氧化鎂膨脹劑及其在大體積混凝土申的應用現行的混混凝土外加劑劑規范中，未未列入MgO膨脹劑。試試驗研究和工工程實踐證明明，在大體積積混凝土中摻摻入適量的M四膨脹劑，混混凝土具有良良好的力學性性能和延遲微微膨脹特性。充充分利用這種種特性，可以以補償混凝土土的收縮變形形，提高混凝凝土自身的抗抗裂能力，從從而達到簡化化大體積混凝凝土溫控措施施、加快施工工進度和節省省工程投資的的目的。為促促進MgO膨脹劑的推推廣應用，建建議將MgO膨脹劑列入入我國混凝土土外加劑類規規范中。引言普通混凝土土在硬化過程程中均會發生生體積收縮，最最常見的體積積收縮是由于于混凝土水分分的散失或濕濕度下降引起起的干縮和由由于水泥水化化熱的散失或或混凝土溫度度下降引起的的冷縮。當混混凝土的收縮縮值大于極限限變形值，收收縮變形引起起的拉應力大大于混凝土的的極限抗拉強強度時，混凝凝土將產生裂裂縫，導致混混凝土的整體體性、耐久性性下降。對于于大體積混凝凝土，干縮與與冷縮同時存存在，但由于于水泥水化產產生的熱量的的釋放過程緩緩慢，混凝土土從最高溫度度下降至穩定定溫度的時間間往往需要幾幾年至幾十年年[l]，因此冷縮縮比干縮更易易引起裂縫，危危害性也更大大。為防止混凝凝土產生裂縫縫，國內外學學者從利用混混凝土的限制制膨脹補償混混凝土的限制制收縮的立場場出發，研究究了一系列膨膨脹水泥和膨膨脹劑。如美美國的K型、M型、5型膨脹水泥泥和日本的專專門用于砂漿漿和混凝土的的膨脹劑。我我國對膨脹劑劑的研究也有有30多年的歷史史。目前列入入GB501119一2003混凝土外加加劑應用技術術規范》和JC476一2001《混凝土膨膨脹劑》的有有硫鋁酸鈣類類、氧化鈣類類、硫鋁酸鈣鈣一氧化鈣類類3類膨脹劑[2]。對于氧化化鎂(M四)膨脹劑，雖雖然在20世紀六七十十年代就有報報道[3-4]，但由于過過去工程應用用很少等原因因，我國未將將其列入規范范。1982年建成的吉吉林白山重力力拱壩，雖然然有60%以上的混凝凝土是在夏天天澆筑，但當當地氣候寒冷冷，基礎溫差差超過40℃，在蓄水前前進行大壩檢檢查時，卻未未發現基礎貫貫穿性裂縫，表表面裂縫也很很少，運行多多年后也未發發生裂縫漏水水現象。從原原型觀測資料料中發現，白白山拱壩混凝凝土在降溫階階段產生了自自生體積膨脹脹，抵消了大大壩在降溫過過程中產生的的體積收縮，抑抑制了大壩的的裂縫。后經經大量研究證證明，白山大大壩采用的內內含4.28%一4.38%氧化鎂(MgO)的撫順大壩壩水泥引起了了混凝土的膨膨脹，從而抑抑制了大壩混混凝土的裂縫縫[5]。白山拱壩壩混凝土出現現的這種現象象，使廣大工工程技術人員員深受啟發，再再次深思MgO這種“有害’物質的工程程利用價值，寄寄希望從解決決混凝土的“內因”著手，利用M扣膨脹劑的的延遲微膨脹脹特性，突破破傳統的從控控制混凝土的的溫度著手來來預防大體積積混凝土裂縫縫的理念，通通過調節混凝凝土的自生體體積變形來控控制混凝土的的裂縫。于是是，對MgO膨脹劑及其其應用的研究究一直持續至至今。1MgO膨脹脹劑的生產及及技術要求MgO膨脹脹劑是以富含含MgO的菱鎂礦(MgC003)、白云巖或或石灰石為原原料，經適宜宜溫度鍛燒后后磨細而成，白白色粉末狀，密密度2.9一3.3沙m3，其質量用用純度(MgO含量)、活性指標標、燒失量、細細度和氧化鈣鈣含量來評價價。這些質量量指標又與原原料的品質、鍛鍛燒設備、鍛鍛燒制度、緞緞燒流程等密密切相關。MgO膨膨脹劑的鍛燒燒設備常采用用工業反射窯窯(立窯)和回轉窯。M沙的燒成溫溫度越高，高高溫下的保溫溫時間越長，活活性指標越大大，則方鎂石石(MgO晶體)的水化活性性越小，水化化越慢。利用用回轉窯生產產MgO腳，窯內鍛鍛燒溫度容易易控制，燒成成時間短(45一60minn)，出窯的輕輕燒鎂砂粒度度較細(小于2mm的顆粒多于90%)，冷卻快，燒燒失量小，燒燒成的M沙質量比較較均勻，純度度大于90%，活性高。調調整原料的鍛鍛燒設備、鍛鍛燒溫度、高高溫下的保溫溫時間、入窯窯粒度等，即即可改變MgO膨脹劑的膨膨脹速率和膨膨脹量16)。若要生產產內含MgO量較高的水水泥，只需在在水泥生料中中摻入適量的的菱鎂礦，稍稍許改變水泥泥的鍛燒工藝藝和生產流程程即可。但是是，由于受料料源的限制，目目前只有極少少數的水泥廠廠家能夠生產產內含M沙量較高的的水泥。長江江三峽水利樞樞紐二、三期期工程，貴州州構皮灘水電電站大壩等，均均使用了內含含MgO為3.5%一5.0%的微膨脹型型中熱水泥，其其混凝土的自自生體積變形形均呈微膨脹脹型間。直接將粉狀狀MgO膨脹劑與混混凝土的其它它原材料(如水泥、碎碎石、砂子、粉粉煤灰等)一起攪拌而而成的混凝土土，可以根據據混凝土結構構設計要求的的補償收縮量量，通過調整整MgO膨脹劑的緞緞燒設備、燒燒成溫度、高高溫下的保溫溫時間、摻量量、外摻混合合材的種類等等手段來調節節混凝土的膨膨脹速率和膨膨脹量。利用用這種方法配配制M沙微膨脹混混凝土，相對對使用內含MgO量較高的水水泥而言，方方便靈活，實實際工程應用用較多[9]。1994年，能源部部、水利部水水利水電規劃劃設計總院頒頒發了用于水水利水電工程程的輕燒M四膨脹劑的的技術要求—《水利水電電工程輕燒MgO材料品質技技術要求以行行)，見表1。2MgO膨脹脹劑的作用機機理南京工業大大學鄧敏教授授、崔雪華教教授、唐明述述院士等人通通過多年研究究后認為，經經過高溫鍛燒燒的方鎂石(MgO晶體)，水化作用用很緩慢，在在水化生成Mg(0HH)2過程中引起起的自生體積積膨脹出現得得較遲;由MgO水化而來的Mg(0HH):晶體的形成成和發展，是是水泥石產生生延遲性膨脹脹的源泉;MgO水泥結石的的膨脹能來自自于Mg(0HH):晶體的吸水水腫脹力和結結晶生長壓力力，水化早期期的Mg(0HH)2晶體很細小小，晶體的吸吸水腫脹力是是水泥結石膨膨脹的主要動動力，隨著Mg(0HH)2晶體的長大大，晶體的結結晶生長壓力力轉變為膨脹脹的主要動力力;MgO水泥結石的的膨脹量取決決于Mg(oHH)2晶體存在的的位置、形狀狀和尺寸。MgO水泥結石和和混凝土的膨膨脹性能主要要取決于MgO膨脹劑的質質量和摻量，其其次與環境溫溫度、混合材材的種類和摻摻量、水泥熟熟料的礦物組組成和游離CaO含量等因素素有關。3氧化鎂膨脹劑劑的技術效應應利用貴州水水泥廠42.5硅酸鹽水泥泥、清鎮電廠廠分選粉煤灰灰(l級)、人工砂石石料、海城MgO(理化性能指指標見表2)。在實驗室室拌制MgO混凝土配合合比見表3。配比中的MgO外摻量分別別為膠凝材料料總量百分數數，控制坍落落度為2－6cm。將編號為MMO、M1、M2的混凝土力力學性能實驗驗試件脫模后后放置于恒溫溫(20士2)℃、相對濕度度不低于95%的環境中養養護，變形試試件放置于恒恒溫(20士2)℃、絕濕環境境中養護，測測得混凝土試試件的力學性性能、體積變變形值G(t)及它們隨MgO摻量變化的的相對結果和和隨時間t變化過程曲曲線分別見表表4、表5，圖1。注:混凝土試試件28d齡期的抗滲滲標號均大于于1.ZMPPa。根據表4、表5分析，使用MgO膨脹劑后，混混凝土表現出出良好的力學學性能和延遲遲微膨脹特性性。(l)在在相同條件下下，外摻MgO膨脹劑的混混凝土各個齡齡期的力學性性能指標均比比未摻的高，并并隨著MgO摻量的增加加而增大。以以90d齡期為例，外外摻MgO膨脹劑的混混凝土的抗壓壓強度、抗拉拉強度、彈性性模量和極限限拉伸值均比比未摻的提高高6%-9%。(2)外外摻Mgo膨脹劑的混混凝土膨脹量量隨著齡期的的增長而增大大，主要的膨膨脹量發生在在齡期7一90d;膨脹速率則則是早期大，后后期小，在7一90d最大。以摻3.5%MMgO的混凝土為為例，在齡期期7d、90d、Za、3a、4.sa的膨脹量分分別是la齡期的0.21倍、0.73倍、1.03倍、1.06倍和1.07倍;在齡期28d以前的膨脹脹速率約為1.3×110-6/dd在齡期28d一la的膨脹速率率為(2-100)×100-630dd;在la以后，膨脹脹速率降至(1-3))×10--6/a。(3)MgO混混凝土的膨脹脹量隨著MgO摻量的增加加而增大。在在齡期28d、90d、la和4.5a，摻3.5%MMgO的混凝土的的膨脹量約為為摻2.5%的1.犯倍、1.26倍、1.24倍和1.22倍，約為未未摻的2.93倍、2.39倍、1.90倍和1.69倍。(4)MMgO混凝土的長期期自生體積膨膨脹變形是穩穩定的(見圖1)。從圖1可見見，對摻MgO膨脹劑的混混凝土歷時近近5a的測試值看看，膨脹量均均勻增長，膨膨脹過程曲線線無突變現象象，齡期la之后，膨脹脹曲線已基本本平穩，每年年的膨脹量僅僅增加(0.5--3)×110-6，且增長速速率逐漸趨于于零，沒有回回縮和無限膨膨脹趨勢。從從理論上講，MgO的水化反應應是漸進的不不可逆反應，其其水化產物Mg(OHH)2的穩定性高高，溶解度不不足Ca(OHH)2的1/20，因此MgO的水化反應應一旦完畢，膨膨脹變形即告告結束，并長長期保持穩定定狀態。工程實踐表表明，大體積積混凝土澆筑筑后，由于水水泥的硬化，散散發大量的熱熱量，使混凝凝土的溫度迅迅速上升。待待達到最高溫溫度后，隨著著熱量向外部部釋放，混凝凝土溫度將緩緩慢下降至一一個穩定溫度度，最高溫度度與穩定溫度度之差在20℃左右，需要要的補償收縮縮量約20×100-6。混凝土內內部溫度開始始下降的時間間一般是從混混凝土澆筑后后的7d起，持續時時間可達幾年年至幾十年(因混凝土的的熱傳導性能能差)。而MgO混凝土的膨膨脹主要發生生在大體積混混凝土的降溫溫收縮階段(即齡期7一90d)，之后，每每年的膨脹量量僅增加(0.5--3×10--6，并逐漸趨趨于穩定。因因此，利用好好MgO混凝土的延延遲微膨脹特特性，能夠補補償大體積混混凝土在降溫溫階段產生的的體積收縮，提提高混凝土自自身的抗裂能能力。然而，使使用硫鋁酸鈣鈣類、氧化鈣鈣類、硫鋁酸酸鈣一氧化鈣鈣類膨脹劑的的混凝土，其其在非水養護護環境中的膨膨脹變形主要要發生在早期期(一般為混凝凝土澆筑后的的1一7d內)，且之后大大多呈收縮狀狀態[2-3]，0]，難以滿足足補償大體積積混凝土冷縮縮的要求。另外，由圖圖1試樣MO可見，42.5級硅酸鹽水水泥本身具有有一定的延遲遲微膨脹性能能。這是因為為該硅酸鹽水水泥的MgO含量高達2.25%，超過了水水泥熟料中礦礦物相的可固固容量。若水水泥熟料中MgO含量較高，在在高溫鍛燒時時，部分MgO固熔在熟料料的礦物相中中(可固熔量一一般不超過2%)，這部分MgO不會使水泥泥硬化漿體產產生膨脹，超超過可固熔量量的部分MgO則形成方鎂鎂石晶體，在在水化生成Mg(0HH):的過程中引起起延遲性膨脹脹。4MgO膨脹脹劑的應用實實例4.1貴州東東風水電站拱拱壩基礎MgO膨脹脹劑率先應用用于1990年1月27日一3月27日澆筑的貴貴州省東風水水電站主體工工程的拱壩基基礎，MgO摻量為3.5%，混凝土體體積為1.36××104m33。由于MgO一直被看作作有害物質，當當時在主體工工程中應用MgO在國內外屬屬于闖禁區的的舉動，因此此，參建各方方非常慎重。除除在實驗室反反復試驗、進進行中間現場場試驗和專家家咨詢外，還還在混凝土內內部不同部位位埋設了10支無應力測測試計，以觀觀測混凝土的的長期變形情情況。東風水電站拱拱壩基礎采用用MgO混凝土澆筑筑后，減少了了分縫分塊，原原設計的5條橫縫修改改為3條，并取消消了縱縫，深深槽混凝土由由原設計的36個澆筑塊降降低為12個，并且省省去了水管冷冷卻和加冰拌拌合等常規溫溫控措施。經經歷了2個汛期的考考驗后，在1991年澆筑壩體體混凝土之前前，經清渣全全面檢查，未未發現裂縫，橫橫縫縫面和混混凝土與兩側側基巖的接觸觸面結合緊密密[11]。因此后來來取消了接縫縫灌漿，共節節省溫控費用用和灌漿費用用約25萬元人民幣幣。而且，該該基礎混凝土土比預計工期期提前45d澆完，兩岸岸壩肩的開挖挖得以提前進進行，為在第第2年澆筑壩體體混凝土奠定定了堅實基礎礎，保證了壩壩體混凝土的的施工工期，避避免了1年的工期損損失，間接經經濟效益非常常顯著。另外，長達達10年的原型監監測成果再次次表明，MgO混凝土的主主要膨脹量(約75%)發生在齡期7一90d內，且早期期膨脹速率大大，后期小，至la后，膨脹速率降至(0.1一1.5)×10-6/a，且增長速率逐漸趨于零，長期膨脹變形總是趨于穩定，沒有無限膨脹趨勢[l2]。東風水電站已投產12年，大壩至今運行良好，達到了預期目的。4.2MgO膨膨脹劑的推廣廣應用簡述自從東風拱拱壩基礎成功功應用MgO混凝土以來來，中國己有有30多個水利水水電工程使用用MgO膨脹劑，包包括貴州省內內的普定、洪洪家渡、索風風營、魚簡河河、落腳河水水電站、沙老老河水庫、三三江水庫、廣廣東省內的青青溪、飛來峽峽、壩美、長長潭水電站等等，應用部位位從重力壩基基礎約束區、碾碾壓混凝土壩壩基礎墊層、大大壩基礎回填填、混凝土防防滲面板，到到中型拱壩全全壩段;既有常態混混凝土，也有有碾壓混凝土土;壩型有重力力壩、拱壩、面面板堆石壩等等;MgO摻量為1.75%一5.75%，實測混凝凝土的自生體體積膨脹量多多在(50-2200)××10-6[[9]。正在建設中中的裝機容量量為60MW的貴州黃花花寨水電站，將將于2007年上半年澆澆筑碾壓混凝凝土拱壩，混混凝土體積量量為34萬m3，計劃于208年1月底全面澆澆筑完畢。該該工程將把MgO混凝土筑壩壩技術推向又又一個高峰，壩壩高突破10m，達到110m，壩體除設設誘導縫外，不不分橫縫，全全壩段使用MgO膨脹劑。MgO膨脹脹劑除用于水水利水電工程程外，還可用用于工業與民民用建筑工程程、地下工程程、交通工程程等。工程實實踐表明，凡凡是處于受約約束環境并對對混凝土或水水泥砂漿有抗抗裂或防滲要要求的工程部部位，均可使使用MgO膨脹劑。如如防水屋面、地地下停車場、地地下油罐、地地鐵、隧道、人人防工程、水水池、機場跑跑道路面、預預應力混凝土土、預應力錨錨索及錨桿孔孔回填、探洞洞回填、噴錨錨灌漿、基礎礎與裂縫灌漿漿、大壩縱縫縫與橫縫灌漿漿、井壁防滲滲層、管道搶搶修堵漏、工工程修補等。4.3應用MggO膨脹劑的注注意事項使用Mggo膨脹劑時，必必須結合具體體工程使用的的原材料和由由應力補償分分析決定的膨膨脹量，通過過室內試驗確確定