2.5 氧化镁混凝土的变形性能
2.5.1 氧化镁混凝土的自生体积变形
混凝土的自生体积变形是混凝土在恒温绝湿条件下，仅由胶凝材料水化作用引起的体积变形，它不包括混凝土受外荷载、温度、湿度影响引起的体积变形。自生体积变形是进行水工大体积混凝土温控设计、徐变应力计算、仿真设计时必不可少的重要资料。外掺氧化镁混凝土之所以在水利水电工程得到推广应用，就主要在于它的自生体积膨胀变形可以有效补偿水工大体积混凝土的温降收缩。
（1）外掺氧化镁混凝土具有良好的延迟微膨胀特性，早期膨胀速率大，后期小，龄期7～90d之间的膨胀量和膨胀速率最大。并且，其膨胀量随着龄期的增长而增大。例如，掺3.5%氧化镁、使用贵州525硅酸盐水泥拌制的混凝土，在龄期7d、90d、180d和360d的膨胀量分别是19×10-6、67×10-6、81×10-6和90×10-6，约为最大膨胀量的20%、70%、85%和95%。工程实践表明，大体积混凝土温度明显下降的时间一般在混凝土浇筑后的7～90d内，此时混凝土的强度和弹性模量开始升高。因此，利用氧化镁混凝土的延迟微膨胀特性，混凝土能够产生一定的化学预压应力，从而削减甚至抵消它在温降过程中产生的拉应力，补偿温降收缩，提高自身的抗裂能力，简化大体积混凝土的温控措施。
（2）氧化镁混凝土的膨胀量随着氧化镁掺量的增加而增大。同样使用贵州525硅酸盐水泥拌制的氧化镁混凝土，在龄期28d、90d和360d，掺3.5%氧化镁的混凝土的膨胀量约为掺2.5%的1.32倍、1.26倍、1.22倍，约为未掺的2.93倍、2.39倍和1.69倍。氧化镁掺量每增减1%，氧化镁混凝土的膨胀量约增减2×10-6～25×10-6。
（3）外掺氧化镁混凝土的长期膨胀变形是稳定的，不存在无限膨胀和回缩现象。例如，外掺3.5%氧化镁的贵州东风拱坝基础深槽氧化镁混凝土，通过长达10a的原型观测资料分析（图2.5-1），混凝土在龄期28d以前的膨胀速率约为1.3×10-6/d；在龄期28d～1a之间，膨胀速率约为（2～10）×10-6/月；在1a以后，膨胀速率降至（0.1～1.5）×10-6/a，增长速率逐渐趋于零，膨胀变形曲线已基本平稳，不存在无限膨胀和回缩现象。
图2.5-1 东风拱坝基础MgO混凝土的自生体积变形图
（4）环境温度对氧化镁混凝土的膨胀量、膨胀速率、膨胀变形稳定时间影响较大。不同试验温度的混凝土自生体积变形的最终稳定值不同。氧化镁混凝土的膨胀量、膨胀速率随着环境温度的增高而增大，膨胀变形的稳定时间随着环境温度的增高而提前；氧化镁混凝土在低温环境也能产生膨胀，但此时的水化膨胀速率要迟缓得多。处于不同环境温度的混凝土，在相同条件下，环境温度差值每增减10℃，氧化镁混凝土的变形量约增减0.2～1.5倍，即增减3×10-6～30×10-6。同一氧化镁混凝土试件，从常温到高温，再从高温到常温，即使在接近0℃的低温或气温骤降的情况下，其自生体积膨胀都是稳定的、不可逆的，它既不无限膨胀，也不回缩。因为氧化镁的水化反应是渐近的一次性反应，其水化产物Mg（OH）2 的稳定性高，溶解度不足Ca（OH）2的1/200。氧化镁的水化反应一旦完毕，膨胀变形即告结束，并长期保持稳定状态。
2.5.2 氧化镁混凝土的干缩变形
大量试验结果表明，掺氧化镁混凝土的干缩变形率较小。如果与相同配合比的普通混凝土比较，氧化镁混凝土的干缩率比普通混凝土的干缩率要小15%～22%，这对大体积混凝土的抗裂是有利的。同时，掺优质粉煤灰能减少氧化镁混凝土的干缩变形。如粉煤灰掺量为20%、30%、40%时，混凝土的干缩率与不掺粉煤灰的混凝土相比，分别平均减小18%、34%、30%。这说明，掺粉煤灰同时掺氧化镁膨胀剂能提高混凝土的抗裂性能。关于混凝土干缩的机理比较复杂。由于水泥水化生成结晶体和硅酸钙胶体，掺氧化镁后又在水泥颗粒周围生成较多的水镁石结晶体并具有微膨胀性质，结晶体一般不受干燥条件的影响，因此胶体的数量及其特性是支配干缩的主要原因。水泥的化学成分不同，胶体的数量及其特性不同。在水泥中掺氧化镁后，水泥的化学成分发生改变，水化后结晶体增多，凝胶体相对减少。由于膨胀作用，混凝土结构更加密实，从而堵塞毛细管，胶体内部水分蒸发减弱或终止蒸发，使得混凝土的干缩率减小。
2.5.3 氧化镁混凝土的徐变
外掺氧化镁混凝土的徐变与混凝土的强度、水泥品种、加荷龄期、持荷时间、粉煤灰的掺量及灰浆率等因素有关。氧化镁混凝土徐变的变形规律与普通混凝土徐变一致，都是随着加荷龄期的增加而减小，随持续时间的延长而增大，氧化镁混凝土在加荷初期的徐变速率稍大于普通混凝土。如果与相同配合比的普通混凝土比较，外掺氧化镁混凝土的徐变度较普通混凝土的徐变度大，一般大20%以上，其增大幅度与氧化镁的掺量有关。试验结果还表明，掺氧化镁混凝土的徐变系数也大于普通混凝土。徐变系数大，表示应力松弛大，这对削减集中应力的峰值，减少收缩裂缝和温度应力都是极为有益的。
同时，粉煤灰掺量增加，混凝土的徐变度增大；氧化镁掺量增加，徐变度也增高。由于粉煤灰的比表面积小、活性差，粉煤灰与水泥在早期几乎无火山灰反应，所以掺粉煤灰混凝土的早期强度低，因此其徐变大。若将掺粉煤灰混凝土的徐变度与未掺粉煤灰的进行比较，低龄期掺粉煤灰的混凝土的徐变比不掺的大，3d龄期增大31%～49%，平均增大39%；7d龄期增大22%～34%，平均增大27%。随着龄期的增长，火山灰反应不断持续进行，粉煤灰与水泥牢固结合，反应生成的水化物填充水泥石结构的孔隙而使水泥石结构更加紧密。因此，只要在适宜的养护条件下，掺粉煤灰混凝土的后期强度增长较大，故徐变变形减小，掺粉煤灰混凝土180d龄期的徐变度比不掺的约增大12%。掺粉煤灰混凝土各龄期的徐变度都比不掺粉煤灰的混凝土的大，总体增大10%～49%，平均增大21%以上。这表明，既掺粉煤灰又掺氧化镁的混凝土的徐变度大，它对提高混凝土的抗裂能力非常有利。
混凝土的徐变度是仿真分析时温度应力计算的重要参数，当同自变膨胀量共同作用时，一般可使温度应力减少一半左右。中小工程若无徐变资料时，可参考广东省地方标准《外掺氧化镁混凝土不分横缝拱坝技术导则》（DB44/T 703—2010）获得。