双块式无砟轨道道床板混凝土裂缝研究.docx

双块式无砟轨道道床板混凝土裂缝研究摘要：针对对高速铁路CRTS I 型双块式无砟轨道道床板混凝土易开裂的成因，通过对实体结构调查，分析了道床板混凝土的各种裂纹形式及其成因，并从材料和施工方面提出了防治双块式无砟轨道道床板裂缝的具体措施，对今后客运专线现浇混凝土道床板的施工具有借鉴意义。关键词:无砟轨道；道床板；裂缝；混凝土；应对措施；控制 1 前言无砟轨道作为一种露天放置、反复承受列车荷载的结构物，在列车荷载、温度变化、基础变形以及混凝土自身收缩变形的影响下容易产生裂缝。裂缝一旦形成则危害较大，它会降低无砟轨道的绝缘性能，削弱轨道的承载力，同时还可能会危害到无砟轨道的使用安全。为了进一步加强对道床板混凝土裂缝的控制，本文对道床板混凝土裂缝的种类和产生的原因作了较全面的分析，并提出了施工中控制裂缝的可行办法。 2 双块式无砟轨道道床板裂缝型式目前，双块式无砟轨道的裂缝主要发生在道床板、支承层和底座上，这些裂缝可归纳为以下几种形式。2.1道床板上双块式轨枕的角裂缝双块式无砟轨道在道床板上出现比较多的裂纹是轨枕块的四个角处发展角裂缝。2.2路基上连续道床板上支承层假缝处的反射裂缝路基上支承层假缝处均在道床板上有反射裂缝，反射裂缝主要特征有： 反射裂缝大多在轨枕块处开裂；反射裂缝一般多是贯穿裂缝；反射裂缝的宽度是道床板裂缝中最宽的裂缝之一。2.3道床板上龟裂缝浇筑道床板时由于养护不当，道床板表面缺水导致形成龟裂缝。2.4 支承层横向贯通裂缝由于支承层浇筑完成后，支承层的假缝设置时间比较迟，在支承层上每隔510 m左右出现横向贯通裂缝。3 道床板裂缝的原因分析双块式无砟轨道道床板裂缝产生的原因主要有两类：一是由外荷载引起的结构型裂缝，主要是常规结构计算中的主要应力以及其他的结构次应力造成的受力裂缝；二是由非受力变形变化引起的材料型裂缝，主要是由温度应力和混凝土的收缩变形引起的。3.1 温度裂缝混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。温度裂缝产生主要原因是由温差造成的。温差可分为三种：水化热引起的混凝土内外温差、结构整体的温度升降差、结构从上表面至下表面的温度梯度。温度裂缝区别其他裂缝最主要特征是随温度变化而变化。3.2 混凝土收缩引起裂缝混凝土在水泥水化过程中要产生一定的体积变形，这种变形多为收缩变形，随着混凝土的硬化，其水分不断挥发，混凝土就会出现干燥收缩，在混凝土收缩过程中，很容易在混凝土表面形成不规则的收缩裂缝。混凝土的收缩类型有很多种，其中引起混凝土开裂的主要包括塑性收缩和干燥收缩。塑性收缩塑性收缩是造成道床板混凝土产生早期裂纹的主要原因。道床板混凝土施工具有线路长和环境复杂等特点，施工时通常采用人工抹面的方式处理混凝土表面，造成处于塑性阶段的混凝土在较长时间内暴露在空气中，表层混凝土失水较快，一旦混凝土中的水分蒸发速度超过其泌水速度，表层混凝土就会稠硬收缩，当其强度不足以抵抗收缩受限所引起的拉应力时就会开裂。干燥收缩干燥收缩是指在养护停止后，混凝土在不饱和空气中失去内部毛细孔水、凝胶水和吸附水而发生的长度或体积的减少，是一种不可逆收缩，其主要是由半径 100nm 的毛细孔失去水分而产生毛细孔压力造成的收缩，一般认为混凝土中自由水越多，可蒸发的水量越大，其干燥收缩就会越大。干燥收缩产生的裂缝在CRTS I 型无砟轨道道床板混凝土裂纹中占有较大比例，尤其是采用泵送工艺施工的大坍落度道床板混凝土。3.3 钢轨的伸长引起裂缝双块式无砟轨道混凝土浇筑完强度较低时，若不能及时松开扣件，钢轨受温度影响的伸缩将带动轨枕在新浇混凝土土中移动从而产生裂缝。3.4混凝土骨料塑性沉落引起的裂缝当混凝土浇筑过程中粗骨料的沉落受到钢筋的阻挡时，将出现沿钢筋的走向的裂缝，施工过程中如果模板绑扎不好、模板沉陷、移动时也会出现此类裂缝。3.5新旧混凝土不良黏结裂缝道床板与双块式轨枕的周边属于新、旧混凝土的结合部位，且轨枕表面无附加处理措施，造成新、旧混凝土结合效果较差，易产生裂缝;在双块式轨枕的侧面及角部，常出现由于新旧混凝土黏结不良而引起的裂缝。3.6混凝土材料的不均匀混凝土不均匀性主要包括水胶比不均匀、骨料分布不均匀和强度不均匀，造成道床板混凝土分布不均匀的主要因素有:混凝土生产控制不严格、泵送施工时混凝土坍落度过大、混凝土浇筑时过振、抹面时洒水等。上述因素易造成道床板混凝土在垂直、水平方向和局部产生分布不均匀现象，不均匀材料间存在较大变形的差异，易导致混凝土开裂。3.6 其他因素此外，结构基础不均匀沉陷、冻胀以及钢筋锈蚀等均会引起双块式无砟轨道产生裂缝。下部支承层中存在裂缝或结构缝时，同样也会产生反射裂缝。4 裂缝对双块式无砟轨道的影响4.1钢筋锈蚀钢筋锈蚀发生锈胀，会使混凝土保护层脱落，严重的产生纵向裂缝，影响正常使用。钢筋锈蚀导致钢筋有效截面减小，破坏钢筋与混凝土的黏结，使结构承载能力降低，甚至导致结构破坏，是影响钢筋混凝土结构耐久性的最重要的因素。4.2混凝土碳化如果空气中的二氧化碳CO2 进入混凝土中，足够的空气湿度会使其形成碳酸，即H2CO3 。随后碳酸与氢化钙互相作用，产生碳酸钙CaCO3。若Ca(OH)2 晶体中的碳酸钙未溶解，混凝土孔隙水的pH值就会降低到钝化极限值：即钢筋失去其抗腐蚀性。4.3 影响使用寿命如果道床板混凝土严重开裂，不但会导致钢筋锈蚀直至绝缘节点失效，而且裂缝处的渗水还会造成基床下沉，降低道床的使用寿命和承载力，进而影响行车安全。5 控制裂缝的措施5.1 基本思路根据裂缝成因，降低道床板现浇混凝土开裂风险的技术思路是: 减少混凝土的收缩尤其是塑性收缩和干燥收缩，提高其极限抗拉强度。减小混凝土收缩的约束力。提高混凝土的均匀性。5.2材料降低约束配制弹性模量、强度满足要求、适宜于滑模摊铺工艺的支撑层混凝土。减少收缩、提高韧性: 掺加能够减少混凝土收缩、降低水化热的矿物掺和料; 降低混凝土胶凝材料用量、水胶比和坍落度以减少混凝土的塑性收缩及长期干缩; 掺加对拌合物性能影响较小的纤维，提高混凝土的极限抗拉强度;在不影响轨道精度的前提下，引入收缩补偿组分; 在满足施工的前提下，避免使用严重影响混凝土凝结时间的减水剂。5.3 优化混凝土的配合比掺入矿物掺和料，增加保水性; 适当引气; 避免使用影响到混凝土保水性的缓凝组分。5.4 施工降低约束支撑层施工采用滑模摊铺工艺，不宜采用质量波动较大的低塑性混凝土模筑施工; 连续式道床板混凝土施工时可设置后浇带或采用间隔浇筑法。5.5减少收缩、提高韧性 尽量避免使用大坍落度混凝土进行泵送施工，特殊条件下需泵送施工时，混凝土坍落度不易160mm; 加快施工流程，减少混凝土暴露时间，必要时采取附加防护( 防风、防晒、防雨) 措施; 加强混凝土养护，尤其是早期养护，可采用喷涂养护剂等方法进行养护。5.6提高混凝土均匀性加强混凝土生产质量控制，避免混凝土坍落度过大或泌水; 避免过振; 抹面时避免洒水。6 结语无砟轨道施工中要把好进料关，改进混凝土搅拌质量，根据现场环境调整施工工艺和养护措施，加强现场施