混凝土，作为人类使用最大宗的建筑材料，在这个地球上几乎无处不在。从高楼大厦，到地铁、飞机跑道，再到核电站外壳，无论看起来多么高端的场合，只要有需要，工程师们都可以按要求浇筑出适用的混凝土结构来。可以说，人类对于混凝土的利用已经到了“炉火纯青”的地步。
然而一旦涉及到混凝土大坝，工程师们却往往头疼了起来。这看起来颇为呆笨的混凝土大坝，究竟难在了哪里呢？
大坝的厚度动辄数十米，为变形控制提出了很高的要求。
答案就是裂缝控制。
大坝不同于普通建筑结构，“太厚了”！
我们平时看到的高楼大厦虽然高大，但实际上是由无数个小构件组成的。柱子再粗，不过一两米；楼板的厚度不过几十厘米。个别构件发生变形不要紧，只要妥善处理，在设计中留出冗余，就不会危害到整体安全。
至于难度颇高的核电站外壳、基础底板等大体积构件，再厚也不过几米，通过分层浇筑、设置预应力等方法也可以妥善解决。
可大坝的厚度动辄几十米，长度动辄几百米，要浇筑成一个整体。这么大的一块“巨石”，处处紧密相连，一旦发生了变形，缺乏足够钢筋约束的大坝就会产生裂缝，进而“千里之堤，毁于蚁穴”，后果不堪设想。
龙滩水电站，仅次于三峡电站的全国第二大水电站
大坝开裂：外部坚不可破，但架不住内部的拉应力
好好的一个大坝，看起来那么坚硬，怎么说变形就变形、说开裂就开裂呢？这还要从混凝土本身的性能说起。
混凝土这种材料，在受压时可以坚如磐石，但受到拉力时则非常脆弱。因此在结构设计时，工程师们通过精巧布置，使得混凝土材料尽可能承受压力，对于大坝也是如此。
可惜人算往往不如天算，大坝自己总是“想办法”搞一点拉力出来。混凝土自身在硬化的过程中就会收缩，收缩一被限制，就会有拉力产生；混凝土硬化还会放热，当它重新冷却下来的时候，就又有了拉力产生。
由于大坝的体积巨大，不可能像普通结构那样配上足够的钢筋来约束。因此，尽管敦实的大坝很难从外部攻破，可是被内部的拉应力轻轻一拉，就会像酥脆的饼干一样断开。外界的水、空气、有害离子源源不断地进入大坝内部，坚固的大坝很快就破碎了。大坝的开裂，已经成为了制约大坝正常使用、危害下游安全的最重要因素之一。
由于体积大，大坝产生的裂缝往往尺寸大，看起来触目惊心。
不要裂缝，就要控制大坝的热胀冷缩
要想治疗裂缝，就要想办法控制大坝的变形。
大坝的变形，说白了，就是收缩。为了不让大坝“冷缩”，就要首先不让它“热胀”。为此，工程师想出了几个办法。
首先，工程师们想到用碎冰块代替水来制作混凝土。冰块的熔化和升温吸收了混凝土凝结放出的热量，大坝的温度正好可以在硬化结束后恢复到常温。
工程师们又想到，可以在大坝内部布置冷却水管。在大坝硬化的过程中向水管中通入冷却水，源源不断地将大坝产生的热量带走，维持大坝内部温度不变。
可是，这些办法都有一个问题：造价过于高昂。制冰的费用极高，而且消耗大量的电能；布置冷却水管不仅昂贵，而且技术要求高。一旦里面坏了哪一处，总不可能拆开大坝去维修它。花了大价钱安装的冷却措施很容易就失效了。更何况除了温度收缩外，大坝混凝土本身在硬化的过程中也会收缩，而这些温度控制措施对于大坝的自收缩一筹莫展。
那么，能不能在大坝的混凝土中掺些东西，干脆让它不收缩呢？
白山大坝让混凝土膨胀剂氧化镁“一战成名”
1973年，一次偶然的机会让中国工程师们发现，使用了高镁水泥的白山水坝居然安稳如山，检查不到一点裂缝。这让工程师们既欣喜又诧异。
白山水电站，东北地区最大的电站之一
要知道，“氧化镁”这种东西，在建筑领域可没有什么好名声。在水泥中加入氧化镁，在接下来的几个月甚至几年的时间里，混凝土会持续地产生膨胀。19世纪末，欧洲多国发生了建筑破坏、倒塌的事故，原因就是使用了高镁水泥，在混凝土硬化了几年后发生过度膨胀，破坏结构。因此，各国规范都严格限制了水泥中的氧化镁含量不得过高，直到八十年后白山大坝让氧化镁“一战成名”，也让中国的筑坝技术着实轰动了一把。
有了白山大坝的经验在前，工程师们开始逐渐尝试着在大坝中使用高镁水泥，或者在水泥中外掺一定的氧化镁来控制开裂。这些掺入混凝土中用以补偿收缩的氧化镁，就是混凝土膨胀剂。
随着成功的经验和失败的教训逐渐积累，工程师们发现，氧化镁不是混凝土的毒药，但也不能滥用。用得好了，混凝土产生轻微的膨胀，可以恰好补偿因为温度和自身原因产生的收缩，起到抗裂的作用；要是用得不当，就会膨胀过度。到那时可不是简单出两个裂缝，而是会将整个大坝胀裂。
大坝抗裂技术上，中国工程师们远远领先了世界
膨胀剂是一把双刃剑，用得好坏全靠工程师们的技术和经验。中国并不是首先使用膨胀剂的国家。
氧化镁（化学式：MgO），常温下为一种白色固体。氧化镁以方镁石形式存在于自然界中，是冶镁的原料。
1950年代，日本就已经开始使用硫铝酸钙型膨胀剂来试图解决大坝和普通建筑中的裂缝问题。然而在日本和其他发达国家，膨胀剂始终没有得到大面积的推广，原因就在于它的质量难以控制。
直到现在，膨胀剂在国外的使用仍然陷入两难：要么质量差，对结构造成危害；要么价格极其高昂，以至于根本不具有实用价值。为此，膨胀剂的使用在业内饱受诟病。
但是，随着中国工程师和科学家们对氧化镁研究的深入，人们逐渐发现了它的好处。
人们可以通过控制氧化镁的煅烧条件来控制它的活性：如果要用在比较小巧的结构中，就选用活性高些的氧化镁，早期快快膨胀，后期不要添乱，那么只要控制煅烧温度低些就好；如果要用在大坝中，希望采用低活性的氧化镁来补偿大坝的长期收缩，那就用高温来烧制。可以说，在几乎每一个需要控制裂缝的场合，氧化镁都有用武之地。
三峡大坝工程泄洪全景
工程师要做的，就是针对特定的工程，精细地控制氧化镁的掺量和活性。在这一点上，中国巨大的工程量为工程师们积累了大量的经验。所谓“不怕慢，就怕站”，随着越来越多的大坝采用氧化镁膨胀剂进行抗裂，在大坝抗裂技术上，中国的工程师们远远领先了世界。
科学家们巧妙利用废矿物生产膨胀剂
中国的氧化镁膨胀剂如此成功，一方面是因为工程量巨大，另一方面也是占了资源的便宜。辽宁省大石桥市是世界著名的镁都，盛产菱镁矿。一般的氧化镁膨胀剂就是由菱镁矿烧制而成的。
菱镁矿
然而，资源再丰富，也毕竟有限。镁是一种非常宝贵的资源。耐火材料、飞机蒙皮、机械制造……镁的用途非常广泛，好镁当然要用在刀刃上。膨胀剂作为一种大宗商品，如此“挥霍”菱镁矿，不仅价格高昂，对于资源也是一种浪费。
镁的用途极其广泛，尤其是在尖端机械制造领域，膨胀剂只是冰山一角。
同时，许多的工业废矿中也含有大量的镁质。例如，白云石是镁和钙的复合矿物，而蛇纹石是镁和硅的复合矿物。由于这些杂质的存在，单纯煅烧白云石或者蛇纹石是不能利用起其中的镁的。那么，能不能想想办法，将它们利用起来，用这些废矿来生产氧化镁膨胀剂呢？
白云石
蛇纹石
果然，有中国科学家发现，将这两种无用的废矿物共同煅烧，白云石中的钙和蛇纹石中的硅会互相结合，将其中的镁置换出来形成氧化镁，变废为宝。这种煅烧产物中可以直接用作氧化镁膨胀剂。
这种技术一旦成熟并推广，在大幅度降低膨胀剂价格的同时还处理了大量的工业废矿。不仅盛产镁矿的中国可以推广使用膨胀剂，那些缺乏菱镁矿的国家也可以使用这种廉价而有效的抗裂手段。
如此一来，膨胀剂的使用必将得到进一步的扩大。不仅在大坝中，在普通建筑、隧道、路面工程中，即使是造价低廉的普通工程，也可以科学地使用膨胀剂来进行抗裂。每年因耐久性破坏而造成的数百亿元的经济损失也可以得到很大程度上的弥补。膨胀剂未来的使用前景广阔得很呢！
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