本发明涉及一种膨胀过程可调节的外掺水工专用轻烧氧化镁大坝混凝土配制工艺及施工方法。
背景技术：
混凝土大坝施工时，由于水泥的水化热产生温升，混凝土内部达到最高温度后，将会逐步降低，产生体积收缩，大坝混凝土受到约束，不能自由收缩而在内部产生拉伸应力，而导致混凝土由于温度应力导致开裂，严重威胁大坝的安全运行和效益。因此，大坝混凝土需要分缝分块，并薄层施工，以减小水化热的积聚，有时需要采取加冰拌和、风冷骨料和地下水等温控措施控制入仓温度，甚至埋设冷却水管，在早期通水冷却降温，避免混凝土内部温度过高，降低开裂风险。加冰拌和、风冷骨料、地下水、埋设冷却水管通水冷却降温的温控措施，增加了工序，提高了施工难度，增加了工程投资，降低了工程效益。
采用外掺氧化镁混凝土，利用其延迟膨胀特性可补偿混凝土的冷缩，但是已有的外掺氧化镁混凝土没有特意控制调整氧化镁膨胀剂的粒度组成、煅烧温度、煅烧保温时间等因素，膨胀-龄期过程线由掺量唯一决定，不能调整，也不可控，只能实现部分补偿，不能全部补偿，效益和效果不能得到充分发挥。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种膨胀过程可调节的外掺水工专用轻烧氧化镁大坝混凝土配制工艺及施工方法。
本发明的技术方案如下：
一种膨胀过程可调节的外掺水工专用轻烧氧化镁大坝混凝土配制工艺，是通过调整水工专用轻烧氧化镁膨胀剂的掺量、细度组成、活性指标、煅烧温度和煅烧保温时间，从而调节控制外掺水工专用轻烧氧化镁大坝混凝土的膨胀-龄期进程。
所述的外掺水工专用轻烧氧化镁大坝混凝土包括粗集料、细集料、水泥、掺合料、缓凝型高效减水剂、引气剂和水工专用轻烧氧化镁膨胀剂。
所述的水工专用轻烧氧化镁膨胀剂的掺量为胶凝材料质量的3%~12%。
所述的水工专用轻烧氧化镁膨胀剂细度组成参数为：MgO含量≥90wt%；氧化钙含量＜2wt%；0.080mm标准筛筛余量≤3wt%；烧失量≤4wt%；二氧化硅含量＜4wt%。
所述的水工专用轻烧氧化镁膨胀剂在测试温度30℃～35℃下活性指标为240s±40s。
所述的水工专用轻烧氧化镁膨胀剂的煅烧温度为950℃~1200℃；煅烧保温时间为0.5h~2h。
所述的混凝土为二级配或三级配时，其配合比参数为：水胶比0.40～0.60、砂率27%～37%、单位用水量85 kg/m3～120kg/m3、掺合料为胶凝材料质量的45%～65%、缓凝型高效减水剂掺量为胶凝材料质量的0.5%～2.5%、引气剂掺量为胶凝材料质量的0.2‰～1‰。
所述的混凝土为四级配时，其配合比参数为：水胶比0.40～0.65、砂率25%～36%、单位用水量70kg/m3～110kg/m3、掺合料为胶凝材料质量的25%～50%、缓凝型高效减水剂掺量为胶凝材料质量的0.2%～2.5%、引气剂掺量为胶凝材料质量的0.2‰～1‰。
所述的水泥种类为普通硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、矿渣水泥、中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥的其中一种；水泥强度等级为42.5、42.5R的其中一种；掺合料为粉煤灰、矿渣、火山灰、石粉中的至少一种；缓凝型高效减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂，脂肪酸系减水剂、聚羧酸系减水剂中的至少一种；引气剂为松香衍生物及磺酸盐中的至少一种。
一种膨胀过程可调节的外掺水工专用轻烧氧化镁大坝混凝土施工方法，包括以下步骤：
1）立模；
2）清理坝基或下层混凝土面；
3）在坝基或下层混凝土面表面铺垫砂浆；
4）配制外掺水工专用轻烧氧化镁大坝混凝土；
5）施工浇筑；
6）混凝土硬化后，进行养护。
本发明的有益效果是：由于外掺水工专用轻烧氧化镁大坝混凝土的膨胀过程可控可调，能根据坝体混凝土需要补偿多少膨胀量就补偿多少膨胀量，实现精确控制，能显著改善工程质量，减少温控措施，节省温控费用，节约投资，提高工程效益。
具体来说，本发明具有以下特点：外掺氧化镁混凝土膨胀过程可调整、可控制，能根据工程实际需要调整膨胀量，实现精确补偿和完全补偿；掺入缓凝型高效减水剂，放热峰推迟，混凝土绝热温升较低、用水量少；采用坝体混凝土相同的施工设备与工艺施工，无需另外增加投资，工人容易掌握；节省工程机械、人工和能源，节约资源和投资；施工技术适应性强，各种坝型均可适用。
具体实施方式
一种膨胀过程可调节的外掺水工专用轻烧氧化镁大坝混凝土配制工艺，是通过调整水工专用轻烧氧化镁膨胀剂的掺量、细度组成、活性指标、煅烧温度和煅烧保温时间，从而调节控制外掺水工专用轻烧氧化镁大坝混凝土的膨胀-龄期进程。
优选的，所述的外掺水工专用轻烧氧化镁大坝混凝土包括粗集料、细集料、水泥、掺合料、缓凝型高效减水剂、引气剂和水工专用轻烧氧化镁膨胀剂。
优选的，所述的水工专用轻烧氧化镁膨胀剂的掺量为胶凝材料质量的3%~12%。
优选的，所述的水工专用轻烧氧化镁膨胀剂细度组成参数为：MgO含量≥90wt%；氧化钙含量＜2wt%；0.080mm标准筛筛余量≤3wt%；烧失量≤4wt%；二氧化硅含量＜4wt%。
优选的，所述的水工专用轻烧氧化镁膨胀剂在测试温度30℃～35℃下活性指标为240s±40s。
优选的，所述的水工专用轻烧氧化镁膨胀剂的煅烧温度为950℃~1200℃；煅烧保温时间为0.5h~2h。
优选的，所述的粗集料为碎石、卵石中的至少一种；所述的细集料为河砂、人工砂中的至少一种。
优选的，所述的混凝土为二级配或三级配时，其配合比参数为：水胶比0.40～0.60、砂率27%～37%、单位用水量85 kg/m3～120kg/m3、掺合料为胶凝材料质量的45%～65%、缓凝型高效减水剂掺量为胶凝材料质量的0.5%～2.5%、引气剂掺量为胶凝材料质量的0.2‰～1‰。
优选的，所述的混凝土为四级配时，其配合比参数为：水胶比0.40～0.65、砂率25%～36%、单位用水量70kg/m3～110kg/m3、掺合料为胶凝材料质量的25%～50%、缓凝型高效减水剂掺量为胶凝材料质量的0.2%～2.5%、引气剂掺量为胶凝材料质量的0.2‰～1‰。
优选的，所述的水泥种类为普通硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、矿渣水泥、中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥的其中一种；水泥强度等级为42.5、42.5R的其中一种；掺合料为粉煤灰、矿渣、火山灰、石粉中的至少一种；缓凝型高效减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂，脂肪酸系减水剂、聚羧酸系减水剂中的至少一种；引气剂为松香衍生物及磺酸盐中的至少一种。
进一步优选的，所述的水泥种类为普通硅酸盐水泥；水泥强度等级为42.5。
进一步优选的，所述的掺合料为粉煤灰、矿渣中的至少一种；进一步优选的，所述的粉煤灰为Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰。
进一步优选的，所述的缓凝型高效减水剂为聚羧酸系、萘系减水剂中的至少一种；再进一步优选的，所述的缓凝型高效减水剂为萘系减水剂。
一种膨胀过程可调节的外掺水工专用轻烧氧化镁大坝混凝土施工方法，包括以下步骤：
1）立模；
2）清理坝基或下层混凝土面；
3）在坝基或下层混凝土面表面铺垫砂浆；
4）配制外掺水工专用轻烧氧化镁大坝混凝土；
5）施工浇筑；
6）混凝土硬化后，进行养护。
进一步说，所述的一种膨胀过程可调节的外掺水工专用轻烧氧化镁大坝混凝土施工方法，包括以下步骤：
1）按照设计图纸要求进行立模；
2）将坝基或下层混凝土面清理干净，冲毛，并清除积水；
3）在表面铺垫一层砂浆；
4）采用自动称量系统，按照预定的配合比配制外掺水工专用轻烧氧化镁大坝混凝土；
5）施工浇筑，使混凝土密实；
6）混凝土硬化后，按照规范要求进行养护。
本发明在配制大坝混凝土的过程外掺水工专用轻烧氧化镁膨胀剂，水工专用轻烧氧化镁膨胀剂水化比水泥慢，在水泥硬化产生强度后，逐渐水化，并伴随着体积膨胀，这种延迟膨胀特性，可补偿大坝混凝土温度降低过程中的体积收缩，抵消或减小混凝土中由此产生的拉应力，避免或减少大坝混凝土的温度裂缝。
缓凝型高效减水剂能通过双电层和表面活性作用显著改善混凝土的流变学特性，减低混凝土拌合水的表面张力，降低水泥熟料水化速度和水化热，推迟水化放热峰的来临，大幅度提高混凝土的工作性，从而减小混凝土单位用水量、减小水化热、减低混凝土绝热温升、提升混凝土工作性；掺入较大量的粉煤灰或矿渣粉，可显著减小水泥的用量，从而减少水泥水化热，降低混凝土的绝热温升，降低大坝混凝土温度开裂的可能性，同时粉煤灰掺量越大，膨胀越小，通过调整粉煤灰掺量也可调整控制外掺水工专用轻烧氧化镁大坝混凝土的膨胀过程；掺入适量水工专用轻烧氧化镁膨胀剂，混凝土具有延迟膨胀、不退缩的优点。
水工专用轻烧氧化镁膨胀剂的膨胀-龄期特性主要受掺量、原料品位、细度组成、活性指标、煅烧温度、煅烧保温时间等因素影响。水工专用轻烧氧化镁膨胀剂掺量越大，各龄期的膨胀量均增大，但两者之间非线性关系；原料品位越高，膨胀量越大；细度越小，膨胀量越小，但细度过大，可能引起安定性不良，细度应适中，并符合一定的级配组成；煅烧温度越高、保温时间越长，水工专用轻烧氧化镁膨胀剂活性越低，早期膨胀低，后期膨胀大，过高的煅烧温度会导致死烧，以致不能水化产生膨胀；活性指标越低，氧化镁水化越快，早期膨胀较大，后期膨胀较小，补偿作用也越小。通过采用这些方法，可以调整控制外掺水工专用轻烧氧化镁大坝混凝土的膨胀过程，得到工程需要的膨胀-龄期过程线，既满足大坝混凝土温控防裂的需求，也可避免产生安定性不良。
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。
实施例：
大坝混凝土在配制过程外掺水工专用轻烧氧化镁膨胀剂，具体控制水工专用轻烧氧化镁膨胀剂的掺量为胶凝材料质量的5.5%，其中煅烧温度为1100℃、煅烧保温时间1.25h、活性指标270s、比表面积250m2/kg的水工专用轻烧氧化镁膨胀剂掺量为4.0%；煅烧温度为1000℃、煅烧保温时间0.8h、活性指标210s、比表面积280m2/kg的水工专用轻烧氧化镁膨胀剂掺量为1.5%。水工专用轻烧氧化镁膨胀剂的MgO含量（纯度）91.8%；活性指标245s（测试温度30℃～35℃）；氧化钙含量1.2%；0.080mm标准筛筛余量2.4%；烧失量3.1%；二氧化硅含量2.7%。
填塘混凝土的种类、粗骨料级配、设计强度等级及施工工艺与设备与坝体混凝土相同。用三级配混凝土其配合比参数：水胶比0.55、砂率35%、单位用水量120kg/m3、粉煤灰掺量为胶凝材料质量的50%、缓凝型高效减水剂掺量为胶凝材料质量的1.8%、引气剂0.3‰、水工轻烧氧化镁膨胀剂为胶凝材料质量的5.5%。
所用的粗集料为碎石；细集料为河砂；水泥为强度等级42.5的普通硅酸盐水泥；粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；缓凝型高效减水剂为萘系减水剂；引气剂为松香衍生物。
施工方法：
按照设计图纸要求进行立模。
将坝基或下层混凝土面清理干净，用风水枪冲毛，并清除积水。
在表面铺垫一层砂浆，以改善上下层混凝土的粘结，提高密实程度，增加抗剪（断）强度，改善界面粘结效果。
采用自动称量系统，按照预定的配合比配制外掺水工专用轻烧氧化镁大坝混凝土，保证其工作性和强度等级符合设计要求。
采用普通的坝体混凝土浇筑设备和工艺进行施工浇筑，确保混凝土密实。
混凝土硬化后，按照规范要求进行养护。