近幾年來(lái)，用外摻輕燒氧化鎂微膨脹混凝土的延期膨脹性能來(lái)補(bǔ)償混凝土的溫度應(yīng)力，是混凝土防裂筑壩技術(shù)之一，其優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)化了溫控措施，降低了工程造價(jià)，可以有效地防止基礎(chǔ)混凝土產(chǎn)生裂縫；同時(shí)可以減少澆筑塊的分縫，加快工程的進(jìn)度等。外摻MgO 混凝土筑壩技術(shù)來(lái)源于生產(chǎn)工程實(shí)踐，經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期試驗(yàn)研究后提出，利用MgO 材料水化所釋放的化學(xué)能來(lái)解決大壩溫控問(wèn)題，突破了人們的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)。我國(guó)組織多學(xué)科共同攻關(guān)，經(jīng)過(guò)30多年的基礎(chǔ)理論和工程應(yīng)用研究，全面掌握了外摻MgO 混凝土的物理力學(xué)性能及長(zhǎng)期膨脹變形規(guī)律，在膨脹機(jī)理、變形性能、應(yīng)力補(bǔ)償理論、施工措施、均勻性控制及安定性試驗(yàn)方法等方面已形成了一套完整的筑壩理論體系，并在我國(guó)至少17個(gè)省50余個(gè)工程的不同部位得到應(yīng)用( 其中全壩外摻MgO 混凝土拱壩有14 座)且均獲得了成功^[1]。外摻氧化鎂技術(shù)可用于有抗裂和防滲要求的地下工程、高層建筑基礎(chǔ)、凡是有約束（鋼筋就是很好的約束）條件的工程都可采用MgO混凝土施工。采用復(fù)合型MgO材料對(duì)耐腐蝕、耐酸性、耐高溫能力更強(qiáng)，這種新材料可大大提高混凝土的耐久性能。如果推動(dòng)使用內(nèi)含MgO水泥還可充分利用高鎂礦山資源。所以我們呼吁新型MgO膨脹材料應(yīng)該在我國(guó)各系統(tǒng)得到廣泛宣傳推廣使用^[2]。

氧化鎂膨脹機(jī)理及防裂原理

一、氧化鎂膨脹機(jī)理

鄧敏等認(rèn)為，MgO水泥漿體的膨脹起因于Mg(OH)₂晶體的生成和發(fā)育，膨脹量取決于Mg(OH)₂晶體所在的位置、形狀和尺寸，膨脹能來(lái)自Mg(OH)₂晶體的吸水腫脹力和結(jié)晶生長(zhǎng)壓力，早期膨脹的主要驅(qū)動(dòng)力主要來(lái)自腫脹力，后期則主要來(lái)自結(jié)晶生長(zhǎng)壓力，粉煤灰水泥和礦渣水泥對(duì)MgO水泥漿體膨脹具有抑制作用主要是因?yàn)榉勖夯宜嗪偷V渣水泥漿體孔溶液的堿度低于硅酸鹽水泥漿體孔溶液的堿度， 如圖1所示，圖1（a）和（c）為高堿度孔溶液中Mg²⁺、OH^-和Mg(OH)₂的分布；圖1（b）和（d）為低堿度孔溶液中Mg²⁺、OH^-和Mg(OH)₂的分布。在高堿度環(huán)境下，OH^-濃度高，Mg2⁺向周?chē)鷶U(kuò)散的距離短，Mg(OH)₂ 在MgO 顆粒表面附近生長(zhǎng)，生長(zhǎng)相對(duì)集中，從而產(chǎn)生較大的膨脹（圖1（a）），反之，在低堿度環(huán)境下，Mg(OH)₂生長(zhǎng)區(qū)域較分散，因而產(chǎn)生的膨脹較小（圖1（b））^[3]。

二、防裂原理

在混凝土中摻入適量的特制的輕燒MgO，利用MgO水化所釋放的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，使混凝土產(chǎn)生自生體積膨脹，抵消其在溫降過(guò)程中的體積收縮，也就是利用其獨(dú)特的具有延遲性的、不可逆變形及長(zhǎng)期穩(wěn)定的微膨脹性能來(lái)補(bǔ)償大壩混凝土在溫降時(shí)的體積收縮和溫度變形。更確切地說(shuō)，就是利用MgO混凝土的限制膨脹來(lái)補(bǔ)償混凝土的限制收縮，達(dá)到防裂目的。也就是說(shuō)，MgO混凝土筑壩技術(shù)，是通過(guò)調(diào)節(jié)混凝土的自生體積變形來(lái)補(bǔ)償混凝土的溫度變形，拋棄了傳統(tǒng)的從控制混凝土的溫度著手來(lái)預(yù)防混凝土裂縫的理念。該項(xiàng)技術(shù)于1989 年9 月在貴陽(yáng)通過(guò)了由能源部組織的技術(shù)鑒定，鑒定意見(jiàn)認(rèn)為，本技術(shù)的實(shí)施，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，不僅可以簡(jiǎn)化溫控措施，有效防止基礎(chǔ)裂縫，而且可以縮短工期，是一項(xiàng)加快水利水電建設(shè)的有效措施，具有推廣應(yīng)用價(jià)值，該研究成果具有國(guó)際領(lǐng)先水平^[4][5]。

氧化鎂混凝土性能綜述^{[6][7] [8]}

一、氧化鎂混凝土的力學(xué)性能

力學(xué)性能是衡量混凝土性能的重要指標(biāo)之一，是混凝土微觀結(jié)構(gòu)在宏觀上的間接反映，而強(qiáng)度又是量化混凝土力學(xué)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。依據(jù)混凝土強(qiáng)度指標(biāo)可以直接判斷建筑物質(zhì)量是否滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，混凝土的抗拉強(qiáng)度又是大體積混凝土抗裂性的主要指標(biāo)。

工程調(diào)研資料表明， 各壩段和基礎(chǔ)墊層中外摻氧化鎂的摻量介于4.0%~6.0%， 外摻氧化鎂超量取代時(shí)，在相同條件下，混凝土各齡期的力學(xué)性能指標(biāo)均比未摻的高。一方面是由于氧化鎂水化體積膨脹使得混凝土結(jié)構(gòu)更加密實(shí)， 另一方面外摻氧化鎂使得混凝土單位膠材用量增加， 水灰比減小，從而導(dǎo)致強(qiáng)度提高。

李承木將齡期10年和12年的氧化鎂混凝土抗壓強(qiáng)度與其1a 強(qiáng)度比較，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度僅分別降低了3.1%和4.7%，說(shuō)明氧化鎂混凝土的長(zhǎng)期力學(xué)性能是穩(wěn)定的。

二、氧化鎂混凝土的變形性能

在相同應(yīng)變下，混凝土的彈性模量越小，產(chǎn)生的拉引力越小；混凝土的極限拉伸值越大，能夠提高混凝土抵抗更大的拉應(yīng)變；混凝土的徐變?cè)酱螅芨玫鼐徑馔獠亢奢d和溫度應(yīng)力對(duì)混凝土的破壞作用；混凝土干縮是混凝土收縮的主要因素，降低混凝土的干縮， 能更好地提高混凝土的抗裂性能；自生體積收縮量小，對(duì)混凝土抗裂有利；線(xiàn)膨脹系數(shù)越小，相同溫差下，產(chǎn)生的應(yīng)變就越小，從而帶來(lái)的拉應(yīng)力也越小。

2.1 氧化鎂混凝土的彈性模量

李承木針對(duì)氧化鎂混凝土的長(zhǎng)期性能研究表明， 外摻氧化鎂混凝土的彈性模量隨齡期延遲而增加，隨氧化鎂摻量的增加而稍有提高，但增長(zhǎng)率一般不超過(guò)10%。升溫養(yǎng)護(hù)時(shí)，氧化鎂混凝土的彈性模量也會(huì)增加。但上述試驗(yàn)外摻氧化鎂是超量取代水泥， 長(zhǎng)科院進(jìn)行氧化鎂等量取代水泥試驗(yàn)表明，經(jīng)過(guò)1a 水化齡期，外摻6%氧化鎂的混凝土抗壓彈模與未摻混凝土基本相當(dāng)。

2.2 氧化鎂混凝土的極限拉伸值

許多設(shè)計(jì)單位在壩工大體積混凝土設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常提出抗裂性要求， 通常以極限拉伸值來(lái)衡量混凝土抗裂能力的好壞。

錦屏一級(jí)水電站為了使混凝土具有一定的微膨脹性能，外摻一定數(shù)量的氧化鎂。氧化鎂摻量為3.0%、4.0%時(shí)， 混凝土的極限拉伸值分別從133×10^－6 增長(zhǎng)至137×10^－6 和142×10^－6。二灘(F1~F4)、銅頭(J1~J4)、沙牌(K1~K3)的試驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)、J、K 各級(jí)配混凝土的極限拉伸值均大于125×10^－6，且齡期越長(zhǎng)混凝土的極限拉伸值增長(zhǎng)幅度越大，齡期180d 混凝土的極限拉伸值較28d 增長(zhǎng)了15%~27%，有利于提高大壩溫控防裂。

2.3 氧化鎂混凝土的干縮

長(zhǎng)科院開(kāi)展溪洛渡大壩A 區(qū)和閘墩外摻氧化鎂混凝土研究表明，經(jīng)過(guò)1a 水化齡期，摻入6%活性指數(shù)為160s 輕燒氧化鎂，A 區(qū)和閘墩混凝土的干縮率較不摻氧化鎂混凝土分別減小了34×10^-6和32×10^-6，降低約8.8%和6.8%。外摻氧化鎂混凝土的干縮率比普通混凝土要小15%~22%。大量試驗(yàn)研究還表明， 摻粉煤灰同時(shí)摻氧化鎂能顯著減小干縮，于混凝土抗裂有利。

a 氧化鎂混凝土的自生體積變形

混凝土硬化過(guò)程中， 由于水泥水化而引起的體積變化稱(chēng)為自生體積變形。氧化鎂混凝土的自生體積變形主要是由化學(xué)收縮和自收縮引起的，一切影響混凝土化學(xué)收縮和自收縮的因素都會(huì)影響氧化鎂混凝土的自生體積變形， 而混凝土的化學(xué)收縮和自收縮主要來(lái)源于膠凝材料的水化。外摻氧化鎂對(duì)混凝土性能影響最為顯著的就是自生體積變形

b 氧化鎂混凝土的徐變

混凝土在持續(xù)應(yīng)力作用下，應(yīng)變隨持荷齡期延遲不斷增長(zhǎng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為混凝土的徐變。單位應(yīng)力作用下的徐變變形，稱(chēng)為徐變度。氧化鎂混凝土徐變的變形規(guī)律與普通混凝土徐變類(lèi)似， 均是隨加荷齡期延遲而減小，隨持荷齡期延遲而增加。其他條件相同時(shí)，外摻氧化鎂混凝土的徐變度較普通混凝土一般要大20%以上，氧化鎂摻量分別為5%和6%時(shí)， 氧化鎂混凝土較普通混凝土的徐變度分別增長(zhǎng)了22%和27%。外摻氧化鎂混凝土的徐變系數(shù)也大于普通混凝土，徐變系數(shù)大，表明混凝土受荷作用下應(yīng)力松弛大， 有利于降低集中應(yīng)力峰值，減少收縮裂縫和溫度應(yīng)力。

3、氧化鎂混凝土的耐久性

混凝土耐久性是指混凝土暴露在使用環(huán)境下抵抗各種物理和化學(xué)作用的能力。混凝土耐久性破壞可分為由物理和化學(xué)兩方面作用引起， 一般認(rèn)為，除磨損外，其他破壞因素均與有害物質(zhì)侵入混凝土密切相關(guān)。主要從抗?jié)B性能、抗凍性能、抗沖磨性能和抗碳化性能幾方面分析總結(jié)氧化鎂混凝土的耐久。

3.1 氧化鎂混凝土的抗?jié)B性能

Mehta 提出的混凝土受任何外環(huán)境影響而劣化的整體模型認(rèn)為，無(wú)論何種破壞形式，滲透性對(duì)混凝土的膨脹與開(kāi)裂起著決定性作用。因此，任何提高混凝土抗?jié)B性的措施， 必將有助于顯著提高混凝土的耐久性。有研究表明，其他條件相同時(shí)，摻入3.5%氧化鎂的混凝土與未摻的混凝土相比，在1.2MPa 滲水壓力下均未滲水， 但前者的滲水高度約為后者的2/3，即外摻氧化鎂混凝土的抗?jié)B能力比未摻的提高約50%。二灘水電站開(kāi)展氧化鎂微膨脹混凝土的滲透性研究，結(jié)果得到氧化鎂混凝土的抗?jié)B能力較未摻的提高60%以上。

3.2 氧化鎂混凝土的抗凍性能

混凝土凍融耐久性是指混凝土暴露于反復(fù)凍融循環(huán)條件下抵抗膨脹開(kāi)裂的能力。氧化鎂混凝土的凍融損失規(guī)律與普通混凝土相同，即相對(duì)動(dòng)彈模隨著凍融次數(shù)增加不斷下降

3.3 氧化鎂混凝土的抗沖磨性能

開(kāi)展了氧化鎂混凝土抗沖磨研究，結(jié)果表明氧化鎂摻量為3%時(shí)，混凝土28d 和90d 的抗沖磨強(qiáng)度較未摻的分別增長(zhǎng)了7.6%和4.0%，氧化鎂摻量為5%時(shí)，28d抗沖磨強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度為2.5%而90d 抗沖磨強(qiáng)度僅增長(zhǎng)0.5%，說(shuō)明摻入適量的氧化鎂有利于提高混凝土的抗沖磨能力，但要控制氧化鎂的摻量。

3.4 氧化鎂混凝土的抗碳化性能

氧化鎂混凝土長(zhǎng)期碳化性能試驗(yàn)結(jié)果表明，隨齡期增長(zhǎng)混凝土的碳化深度增加。經(jīng)過(guò)28d 連續(xù)碳化， 氧化鎂混凝土的碳化深度比未摻的減小2.24%，摻入30%粉煤灰后，氧化鎂混凝土的碳化深度比未摻的減小34.3%； 當(dāng)外摻5%氧化鎂后，同時(shí)摻粉煤灰混凝土的碳化深度比未摻的僅大4.9%。分析認(rèn)為，摻入粉煤灰會(huì)加速混凝土的碳化速度，增大碳化深度，外摻氧化鎂能顯著減緩碳化速度，提高粉煤灰混凝土的抗碳化能力。

對(duì)外摻氧化鎂混凝土的力學(xué)性能、變形性能和耐久性進(jìn)行了總結(jié)分析， 認(rèn)為氧化鎂混凝土的長(zhǎng)期力學(xué)性能是穩(wěn)定的， 外摻氧化鎂能顯著改善混凝土的變形性能和長(zhǎng)期耐久性能。

引用文獻(xiàn)

[1] 李承木， 中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院科學(xué)研究所．外摻氧化鎂混凝土快速筑壩技術(shù)綜述．水利水電科技進(jìn)展．2013，3（5）：82-88

[2] 李萬(wàn)軍、四川省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院；李曉勇， 李承木，中國(guó)水電集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院．大體積混凝土的溫度控制與防裂新途徑．中華建設(shè)科技，2014 （4）: 222-223

[3] 章清嬌，鄧敏，南京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院．摻MgO膨脹劑水泥漿體膨脹機(jī)理研究述評(píng)．科技導(dǎo)報(bào)2009，27（13）：111-115

[4] 陳昌禮，武漢大學(xué)．氧化鎂混凝土筑壩技術(shù)的應(yīng)用情況分析．貴州水力發(fā)電，2005年4月，19（2）：51-53

[5] 陳昌禮，貴州師范大學(xué)材料與建筑工程學(xué)院, 李承木，中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,．混凝土，2006（5）：45-53

[6] 任金來(lái)，遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院．．江西建材2015 （13）:6-7

[7] 李家正，陳霞，楊華全，王迎春，武漢市長(zhǎng)江科學(xué)院．外摻氧化鎂混凝土性能研究綜述．膨脹劑與膨脹混凝土．2010（1）:10-14

[8] 文明貢，貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院．．黑龍江水利科技．2015 （1）：65，66，206