0 引言
江阴靖江长江隧道工程隧道段长6445 m，盾构区间4952 m，是长江上第二长隧道，盾构机开挖直径16.09 m，是目前国内在建最大直径盾构隧道，隧道最低点位于江面下82 m，是国内在建承受水压最高的公路盾构隧道，隧道明挖现浇段长1493 m，主体结构最大厚度超过2.0 m。作为交通运输部第一批平安百年品质工程创建示范项目，工程建设对隧道的防水要求较高。然而，现浇混凝土因水化反应及与外界温度、湿度的交换，在约束条件下容易在混凝土结构内部产生温度、湿度收缩应力，当收缩应力超过混凝土抗拉强度时，就会出现裂缝。工程调研及研究结果表明，因混凝土材料收缩引起的开裂是现浇混凝土出现裂缝的主要原因，因此，抑制混凝土出现贯穿性收缩裂缝也被认为是保障现浇结构混凝土工程建设质量的关键。
近年来，采用水化历程与膨胀历程双重调控来降低混凝土温升、补偿混凝土收缩的技术在多个隧道、桥梁、地铁等重大工程得到了应用，对于入模温度难以控制的超长、大体积混凝土，在水化与膨胀历程双重调控的基础上，还设置了冷却水管。工程实践发现，设置冷却水管后容易出现漏水、无法及时开启或关停水管等问题，降低了冷却水管的实际温控效果，与此同时，设置冷却水管还会提高混凝土的浇筑振捣难度。因高吸水树脂（SAP）对水分具有出色的控释能力，采用SAP 作为内养护剂来改善混凝土内部湿度、提高混凝土抗裂性能受到了广泛研究，由于混凝土线膨胀系数还受其内部湿度影响，SAP 在改善混凝土内部湿度的同时，还能降低混凝土的温度收缩。依托在建的江阴靖江长江隧道工程，在水化与膨胀历程双重调控的基础上，本试验进一步研究了SAP 对混凝土抗裂性能的影响，以期为本工程及类似工程面临裂缝控制难度的现浇混凝土收缩裂缝控制提供材料技术方案。
1 材料与方法
1.1 原材料与配合比
试验所用原材料与实际工程用原材料相同，具体为南通海螺低碱P·O 42.5 级水泥，江阴利港F 类I 级粉煤灰，湖北兴华矿业5~25 mm 连续级配碎石，洞庭湖II 区中砂，PCAⓇ-IV聚羧酸减缩抗裂减水剂，HMEⓇ-V混凝土（温控、防渗）高效抗裂剂，该抗裂剂由水化历程调控材料及膨胀组分组成，具有水化历程调控与补偿收缩双重调控作用，SAP 为某市售溶液凝胶法制备的SAP，在氢氧化钙溶液中的吸水倍率约为30 g/g。
配合比参照明挖段主体结构侧墙配合比设置，见表1，基准混凝土编号为M1，掺加HMEⓇ-V抗裂剂的混凝土编号为M2，同时掺加HMEⓇ-V抗裂剂及SAP 的混凝土编号为M3，其中，HMEⓇ-V抗裂剂的掺量占胶凝材料的8%，SAP掺量占胶凝材料的0.12%，在室内试拌混凝土的基础上，控制减水剂掺量及混凝土坍落度为（180±20）mm，测得SAP吸水倍率约为25 g/g，因此，向掺加SAP 的混凝土额外引入了12 kg/m3 的拌和水。
1.2 试验方法
参照GB/T 12959—2008《水泥水化热测定方法》，采用TAM AIR 微量热仪测试表1 所示不含骨料的配合比胶凝材料水化热，利用尺寸为φ100 mm×400 mm 的PVC 管与铜头测试混凝土自生体积变形。在室内试验的基础上，在工程现场采用厚度为1.6 cm 的木模板制作了尺寸为2.0 m×2.0 m×2.0 m 的模具开展了构件试验，采用振弦式应变计监测构件混凝土温度与变形；参照GB/T 50081—2002《普通混凝土拌合物力学性能试验方法标准》测试标准养护及同条件养护混凝土抗压强度。
2 试验结果
2.1 胶凝材料水化放热
不同配合比胶凝材料水化放热测试结果如图1 所示，结果表明，掺加HMEⓇ-V抗裂剂后，可显著降低胶凝材料加速期水化放热速率，进一步掺加SAP 后，胶凝材料水化放热速率稍有增加。与M1 相比，M2、M3 配合比胶凝材料24 h 水化放热量降低率分别为51.3%、50.1%，相应的7 d水化放热量降低率分别为14.6%、11.2%，可以看出，SAP 的掺加基本不影响抗裂剂中水化热调控材料对水泥水化历程的调控效果。
2.2 自生体积变形
混凝土自生体积变形测试结果如图2 所示，结果表明，掺加SAP 后有助于提高混凝土自生体积膨胀变形，M2、M3 混凝土分别在12 d、22 d 表现出最大膨胀变形，分别为250.1 με、313.4 με，至28 d 龄期时，M1、M2、M3 混凝土变形分别为-106.5 με、235.3 με、305.5 με，至42 d 龄期时，M2、M3 混凝土变形分别为220.8 με、292.4 με，可以看出，在掺加HMEⓇ-V抗裂剂的基础上，进一步掺加SAP 后，可显著提高混凝土自生体积膨胀变形，并优化膨胀变形历程，且后期收缩趋势减小。
图1 胶凝材料微量热测试结果
图2 自生体积变形测试结果
2.3 构件混凝土温度与变形监测结果
基于表1所示配合比，利用工程现场混凝土供应中心生产了构件混凝土，并采用泵送浇筑施工，泵送前后混凝土工作性良好。在控制混凝土坍落度为（180±20）mm 的条件下，实际生产的M1 及M2 理论配合比与表1 所示配合比相同，掺加了SAP 的M3 理论配合比用水量较表1 所示配合比少了约4 kg/m3，即在实际工程混凝土生产搅拌条件下的附加用水量较室内试验小搅拌机搅拌条件下的用水量有所降低，推测是SAP 在强搅拌剪切作用下吸水倍率有所降低所致。根据室内试验及现场生产所用附加用水量计算SAP在室内试验及现场生产时吸水倍率分别为25 g/g、16.7 g/g。
构件混凝土温度与变形监测如图3 所示，受环境温度及构件混凝土生产过程调试的影响，M1、M2、M3 混凝土入模温度分别为21.8 ℃、25.2 ℃、24.8℃，最高温度分别为64.7℃、63.9 ℃、63.2 ℃，温升值分别为42.9 ℃、38.7 ℃、38.4 ℃，掺加HMEⓇ-V抗裂剂后，混凝土温升值降低了4.2~4.5 ℃，SAP的掺加对混凝土构件混凝土温升值影响不大。与M1 混凝土相比，M2、M3 混凝土除了温升值显著降低外，混凝土的变形也得到了显著的补偿，在温升阶段，M1、M2、M3 混凝土最大膨胀变形分别为310.1 με、729.0 με、829.3 με、单位温升膨胀变形分别为7.5 με/℃、19.7 με/℃、23.0 με/℃，与M1 混凝土相比，M2、M3 混凝土在温升阶段的单位膨胀变形分别增加了162.7%、206.7%；在温降阶段至监测结束时，M1、M2、M3 混凝土温降幅度分别为38.3 ℃、38.4 ℃、36.8 ℃，收缩变形分别为417.4 με、344.5 με、288.9 με，单位温降收缩变形分别为10.9 με/℃、9.0 με/℃、7.9 με/℃，与M1 混凝土相比，M2、M3 混凝土在温降阶段的单位收缩变形分别减小了17.4%、27.5%。可以看出，掺加HMEⓇ-V抗裂剂后，可分阶段、全过程补偿混凝土收缩变形，同时掺加SAP 后，混凝土收缩变形将得到进一步的补偿，与M2 混凝土相比，M3混凝土单位温升膨胀变形增加了16.8%、单位温降收缩变形减小了12.2%，有利于提高混凝土抗裂性能。
图3 构件混凝土温度与变形监测结果
2.4 混凝土力学性能
构件混凝土标准养护及同条件养护试件强度如图4所示，结果表明，同条件养护下混凝土3 d、7 d 强度明显高于标准条件养护强度，采用HMEⓇ-V抗裂剂替代水泥后，由于水泥用量降低且抗裂剂具有水化历程调控作用，M2、M3混凝土强度低于M1 混凝土强度，且这种差距随着龄期的延长而逐渐减小，各配合比同条件及标准条件养护28 d 龄期强度均满足设计要求。与M2 混凝土相比，尽管掺加SAP引入了8 kg/m3 的附加拌和水，M3 混凝土强度略高于M2混凝土强度。
图4 混凝土抗压强度
3 结论
SAP 可显著提高混凝土自生体积膨胀变形并优化变率的影响较小。