在我国西部的高山峡谷间，天峨龙滩大桥以600米的跨径刷新了世界最大跨径拱桥纪录。这座“空中走廊”的核心“骨架”是钢管混凝土（CFST）——钢管包裹着混凝土，二者协同受力，撑起整座桥的重量。但这类结构有个“隐忧”：钢管和内部混凝土可能因收缩“闹分家”（脱粘），一旦脱粘，桥梁承载力下降，甚至威胁安全。

膨胀剂“理想很丰满”，现实却常“掉链子”

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——实验室里表现良好的配方，到了真实桥梁中，可能因混凝土长期徐变（压力下的缓慢变形）失效，无法持续“拉住”钢管。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？能否真正实现“长相守”？

给600米大桥造个“微缩实验室”：全尺寸试件揭秘真相

为破解这一谜题，我国研究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，与真实桥体“同款”）：一组不加膨胀剂（观察自然收缩），一组添加9%钙镁复合膨胀剂（测试补偿效果）。他们在试件中埋入高精度应变传感器，连续监测114天，记录混凝土与钢管的“互动”细节。

脱粘分两阶段：先“填坑”，再“紧箍”

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（仅0.142毫米，约为头发丝直径的1/70）。这是第一阶段——“填坑期”：膨胀剂率先发力，用158.3×10⁻⁶的变形（相当于把一根头发丝拉长0.015毫米）填满间隙，让混凝土与钢管重新“亲密接触”。

约0.84天后，混凝土硬化，进入第二阶段——“约束期”：膨胀剂继续产生131.8×10⁻⁶的膨胀变形，推动钢管产生环向应力（类似给钢管“套紧箍咒”）。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（初始值的23%）。“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’。”研究人员解释。

膨胀剂是“调和剂”：让变形更“团结”

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‘团结针’，让它和钢管‘心往一处使’。”

实验室数据“翻译”成工程指南：误差仅±10%

团队还发现，钢管内的混凝土因水化放热，早期温度更高，比实验室试件收缩更快、膨胀更充分。通过将实验室小试件的膨胀/收缩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，未来工程师只需在实验室做小试件测试，就能精准预测真实桥梁中钢管混凝土的长期表现。

挑战与展望：微间隙检测待突破

尽管研究揭示了膨胀剂的“防脱粘”机制，但早期微间隙（0.142毫米）的精准检测仍是难题（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