外掺MgO微膨胀混凝土在落脚河水电站拱坝中的应用

    落脚河水电站坐落在贵州省西北部大方县境内的六冲河一级支流白甫河上, 工程任务以发电为主, 电站总装机容量为20 MW, 水库总库容4650万m3。该工程枢纽主要由大坝、冲沙底孔、引水隧洞、发电厂房、开关站等主要建筑物组成, 工程等级为Ⅲ等; 大坝为椭圆双曲混凝土薄拱坝, 最大坝高81 m, 属3级建筑物, 坝体混凝土方量915万m3。

    在实施落脚河水电站项目管理之初, 针对该项工程的建设特点和主要建筑物的结构形式, 经过认真分析和评估, 决定在影响工程建设投资和对工期起决定性作用的混凝土双曲拱坝中采用外掺MgO微膨胀混凝土的筑坝新技术, 以达到提前建成发电、创造更大经济效益和社会效益的目标[ 1 ] 。

    外掺MgO微膨胀混凝土筑坝技术的主要特点是: 在混凝土中掺入适量的轻烧MgO, 利用MgO后期延迟性微膨胀(不可逆)产生的自生体积变形补偿大体积混凝土水化热消散时的体积收缩, 达到消减坝体混凝土的温降拉应力的目的。

    由于MgO微膨胀混凝土在筑坝材料方面进行自我改进后能达到防裂的目的, 所以在浇注坝体混凝土时就能改变以往小分块、柱状、跳仓、薄层、长间歇的浇筑方式, 而采用连续覆盖通仓、不间歇或小间歇(要求做到不间歇,因施工因素可能是小间歇)的浇注方式; 同时可简化或取消常态混凝土筑坝应采用的温控措施, 这就加快了坝体混凝土的浇注速度。将MgO微膨胀混凝土筑坝技术应用到薄拱坝时, 根据工程实践和计算机仿真分析, 拱坝坝体可以不设纵缝, 也可以不设横缝或只设极少数诱导缝, 从而也大大节省和缩短了封拱灌浆(或后期对拉开的诱导缝补偿灌浆)的时间。因此, 采用外掺MgO微膨胀混凝土筑坝技术后坝体可以更快的提前挡水和投入运行使用[ 2 ] 。

    经试验研究还表明, MgO 混凝土具有较好的后期性能: a1 与常态混凝土相比, 其抗压抗拉强度一般可分别提高3% ～6%和10%左右; b1 MgO混凝土的弹性模量一般可增长10%左右, 而大坝混凝土的泊松比平均值为0116, 符合一般规律;c1MgO混凝土的徐变度大于普通混凝土, 若同时掺粉煤灰混凝土则其徐变度要增大20%以上, 对提高混凝土的抗裂性能有利; d1 MgO混凝土的抗渗透能力可提高60% , 同时其抗冻融性能亦有所提高; e1MgO混凝土在自由状态下耐蚀性能虽然有所降低(耐蚀系数下降6%左右) ,但在约束条件下不仅没有影响,反而有所提高。

　  新技术的推广应用、发展和创新,有赖于实施严格的科学管理。在落脚河水电站双曲拱坝外掺MgO微膨胀混凝土筑坝技术应用当中,贵州中水建设项目管理有限公司在管理方面着重控制了下述5个关键管理点。

    为充分对落脚河水电站工程进行项目管理,按图1进行电站项目经理部组织机构的建设。

由图1可以看出,该组织机构为强矩阵式组织机构,项目管理总承包受业主委托全面主持项目实施过程的管理,组织开展业主方项目管理的各项工作。项目管理单位承担的工作和任务具体包括投资控制、进度控制、质量控制、合同管理、信息管理、组织与协调等。

    设计管理工作是落脚河水电站整个项目实施过程中的龙头,是项目正常进展的关键。在电站整个项目管理的过程中,设计项目管理的核心任务并非是只对设计工作监督,而是通过采取技术、经济、组织和合同等各方面的综合措施,对项目的目标进行早期有效的控制。即由项目设计经理对电站整个设计工作进行管理,对设计进行投资控制、进度控制、质量控制、合同管理、信息管理,以及设计组织协调。设计经理对现场项目经理负责,为设计工作的第一责任人。

    对于新技术的运用,只要该技术能够满足工程需要,并且能为工程带来切实可靠的效益,经过参建各方的共同认可,均可在工程上进行实施。落脚河水电站外掺MgO混凝土就是经过了科研、试验、设计、仿真、温控等多个单位充分细致的研究、论证,得到业主认可后才在该水电站拱坝上使用的。

    混凝土的质量必须从源头抓起,即从原材料的质量进行控制。落脚河水电站工程所用的主材(水泥、减水剂、粉煤灰、MgO)均由项目管理单位统一定厂采购, 且每批材料到工地后必须经检验合格后才能使用。

    根据混凝土拱坝设计和施工等有关规范, 结合外掺MgO混凝土的技术特点和现场具体情况, 专门编制了“落脚河外掺MgO 混凝土拱坝施工工法”, 对混凝土拌和全过程必须控制好的每个细小环节作了明确的规定。混凝土各组成材料的投料顺序及拌和过程见图2, 其中MgO投料采用“湿掺”法添加, MgO 的称量准确是最关键的一步, 要求其称量误差小于1%。

　 外掺MgO混凝土的检测、运输、浇筑及对模版的要求均与常态混凝土一致, 在具体施工过程中, 严格按照混凝土施工规范和施工工法进行实施即能满足混凝土施工工艺的要求。

    外掺MgO混凝土的施工质量与常态混凝土相同, 但MgO混凝土最重要的一个问题就是要保证其膨胀的均匀性, 如果膨胀不均匀就可能破坏混凝土内部结构而降低混凝土质量。如前所述, 首先要求MgO掺量准确、拌和均匀。水泥内一般都内含有MgO, 外掺MgO的方式有水泥厂外掺和施工现场外掺2种。水泥内MgO含量可采用水泥化学分析方法( GB /T 176 - 1996 )检测, 贵州各水泥厂所生产的水泥中MgO的含量均不同, 但据统计一般都在2%以内, 具体数据在水泥出厂前要经过检测, 并作为调整MgO外掺量的依据。落脚河水电站大坝混凝土外掺MgO方式采取工地现场外掺, MgO掺量的均匀性检测采取出机口用EDTA 铬合滴定差减法测定镁[ 3 ] 含量, 检测结果均达到设计要求。在落脚河水电站大坝浇筑坝体垫层混凝土时,由于MgO的称量器出了问题, 导致MgO的掺量远远超过了设计的要求, 该部分超标MgO混凝土若不进行处理, 无异于一个“定时炸弹”埋在坝基,因此将已浇筑的1 000多m3 垫层混凝土进行了全部挖除处理。

    采用MgO混凝土再辅以其他的适当措施(如表面保温、保湿和洒水养护等) , 不仅有利于解决混

凝土坝的开裂问题, 而且可以全部或部分取代传统的混凝土温控措施(骨料预冷, 加冰拌和, 预埋冷却水管, 通水冷却, 分层或分块浇筑等) , 可以实现快速、厚层、连续通仓浇筑, 可以全天候施工,从而大大简化了施工工艺、加快了施工速度、降低了工程造价并缩短了工期。

      落脚河水电站大坝施工利用外掺MgO混凝土筑坝新技术, 使用效果比较理想, 从2005年12月24日至2006年5月16日, 在不到5个月的时间里浇筑了大坝混凝土5万m3 , 完成了常规混凝土筑坝需10 多个月才能完成的工程量(比常规混凝土筑坝提前了8～15个月的工期) , 使水库提前达到了初期蓄水高程, 为电站提前发电创造了基本条件; 同时, 节约了工程投资近400万元, 取得的经济效益和社会效益都极为显著。

[ 1 ] 美国项目管理协会. 项目管理知识体系指南(第3版)[M ]. 北京: 电子工业出版社, 2005.

[ 2 ] 李承木, 袁明道. 外掺MgO微膨胀混凝土筑坝技术应用综述. 水利水电科学技术进展, 2003,(6) : 57- 63.

[ 3 ] 李承木. MgO混凝土自生体积变形的长期研究成果.水力发电, 1998, (6) : 55- 59.