氧化镁膨胀剂在高坝混凝土中的应用

氧化镁膨胀剂在高坝混凝土中的应用

张乾坤

黔南州骨干水源工程建设服务中心 贵州都匀 558003

摘要：经济社会迅猛发展，使得科学技术得到很大进步，提高人们物质生活同时，一定程度上改变人们的思想观念。近年来，人们越来越关注氧化镁膨胀剂在高坝混凝土中的应用，要想实现氧化镁膨胀剂的有效应用，就需要对其进行仔细研究，更好地满足各项工作需求，基于此，本文主要阐述氧化镁膨胀剂生产，分析氧化镁膨胀剂作用机理，说明氧化镁膨胀剂在高坝混凝土中的应用，希望对相关人员有所帮助和借鉴，进一步促进氧化镁膨胀剂在高坝混凝土中的高效使用，节省施工成本，提升施工质量和施工效果。

关键词：氧化镁；膨胀剂；高坝；混凝土

现代社会发展条件下，要想保证高坝混凝土质量，就需要及时将氧化镁膨胀剂应用其中。主要应用包含混凝土防渗面板、基础和裂隙灌浆以及重力坝基础约束区等不同方面。通过大量试验得知，高坝混凝土有着体积大、水热化大等特点，有效将氧化镁膨胀剂应用其中，具有良好的延迟微膨胀特性，这一特性可以将混凝土本身抗裂能力加以提升，能够确保施工进度，提升施工质量以及节省施工成本。

1.工程概况

本项目主要以贵州都匀大河水库高为105m的拱坝为基础，根据混凝土温控要求，对高掺氧化镁在高坝应用的关键共性技术进行了研究，希望水工混凝土的氧化镁掺量从当时的3%～5.5%能够提高为6%～7%，从而将氧化镁混凝土自生体积膨胀量提高至（20～30）×10-6，以减少甚至取消混凝土分缝分块与预冷骨料、加冰拌合、坝体预埋冷却水管等温控措施，并在大河拱坝得到验证。

2.氧化镁膨胀剂生产

在高坝混凝土中，氧化镁膨胀剂主要组成部分包括白云岩、石灰石以及含有丰富的菱镁矿，在一定温度下将其煅烧，然后磨细，制作成粉末状，其颜色为白色，密度每克保持在2.9-3.3立方厘米，关于它的质量，有很多种评价方法，包括烧失量、氧化钙含量、细度、纯度以及活性指标等方面，此类质量指标与原材料品质、煅烧流程与设备有着很大关联。

通常情况下，氧化镁膨胀剂煅烧设备包含两种，分别是工业回转窑和反射窑，其温度和保温时间有着密切联系，保温时间随着温度的升高而升高，与此同时，活性指标也会随之增大，氧化镁晶体水化活性越小，就会使得水化速度越慢。通过回转窑对氧化镁进行生产，很容易对窑内温度控制，时间一般较短，出窑之后的颗粒也很细，烧失量小的同时，冷却速度也快，对于烧成的氧化镁质量来讲，也较为均匀，并且纯度超过了百分之九十，活性很高。如果对原料煅烧设备、温度以及入窑颗粒等进行有效调整，就可以将氧化镁膨胀剂的膨胀量和速率进行改变。目前，由于受不同因素的限制，只有少数水泥产可以产出氧化镁含量高的水泥，贵州构皮滩水电站大坝，它就是使用了含有氧化镁膨胀剂，使得高坝混凝土自身体积变形呈现出微膨胀型。

直接将粉状氧化镁膨胀剂和高坝混凝土其余材料进行有效混合进行搅拌，这些材料不但包含粉煤灰和砂子，而且包含碎石和水泥等，将其混合之后，按照高坝混凝土结构设计的实际需求，可以对收缩量进行补偿。利用氧化镁膨胀剂煅烧温度、设备以及保温时间以及具体的掺量进行适当调整，把高坝混凝土膨胀量和速率进行适当调节，通过这种方式配置的高坝混凝土，与普通混凝土相比而言，更加灵活与方便，可以为工程带来很大益处。

3.氧化镁膨胀剂作用机理

通过实践研究可以发现，在高温煅烧下的氧化镁晶体，也就是所说的方镁石，水化作用非常慢，在水化过程中，由于自身体积会出现膨胀，在某种条件下，这种膨胀也会出现延迟。水泥出现延迟性膨胀的来源与氧化镁水化形成的晶体有着很大关联。氧化镁水泥结石膨胀来源于晶体结晶生长压力和吸水肿胀力，在水化早期，晶体很小，水泥结石出现膨胀的重要动力就是晶体吸水肿胀力，随着晶体不断增大，其动力就会产生变化，由吸水肿胀力变成结晶生长压力。与此同时，晶体尺寸、形状以及位置也影响着氧化镁水泥结石膨胀量。高坝混凝土膨胀性能和氧化镁水泥结石，不但与膨胀剂掺量和质量有着紧密联系，而且还与混合材料种类、环境温度以及水泥熟料矿物组成有关。

4. 氧化镁膨胀剂在高坝混凝土中的应用

4.1高坝基础的应用

表1：基于不同MgO掺量、不同粉煤灰掺量的试件的压蒸膨胀率 （%）

最早的时候，氧化镁膨胀剂是应用在水电站的高坝基础方面，氧化镁掺量和混凝土体积都要保持在工程要求范围内。然而，由于氧化镁被人们当做是一种有害物质，经常被禁止使用，那时候，在各项工程建设中，人们非常谨慎，除了咨询过各类专家之外，还进行反复多次试验。以大河水库105米高碾压混凝土拱坝为例，研究人员在工程前期对碾压混凝土的氧化镁的安定掺量研究做很多实验，主要是依据根据《全坝外掺氧化镁混凝土拱坝技术规范（DB 52/T 720-2010）》，采用“砂浆压蒸法”成型水泥砂浆压蒸试件和测试试件的压蒸膨胀率，如表1所示，基于不同氧化镁掺量和不同粉煤灰掺量的试件的压蒸膨胀率也会有所不同，在相同MgO掺量下，粉煤灰掺量增大，试件的压蒸膨胀率降低，即粉煤灰对试件的压蒸膨胀变形具有明显的抑制作用。最终根据混凝土的绝热温升、极限拉伸以及膨胀变形确立了氧化镁的实际掺量，经过多项研究得出，大河水库拱坝的氧化镁掺量为6.5％。其有效应用，在一定程度上减少了混凝土的分块和分缝现象。不但降低工程成本，节约时间，还提升工程质量，实现经济效益与社会效益的有机统一。

4.2注意事项

氧化镁膨胀剂在高坝混凝土中，除了可以应用在水电水利工程外，还适应于民用建筑、交通工程以及工业各个方面，根据大量实践表明，对于水泥砂浆或者混凝土有防渗和抗裂要求，或者施工环境受到限制的这类工程，都可以使用氧化镁膨胀剂。比如地下油罐、停车场、地铁以及防水屋面等。在实际使用过程中，不但要关注实际工程的需求和使用的相关原材料，而且还应有效结合具体应力补偿，对膨胀量进行仔细分析和决定，可以利用实验进行，比如，在室内进行实验，将氧化镁膨胀剂适宜掺量加以确定。在确定过程中，要严格按照国家出台的相关法律规范进行。主要目的就是为了避免氧化镁在高坝混凝土使用中出现过量情况，造成混凝土产生过度膨胀，从而损害高坝混凝土本身结构，对建筑物安全造成严重威胁。除此之外，还要重视氧化镁膨胀剂自身的质量，密切关注氧化镁保管、运输以及施工组织管理等各项工作，确保氧化镁这一膨胀剂不会受到外界自然环境影响而产生受潮。

结语：综上所述，对于氧化镁膨胀剂，要想实现其在高坝混凝土中的有效应用，就需要相关人员在不断的历史经验中进行总结和仔细分析，将其更好地应用在各项工程当中，从而发挥其最大优势，为高坝混凝土奠定良好的基础。提升高坝混凝土的延迟微膨胀和力学性能，将高坝混凝土出现和收缩变形加以补偿，从而提升其抗裂能力，为经济社会稳定运行创造有利条件，实现国民经济又好又快发展。

参考文献：

1. 陈伟, 宫喆, 杨进波. 氧化镁膨胀剂在大体积混凝土裂缝控制中的应用研究[J].建筑技术, 2019,(01):98-101.

2. 韩子华. 氧化镁膨胀剂在地下综合管廊混凝土裂缝控制中的应用[J].化工管理, 2020(30):2-3.

3. 纪宪坤, 王海龙, 阎培渝. CBMF 19—2017《混凝土用氧化镁膨胀剂》标准解读与应用[J]. 混凝土与水泥制品,2020,(06):99-102+107.

4. 张贞强, 刘国强, 王建林,等. 外掺氧化镁在普通混凝土中膨胀机理的研究[J]. 中国建材科技, 2020,(02):29-30+53.