負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)工作。MgO快速筑壩技術(shù)對施工要求高，在此項(xiàng)目上應(yīng)用存在一定的不可控風(fēng)險(xiǎn)，有別于設(shè)計(jì)單位利用EPC(或PMC)全方位掌控(即設(shè)計(jì)主導(dǎo)，業(yè)主、施工、監(jiān)理配合)工程施工的管理協(xié)作模式。

2 外摻MgO快速筑壩技術(shù)原理及摻入方法

2.1 MgO膨脹補(bǔ)償原理

氧化鎂(MgO)由菱鎂礦(MgCO3)加熱至600 ℃以上分解而成。當(dāng)煅燒溫度1200 ℃以內(nèi)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(nèi)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(wěn)定期較長，表現(xiàn)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(dá)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(bǔ)償作用。

將高含MgO水泥或直接將粉狀MgO膨脹劑同生產(chǎn)混凝土的其他原材料一起攪拌，即可制得MgO混凝土。通過調(diào)節(jié)MgO膨脹劑的質(zhì)量和摻量來控制混凝土膨脹變形的速率、發(fā)生時間、穩(wěn)定時間、膨脹量等，從而補(bǔ)償混凝土溫降時產(chǎn)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(shù)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(shè)。

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(xì)后煅燒，使水泥成品中含MgO組分(一般為4%～6%)，簡稱共燒內(nèi)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(xiàn)場，將適量的MgO膨脹劑成品直接加入拌和機(jī)中，與水泥、砂子、石子、水等原材料一起拌制混凝土，簡稱機(jī)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(jù)工程實(shí)踐采用第二、三種方法在廠內(nèi)外摻，可利用水泥廠比較完備的生產(chǎn)流程系統(tǒng)與檢測稱量儀器，在生產(chǎn)過程中的輸送倒運(yùn)過程，可以進(jìn)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(diǎn)在于涼天溝拱壩水泥用量較少。水泥廠往往規(guī)模較大，讓其改進(jìn)工藝、流程專門生產(chǎn)符合大壩使用的水泥或者讓水泥廠配合廠內(nèi)外摻的額外費(fèi)用可能也較多。

第四種方法由于采用機(jī)口外摻MgO方式，可根據(jù)不同部位的邊界條件和應(yīng)力補(bǔ)償需要，通過調(diào)節(jié)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(diào)整混凝土膨脹變形的發(fā)生時間、穩(wěn)定時間、膨脹速率、膨脹量等[2]。所以，大多數(shù)工程均使用機(jī)口外摻MgO膨脹劑方式來生產(chǎn)MgO微膨脹混凝土。此種方法對現(xiàn)場施工管理要求較高，從原材料采購、保存至混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)，以及大壩變形監(jiān)測與評價等全過程均要求建立較強(qiáng)的質(zhì)量意識，全程監(jiān)控。

3 外摻MgO快速筑壩技術(shù)實(shí)施的控制難點(diǎn)

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(yán)格防止MgO存放期內(nèi)受潮結(jié)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(yīng)是密封的、不透氣的。庫內(nèi)地面應(yīng)比屋外高，四周排水暢通，避免水往庫內(nèi)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(nèi)的均勻性

MgO在混凝土內(nèi)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(bǔ)償不足，膨脹量不均勻?qū)⑵茐幕炷羶?nèi)部結(jié)構(gòu)，致使混凝土破壞[3]。因此，施工單位必須嚴(yán)格通過相應(yīng)的工程措施控制混凝土內(nèi)MgO的均勻性，不滿足要求的混凝土拌和物禁止?jié)仓?，確保MgO混凝土質(zhì)量。

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，要獲得均勻性滿足要求的MgO混凝土產(chǎn)品，首先需要控制好原材料質(zhì)量，確保原材料符合設(shè)計(jì)要求；其次要求配置比較準(zhǔn)確的原材料稱量計(jì)量系統(tǒng)，實(shí)時監(jiān)控，防止部分原材料超量或者少量，影響混凝土質(zhì)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(shè)備可以調(diào)整拌和時間，不能調(diào)整拌和時間的攪拌機(jī)禁止使用。

正式施工前，必須進(jìn)行現(xiàn)場生產(chǎn)性拌和試驗(yàn)，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(chǎn)的拌和時間。在開始大壩混凝土澆筑后，每班組生產(chǎn)第一倉混凝土都需進(jìn)行機(jī)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(yàn)

混凝土膠凝材料中MgO總量>5%時，應(yīng)進(jìn)行壓蒸安定性試驗(yàn)。試驗(yàn)的目的在于確定混凝土中MgO的最大摻量。試驗(yàn)需模擬工地環(huán)境溫度進(jìn)行不同養(yǎng)護(hù)溫度下MgO混凝土的自生體積變形試驗(yàn)，提出混凝土的膨脹曲線作為仿真計(jì)算的基本資料。試驗(yàn)研究工作量大，試驗(yàn)周期長(按壩體混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)齡期，一般為90 d或180 d)，但必須進(jìn)行該項(xiàng)工作，以便給出指導(dǎo)施工使用混凝土的配合比。

3.4 MgO的現(xiàn)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(jì)算出MgO重量，投入拌和機(jī)。濕摻是設(shè)置一套自動攪拌裝置，布置在水斗中，當(dāng)MgO經(jīng)螺旋機(jī)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?dāng)嚢韬蠡旌铣蓱覞嵋阂黄鹜度牖炷翑嚢铏C(jī)拌和混凝土。MgO的現(xiàn)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(yǎng)護(hù)

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

(1)澆筑采用通倉連續(xù)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(yán)禁漏振和超振，這是確保工程質(zhì)量的關(guān)鍵。

施工過程中需按設(shè)計(jì)要求作好混凝土溫度控制工作，必要時準(zhǔn)備好溫度急劇變化時保護(hù)措施(覆蓋保溫材料)，防止混凝土開裂，并長期對混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)等。

3.6 安全監(jiān)測要求

MgO混凝土拱壩的安全監(jiān)測除常規(guī)的監(jiān)測外，還應(yīng)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(fā)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(yīng)自儀器埋設(shè)后隨即展開，中間不能停頓。

4 外摻MgO快速筑壩現(xiàn)場應(yīng)用模式建議

根據(jù)前述內(nèi)容與工程實(shí)踐，要控制好MgO混凝土大壩工程施工質(zhì)量，首先，需要從勘察設(shè)計(jì)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(yàn)，按試驗(yàn)取得的有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)開展工程施工有限元仿真計(jì)算工作，確定最終的混凝土配合比以完成設(shè)計(jì)技術(shù)文件。其次，依據(jù)設(shè)計(jì)文件及工程現(xiàn)場條件編制專項(xiàng)施工技術(shù)方案，對施工單位、監(jiān)理、檢測以及現(xiàn)場管理等人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，做好現(xiàn)場人員準(zhǔn)備工作。第三是組織好現(xiàn)場施工，跟蹤、指導(dǎo)、評價、調(diào)整、控制好現(xiàn)場各個環(huán)節(jié)所有人員、工序等。最后是做好混凝土澆筑后的養(yǎng)護(hù)管理與監(jiān)測、評價，以及開展驗(yàn)收等相關(guān)工作。

5 結(jié) 論

由于外摻MgO混凝土筑壩對工程質(zhì)量控制的要求比常規(guī)混凝土筑壩工程高得多，風(fēng)險(xiǎn)也大。從風(fēng)險(xiǎn)可控的角度考慮，一直以來僅用于總承包項(xiàng)目，即業(yè)主授權(quán)，以設(shè)計(jì)為主導(dǎo)，施工、監(jiān)理等單位配合完成。類似工程施工單位和監(jiān)理單位沒有外摻MgO混凝土筑壩的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)較大。因此，建議類似項(xiàng)目業(yè)主單就MgO混凝土筑壩部分的工程內(nèi)容采用項(xiàng)目管理模式，授權(quán)設(shè)計(jì)單位主導(dǎo)，監(jiān)理、施工配合進(jìn)行，按預(yù)定質(zhì)量、進(jìn)度目標(biāo)完成工程建設(shè)。

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

[2] 陳昌禮. 氧化鎂混凝土筑壩技術(shù)應(yīng)用情況分析.貴州水力發(fā)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(fā)電學(xué)報(bào),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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。E-mail:81756512@qq.com。

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