鐵路混凝土裂縫成因分析、控制及治理

摘 要：混凝土裂縫的出現不僅會影響鐵路工程的結構安全和使用壽命，而且可能引發安全隱患和維護成本的增加。在鐵路建設和運營中，施工裂縫的預防和控制對于保障鐵路工程的質量、安全和持續運營具有重要意義。本文旨在系統闡述鐵路混凝土施工中裂縫控制的重要性和必要性，總結裂縫的類型及產生原因，并提出針對不同類型裂縫的有效控制對策。通過深入探討鐵路混凝土施工中裂縫控制的理論和實踐，為鐵路工程建設和維護提供可靠的技術支持和指導，從而確保鐵路工程的安全、可靠和持續運營。

關鍵詞：鐵路工程；混凝土施工；裂縫；控制文章編號：2095-4085（2024）03-0076-03

0 引言

鐵路混凝土結構作為鐵路工程的重要組成部分，承擔著支撐列車、保障運輸安全的重要任務。然而，在施工過程中，混凝土裂縫的產生是一個常見且嚴重的問題，它可能源自多種因素，包括混凝土材料的質量、施工工藝的規范性以及環境條件的影響等。這些裂縫不僅會降低鐵路結構的強度和穩定性，還可能加速混凝土的老化和損壞，最終影響鐵路的運輸安全和使用壽命。為了有效控制鐵路混凝土施工中的裂縫，需要綜合考慮材料選擇、工藝操作、環境因素等多個方面的因素，并采取一系列科學有效的措施。這些措施不僅包括優化混凝土配合比、合理控制施工溫度，還涉及到對施工工藝的嚴格管理和對原材料質量的保障，以及對裂縫出現后的及時處理和修補等方面。

1 鐵路混凝土施工中的裂縫的概述及種類

混凝土裂縫是一種常見的問題，對工程安全和壽命有著重要的影響，因此被稱為混凝土的頑疾。硬化后的混凝土存在微小裂縫，這些裂縫的影響取決于整體荷載大小。混凝土裂縫可以分為施工中裂縫和使用中裂縫，而大部分裂縫都是在施工階段出現的。混凝土裂縫的產生和發展可以通過減少混凝土收縮和不均勻變形等原因來避免。混凝土在硬化過程中會發生收縮，這是由于水分蒸發和水泥水化熱反應引起的［1］。如果混凝土收縮過大，就會產生裂縫。此外，混凝土在干燥和濕潤環境中會發生不均勻變形，也會導致裂縫的產生和發展。及時處理混凝土裂縫可以減少對鐵路工程安全和使用壽命的不良影響。裂縫的存在會導致水分滲入混凝土內部，從而加速混凝土老化和損壞。而鐵路工程通常需要承受大量的荷載，如果混凝土裂縫存在，就會導致工程結構的強度和穩定性下降，從而影響鐵路的安全和使用壽命。

1.1 收縮裂縫

收縮裂縫大多產生在混凝土的表層，具有不規則的形狀，其產生的具體原因是在混凝土逐漸硬化的過程中，水分慢慢流失和揮發導致混凝土的狀態發生變化，水泥當中的可凝聚膠體率先凝結并收縮而出現變形，當變形的外力小于混凝土內部應力的抗力時，混凝土會產生干裂，最終在表面形成裂紋。

1.2 溫度裂縫

在水接觸水泥時，兩者發生反應，散發出較大的熱能，會引起混凝土內部結構的溫度變化，而形成一定的應力。當這些高溫應力大于混凝土本身的可抗應力時，會在混凝土強度的臨界點形成溫度裂縫。溫度裂縫產生的規則是在夏季溫度較高時裂縫相對較寬，在冬季溫度較低時裂縫相對較窄，同時，混凝土經過自然的收縮也會形成裂紋。其形成的原因是混凝土硬化過程中水分慢慢揮發，導致混凝土內水分不足，其內部水泥凝膠液面降低，使得混凝土出現了自干涸。這種自然的風干效果也會導致混凝土本身濕度降低而形成裂縫。

1.3 荷載裂縫

產生荷載裂縫的主要因素有以下幾種：主要是施工人員在支模板時不夠專注，導致模板不夠牢靠；或者是在混凝土還沒有完全定型時，就對混凝土實施了手動脫模，使其沒有達到規范要求；又或者是在實施脫模過程中施工人員沒有按規定操作，導致混凝土在脫模過程中遭受到了較大的外力，使得混凝土自身的形態產生改變。低齡期混凝土極易形成荷載裂縫，而這些裂縫又大多出現在隧道的襯砌上，對鐵路工程的質量影響頗大。

1.4 堿骨料反應裂縫

在鐵路混凝土施工中，堿骨料反應性裂縫是一種常見的裂縫類型，由混凝土中的堿性成分與含有反應性硅酸鹽的骨料在水的存在下發生反應引起。這種反應導致混凝土體積膨脹，產生內部應力，最終形成裂縫。堿骨料反應性裂縫的形成包括潛伏期、初期裂縫階段、加劇期和穩定期。裂縫的形成會影響混凝土結構的安全性和耐久性，可能增加維護和修復成本，并帶來安全隱患。

2 造成施工裂縫的原因

2.1 材料問題

在鐵路建設過程中，土建施工材料對于鐵路土建來說是非常重要的。如果混凝土的材料出現了質量問題，那么必然會導致混凝土出現裂縫的情況，如果鋼筋的含量和水泥的材料不過關，達不到施工的標準，則會造成混凝土裂縫，如果鋼筋的含量不能夠達到標準，不能夠滿足實際的需要，會直接影響到混凝土的強度，在日后的使用過程中，會造成超載情況，進而會引起一定的質量問題，出現混凝土裂縫問題。

2.2 地質問題

在鐵路土建工程中，因工程地質條件的變化，造成了混凝土開裂。在鐵路土建工程中，由于基礎地質條件的改變，會對其成型造成直接的影響，造成施工后的混凝土開裂。在地質方面，主要有外部環境建設引起的基礎地質變化和人為原因引起的基礎地質變化［2］。由于工程地質變化的影響較大，而且由于施工速度過快，會對基礎荷載的變化造成一定的影響，造成隧道土建混凝土的開裂。

2.3 技術問題

在鐵路的土建施工過程中，進行混凝土澆筑時，如果施工的工藝與技術存在問題，會直接導致最終混凝土的質量。在澆筑過程中，如果沒有進行有效的保護，則會造成混凝土裂縫的出現，而在拆除模板的過程中，如果不能掌握時間，沒有科學的施工工藝，會導致混凝土的裂縫問題；在混凝土沒有凝固之前，就拆除模板，也會引起混凝土的表面失水問題；混凝土的表面的水分會過快的蒸發，而內部的水分又不能夠很快流失，造成了這種差異，使得混凝土的表面拉力大于其極限值，最終引起混凝土裂縫情況的出現。

3 鐵路混凝土施工中裂縫處理途徑

3.1 針對收縮裂縫的對策

首先，應優化混凝土配合比。合理控制水灰比和添加外加劑可以改善混凝土的性能，減少收縮裂縫的發生。在施工操作方面，應控制混凝土的澆筑溫度，并對其提供適當的養護。若能避免混凝土過早干燥，則能夠有效減少收縮裂縫的產生。還可以采用高性能材料，例如選擇高性能水泥和骨料、應用膨脹劑和纖維增強劑都能提高混凝土的抗裂性能。在裂縫修補和處理方面，應當進行定期檢查和修補裂縫措施，而對于較大的裂縫，可以采用灌漿方法進行修補則是有效的手段。

3.2 針對溫度裂縫的對策

針對溫度裂縫，可以采用適當的灌漿處理方法。溫度裂縫是由于混凝土在溫度變化下產生的收縮和膨脹而引起的裂縫，此類裂縫會影響結構的耐久性和安全性。灌漿方法需要經過以下步驟：首先，應選擇合適的灌漿材料。灌漿材料應具有良好的流動性、粘結性和耐久性，如聚合物修補材料、環氧樹脂、水泥漿料等，并考慮混凝土的特性，如孔隙度、溫度變化范圍和裂縫的寬度等［3］。其次，在進行灌漿之前，需要徹底清潔裂縫表面，去除雜物和松散的混凝土碎屑，并對較大或深度裂縫進行預處理，增強灌漿的效果和穩定性。在灌漿操作時，使用適當的灌漿設備，如灌漿泵或灌漿槍，確保灌漿材料能夠充分填充裂縫并達到預期效果，適時停止灌漿以避免過度填充造成材料的浪費或者影響灌漿效果。灌漿完成后，需等待一定時間以確保材料充分固化，根據材料的說明進行固化時間的控制，并對表面進行修整和處理，以確保混凝土結構的美觀和穩定性。最后，對已灌漿的裂縫進行定期檢查，確保灌漿效果良好，如有需要及時進行修補和加固，并采取適當的維護措施，如防水涂層或者覆蓋保護層，以延長灌漿材料的使用壽命。

3.3 針對荷載裂縫的對策

在鐵路混凝土施工中，荷載裂縫的處理是確保結構安全和穩定性的關鍵。荷載裂縫通常由結構受到荷載作用而引起，可能影響鐵路工程的承載能力和安全性。為應對這一問題，采取以下結構加固方法：首先，增大截面加固法是一種常見的加固方法。通過增加混凝土梁、墩等構件的截面尺寸，可以提高結構的承載能力和穩定性。其次，替代混凝土加固法也是常用的加固手段之一。采用預應力混凝土技術可以通過預應力筋的施加減少混凝土結構的應力和變形，對于特殊情況，可以考慮使用鋼結構進行加固，如在橋梁和隧道等結構中設置鋼梁或鋼板來增強混凝土結構的承載能力和穩定性。粘鋼加固法亦是常用的結構加固方法之一。通過在混凝土結構表面涂覆粘鋼纖維材料或固定粘鋼板，其可以增加結構的粘結強度和抗拉強度，提高其整體性能，減少荷載裂縫的擴展和發展。此外，還有其他加固方法可供選擇，如纏繞鋼絲加固法和擴大支護加固法等。

3.4 針對堿骨料反應裂縫的對策

首先，應重視建筑材料的合理配比，其可以通過選擇合適的水泥、骨料、摻合料和外加劑等原材料，以控制混凝土的堿性，降低骨料與水泥發生反應的可能性。采用低堿度水泥和抑制堿活性的摻合料是有效的方式，可以降低混凝土中堿性物質的含量，減少堿骨料反應的風險。其次，養護處理在混凝土澆筑后極為重要，特別是在初期養護階段，通過合適的濕養護和覆蓋保護，可以降低混凝土的溫度和濕度變化，有助于減緩堿骨料反應的發展速度，從而減少裂縫的形成［4］。定期對已經形成的裂縫進行觀察和修復，采用適當的修復材料填補裂縫，并加強裂縫處的處理，有助于防止裂縫進一步擴展和加劇。而對于已經存在的堿骨料反應裂縫，可以采取以下措施進行養護處理：首先需要徹底清理裂縫表面，去除雜物和松散的混凝土碎屑，以確保修復材料能夠牢固附著在裂縫表面上。其次應根據裂縫的寬度和深度選擇合適的修復材料。常用的修復材料包括聚合物修補材料、環氧樹脂、水泥漿料等，這些修復材料應具有良好的流動性、粘結性和耐久性。對于較大或深度的裂縫，可以采用灌漿方法進行修補。在進行灌漿之前，需要確保裂縫表面清潔，并對裂縫進行預處理，增強灌漿的效果和穩定性。在灌漿操作時，需使用適當的灌漿設備，確保灌漿材料能夠充分填充裂縫，并達到預期的修復效果。灌漿完成后，需要等待一定時間以確保修復材料充分固化。

3.5 保障混凝土原材料質量

施工單位在進行施工前，應仔細分析合同內部的材料要求，并選擇適合的材料。施工單位應制定嚴格的操作規范，并對施工人員進行培訓和指導，以確保他們熟悉和遵守規范，保證施工質量的穩定和可靠。施工過程中所使用的原材料是施工質量的基礎，因此需要采取專業手段進行保護，以確保施工過程中材料的質量和完整性，從而提高施工的質量和可持續性。

3.6 提高施工單位技術水平

首先，針對施工工藝，鐵路混凝土施工中可以采用先進的施工工藝和技術。例如，通過引進先進的混凝土澆筑技術和設備，可以實現混凝土的均勻澆筑和充分振實，減少澆筑過程中的空隙和氣泡，降低裂縫的發生可能性。其次，應注重對施工設備的選擇和使用。采用高效、精準的施工設備可以提高施工效率，減少施工過程中的錯誤和失誤，從而降低裂縫產生的風險［5］。例如，使用自動化混凝土攪拌機和澆筑設備可以確保混凝土的均勻性和穩定性，減少混凝土表面的不均勻收縮而引發的裂縫。對施工人員進行專業培訓和技術指導也是提高技術水平的重要手段。鐵路混凝土施工中可以借助信息化技術和智能化設備來提高技術水平。例如，利用建筑信息模型（BIM）技術對施工過程進行全面的仿真和優化，可以提前發現潛在的施工風險和問題，制定有效的預防措施，減少裂縫的產生。

4 結語

混凝土裂縫的存在直接影響鐵路結構的穩定性和耐久性，會導致鐵路加速老化和結構損壞，進而影響鐵路的安全性和使用壽命。裂縫的產生因素多樣，如收縮、溫度、荷載、堿骨料反應等，需要針對性地采取控制措施。針對收縮裂縫，優化混凝土配合比、控制施工溫度、采用高性能材料等是有效的對策。針對溫度裂縫，灌漿處理是常見方法，要選擇合適的材料并嚴格執行施工流程。荷載裂縫需要加強結構加固，通過增大截面、預應力技術等方法提高承載能力。對于堿骨料反應裂縫，重視建筑材料配比、養護處理、定期檢查和修復是必要步驟。綜上所述，鐵路混凝土施工中裂縫控制需要多方共同努力，加強技術研究和實踐探索，不斷提升施工質量和管理水平，以確保鐵路工程的安全、可靠和可持續發展。

參考文獻：

［1］張建國.鐵路工程施工中混凝土裂縫及其應對措施分析［J］.磚瓦，2020（11）：164-165.

［2］王遠英.鐵路工程施工中混凝土裂縫的成因與改進意見［J］.民營科技，2015（5）：158.

［3］辛亮，段博峰.鐵路混凝土裂縫成因及對策探討［J］.廣東建材，2014，30（1）：33-35.

［4］李敏敏.鐵路混凝土橋梁裂縫分析及整治對策［J］.上海鐵道科技，2005（2）：34-36.

［5］林成勛.鐵路工程施工中混凝土裂縫的成因與防治［J］.農家參謀，2019（8）：151.

作者簡介：朱茂全（1986—），男，遼寧營口人，本科，工程師，主要研究方向是鐵路工程和混凝土方向。