在我国西部山区，横跨峡谷的超大跨径拱桥是交通命脉的“骨架”。其中，天峨龙滩大桥以600米的跨径刷新世界纪录，其核心结构——钢管混凝土（CFST）就像“钢筋铁骨”，支撑着整座桥的重量。但这类结构有个“致命隐患”：钢管和内部混凝土容易“闹分家”（脱粘），一旦脱粘，结构承载力下降，甚至威胁安全。

膨胀剂：理想很丰满，现实有挑战

为解决脱粘问题，工程师常用膨胀剂补偿混凝土早期收缩，让混凝土“主动”贴紧钢管。但实际工程中，膨胀剂效果常“打折扣”——实验室里表现好的配方，到了真实桥梁中可能因长期徐变（混凝土在压力下的缓慢变形）失效。关键问题在于：膨胀剂在钢管约束下的长期变形规律是怎样的？能否持续“拉住”钢管不脱粘？

全尺寸试验：给600米大桥的“微缩版”做“体检”

为破解这一谜题，浙江大学联合多所高校团队，以天峨龙滩大桥为背景，设计了两组全尺寸钢管混凝土试件（直径0.92米、长12米，和真实桥体“同款”）：一组不加膨胀剂（测自然收缩），一组加9%钙镁复合膨胀剂（测补偿效果）。他们在试件中埋入应变传感器，连续监测114天，观察混凝土与钢管的“互动”。

脱粘分两阶段：先“补缝”，再“共受力”

试验发现，混凝土刚浇筑时处于塑性状态，会因收缩、泌水在钢管顶部形成微小脱粘间隙（约0.142毫米）。这是第一阶段——“补缝期”：膨胀剂先“填坑”，用158.3×10⁻⁶的变形（相当于头发丝直径的1/60）填满间隙。约0.84天后，混凝土硬化，进入第二阶段——“约束期”：膨胀剂继续发力，产生131.8×10⁻⁶的膨胀变形，推动钢管产生环向应力（类似给钢管“穿紧箍”）。

但长期徐变会让这股“紧箍力”逐渐减弱。团队通过弹性力学和徐变叠加原理建立模型，预测1年后，膨胀变形仅剩26.4×10⁻⁶（约为初始值的20%），对应的环向应力从0.512MPa降至0.119MPa。“这说明膨胀剂虽不能完全抵消徐变，但能维持一定微应力，避免钢管和混凝土彻底‘分家’。”论文作者解释。

膨胀剂“神助攻”：让变形更均匀

对比不加膨胀剂的试件，研究还发现：自然收缩的混凝土因局部拉裂，会“碎成小块”，导致钢管对内部的约束力从外到内递减（边缘紧、中心松）；而加了膨胀剂的混凝土始终受压，约束力均匀分布，变形更一致。“就像给混凝土打了‘强心针’，让它和钢管‘心往一处使’。”

未来应用：实验室数据“翻译”成工程指南

团队还发现，混凝土在钢管内的早期温度更高（因水化放热），比实验室试件收缩更快、膨胀更充分。通过将实验室数据与实际监测结合，他们优化了长期变形预测模型，误差控制在±10%内。这意味着，未来工程师可通过实验室小试件的膨胀/收缩数据，直接预测真实桥梁中钢管混凝土的长期表现。

局限与展望

尽管研究揭示了膨胀剂的“防脱粘”机制，但早期微间隙的精准检测仍是难题（0.142毫米肉眼难辨）。团队表示，下一步将探索更灵敏的检测技术，同时验证膨胀剂在更长时间（如10年、20年）的性能稳定性。

从600米跨径的“超级工程”到毫米级的微间隙，这项研究为钢管混凝土拱桥的“长寿”提供了关键数据——或许未来，更多横跨峡谷的“钢铁脊梁”，都能靠膨胀剂的“温柔约束”，更安全、更持久地连接山海。

来源: FrontCIVlL