2.8 氧化镁混凝土的安定性判断

体积安定性是反映水泥或混凝土抵抗由于化学反应而产生开裂和崩解的能力。世界各国在控制水泥质量指标时，对体积安定性都十分重视。由于高镁水泥的延迟性膨胀要持续很多年，因此工程技术人员采用一种加速试验法，即压蒸安定性试验方法（以下简称水泥净浆试件压蒸法），以便事先了解其安定性。该方法是在标准压蒸环境（215.7℃±1.3℃、对应压力为2.0MPa±0.05MPa、恒压3h）下对水泥净浆试件（标准尺寸为25mm×25mm×280mm）进行压蒸试验，使氧化镁在短时间内接近完成全部水化。当试件压蒸后的膨胀率不超过0.5%时，即认为安定性合格，反之为不合格。使用该法拌制的压蒸试件不含粗细骨料，试件的密实性和匀质性好，压蒸变形的灵敏度高。但是，拌制水泥净浆试件的水灰比一般为0.26～0.28（因是采用水泥标准稠度用水量拌制水泥净浆试件，而水泥标准稠度用水量一般为26%～28%），这明显小于普通混凝土的水灰比。并且，普通混凝土的孔隙率比水泥净浆大，能够吸收部分膨胀变形。因此，水泥净浆试件的压蒸膨胀情况，不能真实反映混凝土的膨胀情况，混凝土的氧化镁允许掺量应比水泥净浆多。若以水泥净浆试件压蒸后的膨胀率不超过0.5%时对应的氧化镁量作为混凝土中的氧化镁安定掺量，则显得过于苛刻。

目前判定氧化镁混凝土的安定性（或者确定水工混凝土中氧化镁安定掺量）的方法主要有两种。一种是曹泽生、徐锦华编著的《氧化镁混凝土筑坝技术》中建议的《水泥砂浆安定性试验方法——压蒸法（试行）》（以下简称水泥砂浆试件压蒸法）；另一种是广东省地方标准DB44/T 703—2010和贵州省地方标准DB52/T 720—2010中规定的一级配混凝土试件压蒸法。

水泥砂浆试件压蒸法是参照《水泥压蒸安定性试验方法》（GB/T 750—1992），用水泥砂浆试件代替水泥净浆试件在标准压蒸环境下进行压蒸试验。水泥砂浆试件是采用实际工程使用的砂（灰砂比与混凝土保持一致）、水泥、掺合料、外加剂、水等原材料拌制而成，试件标准尺寸为25mm×25mm×280mm。当试件压蒸后的膨胀率不超过0.5%时，即认为安定性合格，反之为不合格。或者，将水泥砂浆试件不同的氧化镁掺率同其对应的压蒸膨胀率绘制成关系曲线，以曲线的拐点对应的氧化镁掺量作为混凝土中氧化镁的安定掺量。利用该法确定的氧化镁掺量比水泥净浆压蒸法高1.5%左右。显然，砂浆的孔隙结构同混凝土仍有差距。但是，使用该法制作水泥砂浆试件时的灰砂比与实际混凝土一致，且试件中含有实际工程使用的砂，所以该法拌制的压蒸试件比水泥净浆压蒸试件更接近混凝土的实际情况。

在DB44/T 703—2010和DB52/T 720—2010中，一级配混凝土试件压蒸法均被推荐为氧化镁安定掺量判定方法之一。它是参照实际工程的基准混凝土配合比制作一级配混凝土压蒸试件（两部标准的试件尺寸均为55mm×55mm×280mm），然后按照GB/T 750—1992规定的步骤在标准压蒸环境下进行压蒸实验。当试件压蒸后的膨胀率不超过0.5%时，即认为安定性合格，反之为不合格。或者，将一级配混凝土试件的不同氧化镁掺率同其对应的压蒸膨胀率绘制成关系曲线，同样以曲线的拐点对应的氧化镁掺量作为混凝土中氧化镁的安定掺量。

影响压蒸安定性试验结果的因素较多。通过对采用标准砂和长沙工程砂制作的外掺氧化镁水泥砂浆和混凝土试体的压蒸试验进行比较，以及对水泥品种、胶材用量、外加剂品种、掺合料种类与掺量、氧化镁材料的活性与细度、材料的不同配合比、新旧标准砂、砂的种类与细度模数、干湿筛法成型、成型工艺与预养方法、混凝土级配与粗细集料、各种试体尺寸、不同压蒸条件等诸多影响压蒸膨胀率因素的试验研究，探索了这些因素对压蒸膨胀率的不同影响，对其本质也进行了微观结构分析。这些成果有助于工程技术人员了解和分析氧化镁混凝土的性能，对应用和发展外掺氧化镁混凝土筑坝技术具有重要的现实意义。表2.8-1～表2.8-6列举了几种典型的压蒸膨胀率影响因素的试验结果，并将贵州老江底、马槽河、黄花寨3个使用氧化镁混凝土筑坝技术的水利水电工程的压蒸实验结果列于表2.8-7～表2.8-18，供其他工程参考。

2.8.1 老江底拱坝

采用荣盛集团南下水泥厂生产的普通硅酸盐425水泥、安顺电厂生产的Ⅱ级粉煤灰、北京科宁外加剂厂生产的缓凝引气型高效减水剂和辽宁海城东方滑镁公司生产的轻烧氧化镁，骨料为老江底工地的人工砂石料。压蒸试验结果见表2.8-7～表2.8-10。

从表2.8-7～表2.8-10可见，若以压蒸膨胀率不超过0.5%来确定水工混凝土的MgO极限掺量，则粉煤灰掺量分别为30%、40%的水泥净浆对应的MgO极限掺量为3.24%和3.78%，水泥砂浆对应的MgO极限掺量分别为7.68%和8.58%，一级配混凝土对应的MgO极限掺量分别为8.43%和9.38%。

2.8.2 马漕河拱坝

采用贵州黔东水泥厂及怀化金大地水泥厂生产的普通硅酸盐325水泥、大龙电厂生产的Ⅱ级粉煤灰、北京科宁和铁盛外加剂厂生产的ADD-3型与TS-AⅠ型缓凝高效减水剂，氧化镁为辽宁海城东方滑镁公司生产的轻烧氧化镁，骨料为马漕河水电站工地生产的人工砂石料。压蒸试验结果见表2.8-11～表2.8-14。

从表2.8-13～表2.8-14可见，若同样以压蒸膨胀率不超过0.5%来确定水工混凝土的氧化镁极限掺量，则粉煤灰掺量分别为30%、40%的水泥净浆对应的氧化镁极限掺量为2.05%和2.47%，水泥砂浆对应的氧化镁极限掺量分别为7.36%和8.13%，一级配混凝土对应的氧化镁极限掺量分别为8.28%和8.79%。

2.8.3 黄花寨拱坝

采用贵州水晶水泥厂生产的P·O42.5水泥、安顺电厂生产的Ⅱ级粉煤灰、北京科宁外加剂厂生产的ADD-3型缓凝高效减水剂、辽宁海城东方滑镁公司生产的轻烧氧化镁，骨料为黄花寨水电站工地生产的人工砂石料。压蒸试验结果见表2.8-15～表2.8-18。

从表2.8-15～表2.8-18可见，若同样以压蒸膨胀率不超过0.5%来确定水工混凝土的氧化镁极限掺量，则粉煤灰掺量分别为40%、60%、65%的水泥净浆对应的氧化镁极限掺量为2.95%、3.01%和3.09%，水泥砂浆对应的氧化镁极限掺量分别为7.55%、7.65%和7.69%，一级配混凝土对应的氧化镁极限掺量分别为8.67%、8.77%和8.86%。

上述试验结果表明，无论采用水泥净浆作为压蒸试件，还是采用水泥砂浆、一级配混凝土作为压蒸试件，压蒸膨胀率均随粉煤灰掺量的增加而降低，相应的氧化镁极限掺量随之增大。粉煤灰掺量增加10%，水泥净浆、水泥砂浆、一级配混凝土试件的氧化镁极限掺量增大0.5%～0.9%左右。但粉煤灰掺量超过40%以后，氧化镁极限掺量的增值不明显。还有，在相同条件下，水泥砂浆试件的氧化镁极限掺量比水泥净浆试件高约5个百分点，一级配混凝土试件的氧化镁极限掺量仅比水泥砂浆试件偏高约0.8个百分点左右。

使用“一级配混凝土试件压蒸法”制作试件时的胶（灰）砂比、水胶比（或水灰比）与实际混凝土相同，且试件中含有实际工程使用的砂和小石，所以，该法比水泥净浆试件压蒸法、水泥砂浆试件压蒸法成型的试件更接近实际混凝土。然而，粗颗粒小石的存在，增加了水泥石与小石界面结合的薄弱环节，试件匀质性降低，变形的灵敏度下降。并且，在216℃高温压蒸环境中，试件中水泥石和小石线膨胀系数的差异，会造成热胀冷缩反应的不同步，从而引起试件内部的附加拉应力。骨料粒径越大，这种影响越大，测试结果越不真实。

大量研究表明，“压蒸安定性试验”是目前评定外掺氧化镁水泥砂浆和混凝土体积安定性的有效方法。采用压蒸法，能在短时间内使氧化镁全部水化膨胀，让工程技术人员能事先了解氧化镁混凝土试件是否长期安定，从而判定氧化镁混凝土的最大膨胀量和确定氧化镁的极限安定掺量。

在此强调的是，使用氧化镁混凝土技术时，除压蒸安定性必须合格外，使用环境应有约束条件，能形成预压应力，且掺氧化镁后的混凝土的强度不降低。外掺氧化镁混凝土的体积安定性合格是一项非常重要且必须满足的技术指标，它直接关系到外掺氧化镁混凝土的工程能否长期安全运行，它是确定氧化镁安定掺量、指导氧化镁混凝土推广应用和评定氧化镁混凝土工程质量的重要依据。目前在工程实践中多用“标准压蒸法”来判定外掺氧化镁混凝土的体积安定性。在经过大量试验研究和工程长期安定性验证的基础上，在DB52/T 720—2010中还推荐了“低压压蒸法”供应用和研究参考。“低压压蒸法”的试验温度为200℃（相应的试验压力为15个大气压）、恒温恒压时间为4h，判定标准与“标准压蒸法”相同。在此压蒸试验条件下，混凝土压蒸膨胀率可达到原标准压蒸试验结果的95%以上，砂浆可达到98%以上，基本上能够满足绝大部分氧化镁在短期内水化膨胀完毕的要求。