膨胀剂和减缩剂对预制箱梁混凝土的防裂效果研究

张 丰，白 银，张金康，祝烨然，宁逢伟，吕乐乐，胡海明

(1.南京水利科学研究院，南京 210029；2.水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，南京 210029； 3.南京市公路事业发展中心，南京 252000；4.南京瑞迪高新技术有限公司，南京 210024)

0 引 言

预制装配式桥梁在交通工程中发展快速，需要进行大量构件预制，且一般为预应力结构，其耐久性风险主要来源于混凝土开裂(胶凝材料用量大、水胶比低、水泥等级高，再加上砂石骨料品质波动大，构件开裂风险大)。裂缝一旦发生，很难处理；裂缝严重的，混凝土构件要重新浇筑。针对预制构件中裂缝的形成机理多基于Griffith微裂纹理论，即在外力作用下，每个预制构件中即有微裂纹或缺陷周围会出现应力集中现象，当应力达到一定值时，裂纹开始扩展，进而形成裂缝甚至发生构件断裂现象。

减小混凝土收缩是提高预制装配式桥梁抗裂性能的基本途径[1-2]。实际工程中，除对混凝土组成和配比进行优化外，掺膨胀剂、减缩剂等抗裂材料是混凝土结构裂缝控制可选择的有效途径[3-5]。著名学者Shah等[6]把掺混凝土减缩剂列为预防混凝土收缩开裂的两个措施之一，我国学者20世纪90年代初开始关注国外减缩剂的技术发展[7]，已研制开发出不同类型的减缩剂[8]，相关产品(如JSJ减缩剂)已在工程上应用[9]，但由于价格太高，一定程度上制约了减缩剂的推广应用[10-11]。减缩剂的主要作用机理是降低混凝土孔隙水的表面张力，从而减小毛细孔失水时产生的收缩应力[12-13]。在减少收缩方面，一些成熟减缩剂产品报告中提到减缩剂可使混凝土28 d和最终干燥收缩分别降低50%～80%和25%～50%[14]。Tazawa等[15-16]研究表明，减缩剂除了对降低水泥基材料干燥收缩有效外，对自收缩同样有效。膨胀剂的作用原理是在水泥水化反应早期，利用膨胀剂自身水化产生具有较大膨胀性水化产物来实现对混凝土收缩的控制和补偿[17]，以防止混凝土开裂[18-19]。但除了存在高温(60 ℃以上)稳定性以及延迟膨胀的问题[20]，膨胀剂要发挥膨胀作用，其对水分要求较高，高强混凝土内部是否有足够水分可供膨胀剂水化，掺膨胀剂之后是否会进一步加剧混凝土内外收缩差，这些问题还需要进一步研究[21]。

本文针对装配式混凝土最易出现裂缝的箱梁结构混凝土，在测试C50混凝土力学、变形、抗裂、热学性能基础上，采用B4Cast软件仿真分析构件混凝土的温度、应力发展规律以及开裂趋势、开裂特征，并研究膨胀剂、减缩剂对箱梁混凝土的防裂效果。

1 实 验

1.1 原材料

1.1.1 水泥

采用台泥水泥有限公司生产的P·II 52.5水泥，按GB/T 176—2017《水泥化学分析方法》测定其部分化学组成，如表1所示。水泥的物理性能如表2所示，比表面积为379 m2/kg，标准稠度用水量为27.7%，3 d、7 d水化热分别达294 kJ/kg和335 kJ/kg，水泥胶砂7 d、28 d抗压强度分别为35.1 MPa、60.8 MPa，所检指标均满足GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》的技术要求。

表1 水泥部分化学组成Table 1 Part chemical composition of Portland cement

表2 水泥物理性能Table 2 Physical properties of Portland cement

1.1.2 骨料

细骨料：采用天然砂，细度模数2.7，属于II区中砂,其含泥量约为1.8%，表观密度为2 650 kg/m3，天然砂相关品质指标均满足JTG/T F50—2011《公路桥涵施工技术规范》的相关规定。

粗骨料：采用5～25 mm连续级配石灰岩碎石，由粒径5～16 mm、16～25 mm的两级碎石按质量比4 ∶6掺配而成。粗集料粒形较好，颗粒饱满，泥块含量约为0.1%，表观密度为2 750 kg/m3；针片状含量达7.6%，压碎值稍偏高，达到18.9%。碎石的相关品质指标满足JTG/T F50—2011中II类以上碎石的技术要求。

1.1.3 减水剂

采用北京百瑞吉BRJ-YJ聚羧酸高性能减水剂，固含量17.8%(质量分数)，推荐掺量1.20%(质量分数，下同)，减水率29.0%，满足GB 8076—2008《混凝土外加剂》中高性能减水剂(缓凝型)的技术要求。

1.1.4 抗裂材料

膨胀剂：采用南京瑞迪高新技术有限公司生产的CaO类复合膨胀剂，主要成分是轻烧氧化钙、硫铝酸钙等。膨胀剂的物理力学性能检测结果见表3，均满足GB/T 23439—2017《混凝土膨胀剂》中II型膨胀剂的相关技术要求。

表3 膨胀剂物理力学性能Table 3 Physical and mechanical properties of expansion agent

减缩剂：采用南京瑞迪高新技术有限公司生产的402F型减缩剂，浓度约为50%(质量分数，下同)，掺量为2%～4%(质量分数)。其为一种聚醚类减缩型外加剂，凭借独特的分子结构能显著降低硬化混凝土毛细孔溶液的表面张力，从而有效减少混凝土体积收缩。

1.2 试验方法

1.2.1 力学性能试验

立方体抗压强度测试：参照JTG E30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》，成型150 mm×150 mm×150 mm混凝土试件，测定其7 d、28 d和90 d抗压强度。

轴拉性能测试：参照SL 352—2006《水工混凝土试验规程》中轴向拉伸试验方法，成型100 mm×100 mm×515 mm试件，测试其轴心抗拉强度、抗拉弹性模量和极限拉伸值。

1.2.2 开裂试验

圆环开裂试验：参照ASTM C 1581进行混凝土圆环法抗裂性试验，将混凝土拌合物中砂浆用5 mm筛筛出，浇筑在圆环状试模中，24 h后用石蜡密封顶部，然后拆去外环试模，放置于温度(20±2) ℃、相对湿度(60±5)%的环境中。在钢环内壁贴应变片，采用静态应变仪采集应变片的读数，并记录圆环开裂时间。

平板开裂试验：参照GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中混凝土早期抗裂试验方法，浇筑600 mm×600 mm×100 mm平薄板混凝土试件。试验进行(24±0.5) h后，测量每条裂缝的最大宽度，计算每条裂缝平均开裂面积、单位面积的裂缝数目以及单位面积上的总开裂面积。

1.2.3 变形性能试验

干缩测试：参照JTG E30—2005，成型100 mm×100 mm×515 mm试件。标准养护48 h拆模后放入干缩室，采用LVDT数据采集系统测试试件长度随养护龄期的变化。干缩室温度为(20±2) ℃，相对湿度为(60±5)%。

自生体积变形测试：参照SL 352—2006中混凝土自生体积变形测试方法，成型φ200 mm×500 mm试件，内埋DI-15型差动式电阻应变计，取浇筑后24 h的读数作为基准值，测试混凝土试件应变随养护龄期的变化。

1.2.4 胶凝材料水化热

采用TAM AIR II热导式等温量热仪，恒温20 ℃，测试胶凝材料0～7 d的水化热，固定胶凝材料总质量8.00 g、水胶比(W/B)0.34。试验操作参照ASTM C1679—08“Standard practice for measuring hydration kinetics of hydraulic cementitious mixtures using isothermal calorimetry”进行。

2 结果与讨论

2.1 C50箱梁混凝土基本性能

2.1.1 配合比和工作性

选用某公路改扩建工程用C50箱梁混凝土配合比为基础，采用P·II 52.5水泥，外掺5%膨胀剂(PZ)、3%减缩剂(JS)、5%膨胀剂+3%减缩剂(按胶凝材料质量分数计，下同)，经试拌调整后确定4组混凝土配合比如表4所示，调整减水剂用量控制拌合物坍落度相当。参照GB/T 50080—2012《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》，测得各组拌合物的坍落度、表观密度、含气量等指标，如表5所示。掺3%减缩剂(C50-JS)时，坍落度达205 mm，膨胀剂与减缩剂复掺(C50-PZ+JS)时，坍落度也达到了200 mm，坍落度增大较为明显；而膨胀剂的掺入对拌合物工作性影响不大。各组混凝土拌合物坍落度在180～205 mm之间，含气量在1.8%～2.7%(体积分数)之间，表观密度在2 490～2 520 kg/m3之间，满足装配式预制混凝土构件浇筑施工性能的要求。液体减缩剂浓度约为50%，掺3%减缩剂(C50-JS)时，需适当降低减水剂的掺量。

表4 C50混凝土配合比Table 4 Mix ratio of C50 concrete

表5 C50混凝土工作性Table 5 Workability of C50 concrete

2.1.2 抗裂性能

(1)平板开裂

掺膨胀剂、减缩剂、膨胀剂+减缩剂不同抗裂材料和对比样(C50-Blank)4组混凝土的平板开裂情况如图1所示，相应的裂缝数目、开裂面积统计结果如表6所示。由表6可知，C50-Blank单位面积裂缝为19.4条，每条裂缝平均开裂面积为16 mm2，总开裂面积达到了310 mm2/m2。抗裂材料的掺入，均不同程度提高了C50混凝土早期的抗裂性，单位面积总开裂面积均有所下降。减缩剂较膨胀剂对改善混凝土早期抗裂效果更为显著，总开裂面积为33 mm2/m2，较C50-Blank降低了89%，这是因为减缩剂降低了混凝土中的毛细孔负压，可有效减小混凝土早期的收缩变形，从而改善早期抗裂性。膨胀剂也降低混凝土早期单位面积总开裂面积约68%,膨胀剂中氧化钙等组分水化反应产生体积膨胀，在平板四周约束条件下产生一定压应力，从而可部分抵消混凝土失水体积收缩产生的拉应力。膨胀剂与减缩剂复掺(C50-PZ+JS)时，产生的裂缝数量少、宽度小，总开裂面积仅为17 mm2/m2，较C50-Blank降低了95%，效果显著。

(2)圆环开裂

掺膨胀剂、减缩剂、膨胀剂+减缩剂抗裂材料和对比样4组混凝土的圆环开裂情况如图2所示，对应各组混凝土圆环开裂时间如表7所示。由表7可知，C50-Blank圆环开裂时间约为52 h，抗裂材料的掺入使圆环开裂时间均有不同程度延后。减缩剂对改善圆环法抗裂性效果明显，掺减缩剂C50混凝土圆环开裂时间均在7 d之后(7～14 d)，其中C50-JS、C50-PZ+JS较对比样分别延后170 h(约7 d)、227.5 h(约9.5 d)；单掺膨胀剂(C50-PZ)时，C50混凝土圆环开裂时间也延后了105.5 h。总体来说，膨胀剂、减缩剂复掺时对改善圆环法抗裂性作用效果明显，圆环开裂时间延长超7 d。

图1 混凝土平板开裂情况Fig.1 Cracking of concrete slabs

表6 混凝土平板开裂试验结果Table 6 Cracking test results of concrete slabs

图2 混凝土圆环开裂情况Fig.2 Cracking of concrete rings

表7 混凝土圆环开裂试验结果Table 7 Cracking test results of concrete rings

2.1.3 力学性能

(1)立方体抗压强度

图3 C50混凝土立方体抗压强度Fig.3 Cube compressive strength of C50 concrete

标养条件下，掺不同抗裂材料C50混凝土的7 d、28 d和90 d立方体抗压强度结果如图3所示。C50-Blank的7 d、28 d和90 d抗压强度分别达60.6 MPa、68.3 MPa和74.6 MPa，由于装配式预制混凝土构件3～7 d预应力张拉需要，混凝土强度等级高，且早期强度发展较快，不到7 d即可满足装配式预制混凝土构件预应力张力的指标要求(抗压强度50 MPa)。

膨胀剂、减缩剂、膨胀剂+减缩剂等抗裂材料的掺入，对混凝土抗压强度影响不大。仅减缩剂使C50混凝土抗压强度稍有降低但影响不明显，7 d、28 d、90 d抗压强度较对比样分别降低了4.4%、9.9%和9.4%。膨胀剂与减缩剂复掺时，混凝土各龄期抗压强度均处于C50-PZ和C50-JS两组之间。总体来说，掺不同抗裂材料对混凝土抗压强度影响不大。

(2)轴心抗拉性能

表8给出了掺不同抗裂材料C50混凝土7 d、28 d和90 d抗拉性能测试结果。由表可知，各组混凝土极限拉伸值均在28 d时最大。C50-Blank的7 d、28 d和90 d极限拉伸值分别达136 με、160 με和123 με。3种抗裂材料中，膨胀剂的掺入会使各龄期极限拉伸值均有所增大，而减缩剂使各龄期极限拉伸值有不同程度减小；C50-PZ+JS的7 d、28 d和90 d极限拉伸值分别达146 με、166 με和125 με，较对比样提高了2%～7%，这说明膨胀剂与减缩剂复掺可增大C50混凝土的拉伸变形性能，从而提高混凝土抗裂性。

4组混凝土轴心抗拉强度、抗拉弹性模量则均随龄期延长而逐渐提高，C50-Blank的7 d、28 d和90 d抗拉强度分别达4.14 MPa、4.66 MPa和5.02 MPa。不同抗裂材料的掺入，对混凝土抗拉强度影响不大，7 d抗拉强度为3.74～4.19 MPa，28 d抗拉强度在4.33～4.68 MPa之间。其中，减缩剂的掺入使C50混凝土各龄期抗拉强度略有降低。各组C50混凝土7 d、28 d和90 d抗拉弹性模量分别为33.5～35.0 GPa、34.2～38.2 GPa和43.6～46.8 GPa。

表8 C50混凝土抗拉性能Table 8 Tensile properties of C50 concrete

2.1.4 变形性能

(1)自生体积变形

掺不同抗裂材料C50混凝土的自生体积变形随龄期变化如图4所示。各龄期下C50-Blank自生体积变形均最大，7 d、21 d、61 d、96 d自生体积收缩变形值分别达到-53 με、-74 με、-96 με和-100 με。膨胀剂、减缩剂的掺入均减小了混凝土自生体积变形，且各组混凝土水化反应至96 d后趋于稳定。

减缩剂较膨胀剂对减小C50混凝土自生体积变形效果更为明显，尤其是46 d之前，7 d、21 d、96 d自生体积收缩变形值分别为-17 με、-35 με和-64 με，较C50-Blank分别减小了68%、53%和36%。单掺5%膨胀剂时，混凝土2 d前体积表现为“膨胀”，之后随龄期延长自生体积收缩变形逐渐增大，至96 d体积稳定时，自生体积收缩变形值为-64 με，较C50-Blank减小了36%；膨胀组分水化反应产生体积膨胀，抵消了部分收缩变形。膨胀剂与减缩剂复掺时，对减小C50混凝土自生体积变形效果最佳，7 d、21 d、96 d自生体积收缩变形值分别为-13 με、-16 με和-37 με，较C50-Blank分别减小了75%、78%和63%。

(2)干缩

图5为掺不同抗裂材料C50混凝土的干缩变形随龄期变化曲线。各组混凝土干缩变化趋势相同，C50-Blank干缩变形最大，变形至145 d后才能趋于稳定，干缩变形值达到了-400 με，这表明在约束条件下若不对C50混凝土进行合理规范的养护，其产生收缩裂缝的风险很高。

图4 C50混凝土自生体积变形随时间变化曲线Fig.4 Change curves of C50 concrete autogenous volume deformation with time

图5 C50混凝土干缩变形随时间变化曲线Fig.5 Change curves of C50 concrete dry shrinkage deformation with time

与自生体积变形结果类似，掺膨胀剂混凝土也仅在早期(3 d)表现为体积膨胀，可抵消部分收缩变形；减缩剂对减小混凝土干缩效果较为明显，且龄期越早，效果越明显。此外，相同抗裂材料对C50混凝土干缩的影响程度均要小于对自生体积变形的影响，作用效果减小近一半。掺3%减缩剂混凝土，7 d、21 d、145 d干缩值较C50-Blank分别减小了45%、36%和25%，干缩变形至145 d趋于稳定，干缩值为-302 με。膨胀剂与减缩剂复掺时，对减小C50混凝土干缩效果最佳，145 d干缩变形值为-250 με，较C50-Blank减小了38%。

2.1.5 胶凝材料水化热

图6为掺不同抗裂材料C50混凝土胶凝材料0～7 d的水化放热曲线。各体系胶凝材料加水后迅速发生水化反应并放出热量，且随着龄期的延长水化放热速率先增大后减缓，胶凝材料水化放热主要集中在3 d(72 h)前，不同胶凝材料体系3 d累计放热量达到了80%～90%。20 ℃恒温条件下，C50-Blank胶凝材料水化1 d、3 d、7 d累计放热量分别为157.0 J/g、271.4 J/g和319.1 J/g。减缩剂的掺入会降低胶凝材料水化放热速率，峰值出现时间较对比样延后了近4 h，从而使水化放热量减小，早期效果尤为明显，0.5 d和1 d累计放热量分别减小了26%和28%，7 d累计放热量也减小了6%。这说明减缩剂的掺入一定程度延缓了胶凝材料的水化反应，1 d前作用明显，对改善混凝土抗温度应力开裂性能有利，这也是掺减缩剂使混凝土力学性能降低的原因。膨胀剂的掺入会使胶凝材料水化放热量略有增大，7 d累计放热量为329.1 J/g(增大3%)。膨胀剂与减缩剂复掺时，最大放热速率减小至0.002 5 W/g，但峰值出现时间较对比样略有提前(提前0.8 h)，胶凝材料各龄期水化放热量较C50-Blank略有降低。

图6 C50混凝土胶凝材料水化放热曲线Fig.6 Hydration heat release curves of C50 concrete cementing materials

2.2 箱梁混凝土温度应力三维仿真分析

“外病内治”，根据2.1节掺不同抗裂材料C50混凝土基本性能的测试结果，从水化热、力学性能、抗裂性能和变形性能综合考虑，优选5%膨胀剂+3%减缩剂的防裂方案。采用B4Cast软件仿真分析箱梁构件混凝土的温度、应力发展规律和开裂趋势、开裂特征，研究膨胀剂与减缩剂复掺对箱梁混凝土的防裂效果。

B4Cast是一种基于有限元分析和3D模拟的混凝土结构温度历程和应力发展分析软件。只需在计算过程中提供施工方法、热边界条件以及混凝土热物理性能和力学性能参数，进行建模后即可计算不同混凝土结构的温度场和应力场。

2.2.1 几何模型

参照某公路改扩建工程主线桥梁上部结构采用的预应力混凝土预制小箱梁结构设计尺寸，分左上、右上、左下、右下四部分输入截面坐标进行建模(箱梁长z=17.5 m)。外部环境温度20 ℃，混凝土浇筑温度20 ℃，拆模时间18 h，外部传热模式为通风。

2.2.2 材料参数

参照SL 352—2006，采用HR-3混凝土热物理参数测试仪测得C50-Blank和C50-PZ+JS两组混凝土的热学性能参数如表9所示，膨胀剂+减缩剂抗裂材料对C50混凝土的热学性能影响不大。不同配比混凝土抗压强度、轴拉强度、弹性模量的成熟度函数参数A、B、C拟合结果如表10所示，各组相关系数R2基本达到了0.98。

表9 C50混凝土材料热学性能参数Table 9 Thermal performance parameters of C50 concrete

表10 C50混凝土力学性能参数拟合结果Table 10 Fitting results of mechanical properties parameters of C50 concrete

图7 C50-Blank箱梁混凝土温度场计算结果Fig.7 Temperature field calculation results of C50-Blank box girder concrete

2.2.3 温度场分析

C50-Blank箱梁混凝土温度场分析结果如图7所示，相应不同浇筑部位的温峰场计算结果见表11。除两端面外，箱梁结构任一横截面分别在左上部、右上部和底部存在3个热量聚集点，温度较高，而箱梁结构表层混凝土温度相对较低。箱梁上部、下部结构的温峰值、温峰出现时间不尽相同，上部混凝土结构体心处在15.3 h时温度达到最大值36.3 ℃，表层温峰值为27.1 ℃，与外部环境最大温差为16.3 ℃；下部结构体心温峰值达到了38.3 ℃，较上部结构温峰值更高，体心温峰出现时间为15.9 h，与外部环境最大温差为18.3 ℃。从温差值来看，箱梁结构下部混凝土较上部产生温降收缩裂缝的风险更大，且体心温峰和表层温峰出现时间均在15～16 h，接近混凝土模板的撤除时间18 h，温峰后温降速率较大，从温峰至25 ℃温降速率约为0.55 ℃/h。

掺膨胀剂与减缩剂时，箱梁混凝土温度场变化明显，上部、下部结构的体心和表层温峰值均有3～4 ℃的降低，上部、下部结构与外部环境最大温差分别为12.6 ℃和14.3 ℃，温差最大值较C50-Blank降低了4 ℃，因此混凝土的温降收缩也会有所减小。

表11 箱梁混凝土不同浇筑部位的温度场计算结果Table 11 Calculation results of temperature field of concrete in different pouring parts of box girder

2.2.4 应力场分析

计算自浇筑开始至200 h过程中，C50-Blank箱梁混凝土应力场分析结果如图8所示。箱梁上部、下部结构混凝土体心处的拉应力小，而表层拉应力较大，分别在翼板两侧(上部)和底板两侧拐角(下部)应力达到最大。进一步分析可知，水化反应至约17 h时，翼板两侧所受拉应力达到最大，约为0.8 MPa；水化反应至约19 h时，底板距离箱梁两端约0.5 m处，两侧拐角所受拉应力达到最大，约为0.9 MPa。

图8 C50-Blank箱梁混凝土应力场计算结果(z轴、y轴)Fig.8 Calculation results of C50-Blank box girder concrete stress field (z axis and y axis)

由于混凝土体心处热交换小、温度高，强度发展较快；混凝土表层与外部环境热交换大、温度低，强度发展较慢，因而混凝土表层更容易产生裂缝。图9为C50-Blank箱梁上部、下部表层最大拉应力的发展历程，同时给出了相应抗拉强度的发展历程，应力计算结果见表12，其中σx、σy和σz分别表示x、y、z三个方向上的主应力，ft为混凝土抗拉强度。将混凝土所受最大拉应力与同时刻混凝土抗拉强度进行比较，计算可得相应的抗裂安全系数(比值)，用以评价混凝土的抗裂安全性高低。

C50-Blank箱梁混凝土在200 h内，表层混凝土的抗拉强度均高于所受的拉应力，这说明混凝土在此工况条件下，干缩和温降产生的应力不足以导致混凝土开裂。进一步分析可知，上部结构的最大拉应力为0.9 MPa，最大拉应力时间为17 h，计算得到抗裂安全系数为1.06；下部结构浇筑后17 h拉应力最大，为0.9 MPa，相应的抗裂安全系数为1.12。由此可知，箱梁结构中上部翼板两侧开裂风险最大，C50-Blank混凝土的抗裂安全系数为1.06。

膨胀剂与减缩剂掺入后，使箱梁混凝土所受的最大拉应力降低，最大拉应力出现时间延后，而由于时间的延后使得最大拉应力对应的混凝土抗拉强度则有所提高，此消彼长，从而使得混凝土抗裂安全性提高,抗裂风险降低。膨胀剂+减缩剂复掺时，箱梁混凝土所受最大拉应力仅有0.43 MPa，最大拉应力时间延后至21 h，各部位混凝土抗裂安全系数最小值为3.05，较C50-Blank增大了187%。

由箱梁混凝土的温度场、应力场结果可知，5%膨胀剂+3%减缩剂复掺可降低混凝土结构温峰达4 ℃，所受最大拉应力为0.43 MPa，较C50-Blank降低52%，混凝土抗裂安全系数明显增大。由于箱梁混凝土的温降速率较大(0.55 ℃/h)，但温峰出现时间在拆模之前，且总体内外温差较小(16～18 ℃)，表层混凝土的抗拉强度高于最大拉应力，因而可考虑采取以下防裂措施：(1)掺用5%膨胀剂+3%减缩剂的抗裂材料，降低温峰，减小收缩；(2)适当覆盖保温，减小温降速率；(3)加强拆模后混凝土表面养护，减少空气对流和太阳直射，加强喷淋保湿，减小混凝土的干缩变形；(4)优化混凝土配合比[22]，保证混凝土力学性能的基础上，降低水泥用量，掺优质粉煤灰，选择适宜水胶比。

图9 C50-Blank箱梁不同浇筑部位应力、抗拉强度发展历程Fig.9 Development of stress and tensile strength of C50-Blank box girder at different placement sites

表12 箱梁混凝土应力场计算结果Table 12 Calculation results of box girder concrete stress field

3 结 论

(1)箱梁混凝土强度等级高且早期力学性能发展快，7 d抗压强度达60.6 MPa；但抗裂性较差，早期平板总开裂面积达310 mm2/m2，圆环开裂时间约为52 h。箱梁混凝土与外部环境最大温差为16～18 ℃，温降速率约为0.55 ℃/h，在翼板两侧和底板两侧拐角处混凝土表层拉应力达到最大，分别约为0.8 MPa和0.9 MPa。

(2)膨胀剂、减缩剂的掺入对C50混凝土拌合物工作性、力学性能、热学性能影响不大，仅单掺减缩剂会使混凝土力学性能略有降低。

(3)减缩剂对改善混凝土早期开裂效果较好，且减缩剂的掺入会降低胶凝材料水化放热速率，从而使水化放热量减小。

(4)膨胀剂与减缩剂复掺时，平板总开裂面积可降低95%，圆环开裂时间延后9.5 d，混凝土抗裂性能改善明显；可使C50混凝土自生体积收缩变形减小63%～78%，干缩减小38%；可降低箱梁混凝土结构温峰达4 ℃，降低最大拉应力52%，混凝土抗裂安全系数可达3.05，开裂风险明显下降。