預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕裂縫的成因

郭兆杰

（山東華邦建設(shè)集團(tuán)有限公司， 山東 濰坊 262500）

0 引言

通過(guò)多年研究、推廣生產(chǎn)和使用預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕，鐵路工程取得了新的發(fā)展和優(yōu)化。行車、裝卸施工等都是造成鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕發(fā)生裂縫的原因。混凝土軌枕一旦出現(xiàn)裂紋病害，會(huì)對(duì)軌枕的承載能力產(chǎn)生較大的影響，威脅鐵路使用安全和使用壽命，為此，相關(guān)工作者和研究者需要加強(qiáng)對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕裂縫成因和危害性的分析，采取有效的控制措施，將預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕的結(jié)構(gòu)耐久性提高，同時(shí)延長(zhǎng)其使用價(jià)值和使用壽命，保證鐵路通車的安全。

1 預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕裂縫類型及成因分析

荷載作用和非荷載作用是引起預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕發(fā)生裂縫的主要兩大因素[1]。

1.1 荷載因素造成的裂縫類型

第一，裂縫產(chǎn)生于鋼軌的下方正，受到正彎矩作用而出現(xiàn)。

第二，裂縫產(chǎn)生于軌中彎矩。

第三，頂面釘孔發(fā)生的裂縫，包括縱向裂縫和橫向裂縫。

第四，位于軌枕端部的裂縫。

第五，位于側(cè)面或者頂面的裂縫，常常是龜裂狀或者網(wǎng)狀的縱橫交錯(cuò)的裂縫。

在荷載作用下，混凝土軌枕的截面拉應(yīng)力變大，當(dāng)超過(guò)混凝土的抗拉伸極限值時(shí)會(huì)導(dǎo)致發(fā)生荷載效應(yīng)，比如剪力、彎矩、扭矩等，進(jìn)而導(dǎo)致軌枕截面出現(xiàn)混凝土裂縫問(wèn)題。

圖1 混凝土軌枕

1.2 非荷載因素導(dǎo)致的裂縫

第一，溫度變化導(dǎo)致的溫度裂縫。①在混凝土澆筑硬化過(guò)程中內(nèi)部會(huì)釋放和蓄積大量的熱量，這些熱量主要來(lái)自于水泥的水化作用產(chǎn)生的熱量，導(dǎo)致混凝土軌枕存在較大的溫差，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土軌枕內(nèi)外無(wú)法均勻地膨脹，軌枕表面和內(nèi)部分別產(chǎn)生拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，當(dāng)超過(guò)混凝土受力極限后會(huì)發(fā)生裂縫現(xiàn)象。②在脫模階段具有較高的軌枕溫度導(dǎo)致環(huán)境溫度和軌枕表面溫度差炒股了規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土表面的拉應(yīng)力過(guò)大，表面發(fā)生了細(xì)微的裂紋。③施工人員在混凝土軌枕施工過(guò)程中沒(méi)有充分關(guān)注溫度因素，導(dǎo)致沒(méi)有合理地布置新舊混凝土接觸面，沒(méi)有均勻地處理新舊混凝土。④在養(yǎng)護(hù)階段采用的是蒸汽養(yǎng)護(hù)方式，但是由于沒(méi)有合理控制養(yǎng)護(hù)溫度，導(dǎo)致過(guò)快升溫同時(shí)具有較高的恒溫溫度，和混凝土膨脹系數(shù)存在差異，加上混凝土初期缺乏足夠的強(qiáng)度，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外出現(xiàn)較大的溫度差，造成表面發(fā)生了疏松、龜裂等不良問(wèn)題。此類問(wèn)題通常在出廠時(shí)肉眼無(wú)法查看其是否存在裂縫，但是在具體使用階段受到外力的影響、環(huán)境的影響導(dǎo)致裂縫蔓延、擴(kuò)大、加深，繼而出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的混凝土軌枕裂縫[2]。

第二，收縮裂縫。在完成澆筑、振搗后，需要采取有效的混凝土養(yǎng)護(hù)措施，在這個(gè)階段，混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生干縮形變，預(yù)應(yīng)力鋼筋、箍筋等外界因素會(huì)約束這種變形程度，當(dāng)約束力難以滿足混凝土收縮形變要求后，會(huì)產(chǎn)生較為細(xì)小的混凝土干縮裂縫，這些裂縫通常不大，但是會(huì)在使用中擴(kuò)大，嚴(yán)重影響軌枕的使用。相比于無(wú)擋肩的軌枕，有擋肩的軌枕裂縫要更多。此外，有的生產(chǎn)廠家為了便于施工沒(méi)有嚴(yán)格地對(duì)混凝土配合比進(jìn)行控制，用水量不合理，導(dǎo)致混凝土存在較大的坍落度，出現(xiàn)明顯的泌水現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致混凝土塑性收縮程度加大，進(jìn)而引發(fā)干縮裂縫[3]。

第三，內(nèi)部因素引起的軌枕混凝土裂縫。①水泥用量多。為了滿足140mm-160mm的泵送混凝土坍落度標(biāo)準(zhǔn)，需要將水泥的用量、拌和水用量以及外加劑的用量適當(dāng)增加，這就導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕的收縮值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)普通的混凝土，增加了混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂發(fā)生的概率。②水化熱。由于使用了較多的水泥和外加劑，導(dǎo)致混凝土初期有著較快的水化速度，產(chǎn)生較多的水化熱，增加了降溫的難度，同時(shí)受到自身溫度應(yīng)力的影響，導(dǎo)致發(fā)生溫度裂縫。③堿-骨料的化學(xué)反應(yīng)。如果混凝土配置中所用的水泥含有較高的堿活性骨料和建含量，或者韓勇可溶性硫酸鹽那么會(huì)導(dǎo)致雨水發(fā)生具有膨脹性質(zhì)的物質(zhì)，混凝土?xí)l(fā)生較為明顯的體積變化，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)生裂縫問(wèn)題[4]。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕裂縫防治措施

作為一種混凝土結(jié)構(gòu)，想要完全杜絕預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕裂縫是一件難上加難的事情，現(xiàn)如今混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是困擾建設(shè)事業(yè)的一大難題。但是預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕一旦發(fā)生裂縫問(wèn)題必然會(huì)對(duì)鐵路的安全通行產(chǎn)生不良影響，為此，需要相關(guān)工作人員加強(qiáng)預(yù)防軌枕裂縫問(wèn)題。具體來(lái)講，可以從如下方面進(jìn)行預(yù)防和控制：

2.1 加強(qiáng)受力分析及預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用

一方面應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)分析混凝土軌枕在使用中可能出現(xiàn)的最大荷載情況，避免發(fā)生橫向裂縫、縱向裂縫。另一方面，可以充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，合理配置預(yù)應(yīng)力鋼筋、箍筋、螺旋筋等。通過(guò)合理設(shè)置箍筋、螺旋筋能夠達(dá)到混凝土軌枕縱向裂縫、釘孔出裂縫的預(yù)防效果。有的軌枕只是松散地搭接了箍筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋，整體性不足，導(dǎo)致難以充分預(yù)防軌枕裂縫。設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)合理布置箍筋，將箍筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋牢固地結(jié)合在一起從而達(dá)到良好的預(yù)防端部裂縫的效果。

2.2 提高預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕的施工質(zhì)量

所有生產(chǎn)施工人員都要樹(shù)立質(zhì)量意識(shí)，明確裂縫所產(chǎn)生的不良印象，在發(fā)展過(guò)程中不斷應(yīng)用新技術(shù)，軌枕施工質(zhì)量水平，將自身學(xué)習(xí)能力提高強(qiáng)化，充分了解混凝土結(jié)構(gòu)組成、各種材料對(duì)混凝土性能所產(chǎn)生的影響，加強(qiáng)學(xué)習(xí)新工藝、新技術(shù)，正確使用生產(chǎn)方式。

2.3 加強(qiáng)進(jìn)場(chǎng)原材料的控制

混凝土的質(zhì)量從很大程度上受到材料質(zhì)量的影響，所以，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)把控進(jìn)場(chǎng)材料的質(zhì)量情況，做好水泥原材料的選擇，尤其是要重視水泥的性能，積極使用微膨脹性、收縮小的硅酸鹽水泥，將混凝土的抗裂能力提高。在選擇骨料時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量選用低彈性模量的砂石，要保證骨料具有較小的膨脹系數(shù)、堅(jiān)硬的質(zhì)地，保證其表面整潔性，將骨料的級(jí)配提高，從而將空隙率和表面積降低，將水泥的用量盡量減小，保證在混凝土澆筑階段不會(huì)產(chǎn)生大量水化熱，將混凝土結(jié)構(gòu)干縮盡量減小，做好混凝土開(kāi)裂問(wèn)題的控制[5]。在運(yùn)輸、裝卸、堆放骨料過(guò)程中要注意做好防護(hù)措施，避免出現(xiàn)爐渣、樹(shù)葉等物質(zhì)，要按照國(guó)家規(guī)范的要求進(jìn)行外加劑、預(yù)應(yīng)力筋等材料的質(zhì)量控制，同時(shí)要對(duì)外加劑和水泥的兼容性加強(qiáng)考慮。

2.4 摻和料的合理選用

防治預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕列裂縫的另一個(gè)途徑就是合理應(yīng)用微膨脹劑和礦物摻和料。微膨脹劑的抗?jié)B性較強(qiáng)，可以達(dá)到補(bǔ)償收縮膨脹式能力的效果，能夠很好地控制混凝土的抗裂性。在混凝土材料中應(yīng)用礦物摻和料能夠?qū)⒒炷恋目節(jié)B性、耐久性大大提高，有助于控制結(jié)構(gòu)收縮，可以達(dá)到混凝土水化降溫作用延遲的效果，將泌水問(wèn)題解決。

2.5 澆筑及抹面過(guò)程

在澆筑混凝土階段，要注意充分做好振搗工作，避免發(fā)生漏振、過(guò)振的問(wèn)題。通常按照20s的時(shí)間控制振搗時(shí)間，注意堅(jiān)持快插慢拔的振搗方式。施工人員要緊跟在振搗工作后及時(shí)完成第一次抹面施工作業(yè)，達(dá)到提漿的效果，保證下一步施工作業(yè)的便捷。之后可以開(kāi)始進(jìn)行第二次抹面將凹凸不平的混凝土表面抹平[6]。如果施工所在環(huán)境存在較大的風(fēng)或者較為強(qiáng)烈的光照那么需要用土工布、棉被等覆蓋第二次抹面后的混凝土軌枕，避免混凝土水分流失過(guò)快。不過(guò)要注意在混凝土初凝前將覆蓋物掀開(kāi)避免混凝土和覆蓋物粘結(jié)在一起。在初凝后可以將全部扣件和魚(yú)尾板松開(kāi)并且開(kāi)始第三次抹面，達(dá)到壓光的小工，同時(shí)壓平發(fā)展出來(lái)的裂縫。最后，由施工人員檢查混凝土軌枕是否存在裂縫問(wèn)題，如果發(fā)現(xiàn)裂縫及時(shí)用長(zhǎng)抹刀壓光處理好，要重點(diǎn)對(duì)軌枕的四周和框架底部這些容易出現(xiàn)裂縫的部位加強(qiáng)關(guān)注。

2.6 養(yǎng)護(hù)

施工人員在完成混凝土的抹平工作后需要用養(yǎng)護(hù)劑涂刷表面，并且做好溫濕度的控制，采用灑水或者覆蓋棉被等方式達(dá)到保溫保濕的效果。但是需要注意的是，在養(yǎng)護(hù)階段避免將覆蓋物直接覆蓋在混凝土軌枕上，避免覆蓋物和養(yǎng)護(hù)液相互粘結(jié)影響?zhàn)B護(hù)效果。

圖2 混凝土軌枕檢修

3 結(jié)束語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力混凝軌枕是鐵路工程重要的組成部分，直接關(guān)系著鐵路的通行安全。如果軌枕出現(xiàn)了質(zhì)量為會(huì)嚴(yán)重影響到其使用功能，為此，工作人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕裂縫的預(yù)防和控制，加強(qiáng)材料檢測(cè)，合理配置混凝土原材料，做好養(yǎng)護(hù)工作，將預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕的施工質(zhì)量和技術(shù)水平提高，將其使用壽命延長(zhǎng)。