預應力混凝土軌枕裂縫的成因

郭兆杰

（山東華邦建設集團有限公司， 山東 濰坊 262500）

0 引言

通過多年研究、推廣生產和使用預應力混凝土軌枕，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應力混凝土軌枕發(fā)生裂縫的原因。混凝土軌枕一旦出現裂紋病害，會對軌枕的承載能力產生較大的影響，威脅鐵路使用安全和使用壽命，為此，相關工作者和研究者需要加強對預應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，將預應力混凝土軌枕的結構耐久性提高，同時延長其使用價值和使用壽命，保證鐵路通車的安全。

1 預應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應力混凝土軌枕發(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，裂縫產生于鋼軌的下方正，受到正彎矩作用而出現。

第二，裂縫產生于軌中彎矩。

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，位于側面或者頂面的裂縫，常常是龜裂狀或者網狀的縱橫交錯的裂縫。

在荷載作用下，混凝土軌枕的截面拉應力變大，當超過混凝土的抗拉伸極限值時會導致發(fā)生荷載效應，比如剪力、彎矩、扭矩等，進而導致軌枕截面出現混凝土裂縫問題。

圖1 混凝土軌枕

1.2 非荷載因素導致的裂縫

第一，溫度變化導致的溫度裂縫。①在混凝土澆筑硬化過程中內部會釋放和蓄積大量的熱量，這些熱量主要來自于水泥的水化作用產生的熱量，導致混凝土軌枕存在較大的溫差，進而導致混凝土軌枕內外無法均勻地膨脹，軌枕表面和內部分別產生拉應力和壓應力，當超過混凝土受力極限后會發(fā)生裂縫現象。②在脫模階段具有較高的軌枕溫度導致環(huán)境溫度和軌枕表面溫度差炒股了規(guī)定的標準要求，進而導致混凝土表面的拉應力過大，表面發(fā)生了細微的裂紋。③施工人員在混凝土軌枕施工過程中沒有充分關注溫度因素，導致沒有合理地布置新舊混凝土接觸面，沒有均勻地處理新舊混凝土。④在養(yǎng)護階段采用的是蒸汽養(yǎng)護方式，但是由于沒有合理控制養(yǎng)護溫度，導致過快升溫同時具有較高的恒溫溫度，和混凝土膨脹系數存在差異，加上混凝土初期缺乏足夠的強度，導致混凝土內外出現較大的溫度差，造成表面發(fā)生了疏松、龜裂等不良問題。此類問題通常在出廠時肉眼無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)境的影響導致裂縫蔓延、擴大、加深，繼而出現肉眼可見的混凝土軌枕裂縫[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)護措施，在這個階段，混凝土結構會發(fā)生干縮形變，預應力鋼筋、箍筋等外界因素會約束這種變形程度，當約束力難以滿足混凝土收縮形變要求后，會產生較為細小的混凝土干縮裂縫，這些裂縫通常不大，但是會在使用中擴大，嚴重影響軌枕的使用。相比于無擋肩的軌枕，有擋肩的軌枕裂縫要更多。此外，有的生產廠家為了便于施工沒有嚴格地對混凝土配合比進行控制，用水量不合理，導致混凝土存在較大的坍落度，出現明顯的泌水現象，會導致混凝土塑性收縮程度加大，進而引發(fā)干縮裂縫[3]。

第三，內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準，需要將水泥的用量、拌和水用量以及外加劑的用量適當增加，這就導致預應力混凝土軌枕的收縮值要遠遠超過普通的混凝土，增加了混凝土結構開裂發(fā)生的概率。②水化熱。由于使用了較多的水泥和外加劑，導致混凝土初期有著較快的水化速度，產生較多的水化熱，增加了降溫的難度，同時受到自身溫度應力的影響，導致發(fā)生溫度裂縫。③堿-骨料的化學反應。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導致雨水發(fā)生具有膨脹性質的物質，混凝土會發(fā)生較為明顯的體積變化，進而導致發(fā)生裂縫問題[4]。

2 預應力混凝土軌枕裂縫防治措施

作為一種混凝土結構，想要完全杜絕預應力混凝土軌枕裂縫是一件難上加難的事情，現如今混凝土結構裂縫是困擾建設事業(yè)的一大難題。但是預應力混凝土軌枕一旦發(fā)生裂縫問題必然會對鐵路的安全通行產生不良影響，為此，需要相關工作人員加強預防軌枕裂縫問題。具體來講，可以從如下方面進行預防和控制：

2.1 加強受力分析及預應力技術應用

一方面應當加強分析混凝土軌枕在使用中可能出現的最大荷載情況，避免發(fā)生橫向裂縫、縱向裂縫。另一方面，可以充分發(fā)揮預應力技術的優(yōu)勢，合理配置預應力鋼筋、箍筋、螺旋筋等。通過合理設置箍筋、螺旋筋能夠達到混凝土軌枕縱向裂縫、釘孔出裂縫的預防效果。有的軌枕只是松散地搭接了箍筋和預應力鋼筋，整體性不足，導致難以充分預防軌枕裂縫。設計人員可以通過合理布置箍筋，將箍筋和預應力鋼筋牢固地結合在一起從而達到良好的預防端部裂縫的效果。

2.2 提高預應力混凝土軌枕的施工質量

所有生產施工人員都要樹立質量意識，明確裂縫所產生的不良印象，在發(fā)展過程中不斷應用新技術，軌枕施工質量水平，將自身學習能力提高強化，充分了解混凝土結構組成、各種材料對混凝土性能所產生的影響，加強學習新工藝、新技術，正確使用生產方式。

2.3 加強進場原材料的控制

混凝土的質量從很大程度上受到材料質量的影響，所以，應當加強把控進場材料的質量情況，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，應當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、堅硬的質地，保證其表面整潔性，將骨料的級配提高，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產生大量水化熱，將混凝土結構干縮盡量減小，做好混凝土開裂問題的控制[5]。在運輸、裝卸、堆放骨料過程中要注意做好防護措施，避免出現爐渣、樹葉等物質，要按照國家規(guī)范的要求進行外加劑、預應力筋等材料的質量控制，同時要對外加劑和水泥的兼容性加強考慮。

2.4 摻和料的合理選用

防治預應力混凝土軌枕列裂縫的另一個途徑就是合理應用微膨脹劑和礦物摻和料。微膨脹劑的抗?jié)B性較強，可以達到補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。在混凝土材料中應用礦物摻和料能夠將混凝土的抗?jié)B性、耐久性大大提高，有助于控制結構收縮，可以達到混凝土水化降溫作用延遲的效果，將泌水問題解決。

2.5 澆筑及抹面過程

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、過振的問題。通常按照20s的時間控制振搗時間，注意堅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完成第一次抹面施工作業(yè)，達到提漿的效果，保證下一步施工作業(yè)的便捷。之后可以開始進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)境存在較大的風或者較為強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快。不過要注意在混凝土初凝前將覆蓋物掀開避免混凝土和覆蓋物粘結在一起。在初凝后可以將全部扣件和魚尾板松開并且開始第三次抹面，達到壓光的小工，同時壓平發(fā)展出來的裂縫。最后，由施工人員檢查混凝土軌枕是否存在裂縫問題，如果發(fā)現裂縫及時用長抹刀壓光處理好，要重點對軌枕的四周和框架底部這些容易出現裂縫的部位加強關注。

2.6 養(yǎng)護

施工人員在完成混凝土的抹平工作后需要用養(yǎng)護劑涂刷表面，并且做好溫濕度的控制，采用灑水或者覆蓋棉被等方式達到保溫保濕的效果。但是需要注意的是，在養(yǎng)護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)護液相互粘結影響?zhàn)B護效果。

圖2 混凝土軌枕檢修

3 結束語

預應力混凝軌枕是鐵路工程重要的組成部分，直接關系著鐵路的通行安全。如果軌枕出現了質量為會嚴重影響到其使用功能，為此，工作人員應當加強對預應力混凝土軌枕裂縫的預防和控制，加強材料檢測，合理配置混凝土原材料，做好養(yǎng)護工作，將預應力混凝土軌枕的施工質量和技術水平提高，將其使用壽命延長。