无砟轨道道床板混凝土裂缝成因及处理

无砟轨道道床板混凝土裂缝成因及处理

摘要：本文通过对无砟轨道道床板混凝土裂缝问题的现状进行研究、分析常见裂缝的成因 、列出裂缝的处理方法，对这三方面进行了一个综合的研究。

Abstract: This article through to the ballastless track bed slab concrete crack problem of the status of research, analysis of reasons caused the cracks, list the treatment method for the cracks, on this three respects undertook a comprehensive study.

关键词：混凝土；无砟轨道；裂缝；方法

Key word: concrete; ballastless track; crack; method

一、对无砟轨道道床板混凝土裂缝问题的现状进行研究

混凝土是体积敏感性材料，同时也是热传 导性能差的材料，由于道床板受温度的升降变化作用，使得道床板发生翘曲或上拱而产生裂 纹。目前国际上对混凝土出现温度变形裂缝问 题给予了相当的重视，美国混凝土协会专门从 事混凝土、钢筋混凝土及大体积混凝土裂缝研 究的207和224委员会要求设计者对结构进行温 度应力计算和配筋；德国钢筋混凝土结构规范( DIN1045)中关于温度变化对结构的影响方面规 定了计算温差的取值范围。 在无砟轨道方面，根据德国道路与轨道建 设规定：双块式轨枕与240mm的混凝土轨道承 载层整体相连；无砟轨道板用钢筋进行整体加 固，以防止出现裂纹，混凝土配筋量为8％ ～9 ％ ，从而将可能出现的裂缝宽度在0．5m m范围内(该做法可防止连续钢筋受到腐蚀，并 在混凝土层出现裂缝时，维持钢筋的铆定、连 接功能)。于安装于土质路基上的轨道，根据zTv F—st8（德国道路与轨道建设规定中第）规定，在厚度为30era的水硬性混凝土支撑层上安装轨道承载层，水硬性混凝土支撑层 是一种拌合水泥加以稳定的支撑层，以控制裂 缝的无规则形成。根据其规定中的惯例 ，水硬性混凝土支撑层下应铺设防冻层，防冻 层位于土质路基之上。这套系统十分成功的应 用在法国和其它国家的高速铁路上。

二、无砟轨道道床板混凝土裂缝常见裂缝的成因

（一）水泥的水化热过程

水泥在水化过程中要产生大量的热量，这是混凝土内温升高的主要能量来源。浇注初期 混凝土的弹性模量和强度都很低，对水化热急 剧温升产生的应变

约束不大，温度应力自然也比较小；随着混凝土龄期的增长，其弹性模量 和强度相应提高，对混凝土降温收缩变形的约 束越来越强，即产生极大的温度、应力，当此时混凝土抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便产生温度裂缝。

（二）内外对其约束的条件

混凝土结构产生温度应力时，变形会受到 其它结构的外约束和自身不同部位的自约束， 大体积结构产生的约束较大。与地基浇注在一 起的混凝土结构，在温度变化时受到下部地基 的约束，产生外部的约束应力，当温度从最高 值开始下降，混凝土产生较大的拉应力，若拉 应力超过抗拉强度，混凝土就会产生裂纹。

（三）混凝土的收缩变形

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纹。

（四）混凝土骨料塑性沉落以及收缩变形引起的裂缝

当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加固的不好、模板沉陷、移动时也会出现此类裂缝。混凝土的收缩变形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 纹。

（五）其他因素

在双块式轨枕的侧面及角部，常出现由于 新旧混凝土粘结不良而引起的裂缝。混凝土结 构在施工和运营期间，外部气温的变化会对混 凝土开裂产生极大的影响，特别是兰新线温度骤升骤降，温差变化极大，会造成过大温度应力，我公司承建标段地处安西国家级极旱荒漠自然保护区，常年大风，环境吸收混凝土水分是极快的，这样就容易使混凝土出现裂纹。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。

三、无砟轨道道床板混凝土裂缝的处理方法

由于影响道床板开裂的因素很多，因此即使设计和施工上采取了很多措施，仍难以彻底 避免道床板的开裂，在这种情况下就有必要对道床板裂缝进行修补。从改善混凝土自身条件开始，主要有以下方法弥补混凝土裂缝缺陷。

（一）提高混凝土强度

1.增加水泥中早强和高强矿物成分的含量，特别是采用以氯铝酸为主要成分的水泥，快硬、早强的效果显著，4d的抗压强度可达20MPa 以上。

2.以矿渣、碱组分及骨料制备碱矿渣高强 度混凝土。利用优质掺合料，如优质磨细粉煤 灰、硅灰、天然沸石或赤铁矿石、钛铁矿石等 ，可获得强度更高、耐久性和延性更好的高性 能混凝土。

3.合理利用高效减水剂，可降低水灰比，有效提高混凝土强度．

（二）绿色混凝土概念

随着HPC（高性能混凝土）的开发和应用，建筑对生态环境产生的影响正引起社会的关注。建筑物在建造和运行的过程中需消耗大量的自然资源和能源 ，并对环境产生不同程度的影响。有专家指出，作为建筑工业主要原料的水泥，实际上是一种不可持续发展的产品。因此，高性能混凝土的技术核心是在水泥用量以获得混凝土高性能的同时，坚持其可持续性的发展原则。21世纪前后，吴中伟等提出了绿色混凝土的概念 ，在高性能混凝土的基础上增加了三个含义。

1.节约资源、能源；

2.不破坏环境，更有利于环境；

3.可持续发展，既要满足当代人的需求，又不危害后代人满足其需要的能力。

大力开展绿色高性能混凝土的研究和应用高性能混凝土具有普通混凝土无法比拟的优良性能，对混凝土的发展将起重要作用，并为HPC的发展指明了 非常明确的方向。

（三） 树酯灌注法

环氧树酯和聚氨酯是最常见的裂缝灌注材料。树酯材料具有较高的机械强度，并能抵抗 混凝土所遇到的大多数化学侵蚀，树酯可以灌入到0．05mm的裂缝。环氧树酯灌注法一般适 于处理静止缝和相对干燥的裂缝；聚氨酯对于 结构表面干湿环境条件下均可。

（四）表面封闭法

表面封闭法是最简单和最普通的裂缝修补方法。用于修补对结构影响不大的静止裂缝，通过密封裂缝来防止水、化学物质和二氧化碳的侵入。

（五）开槽填补法

适用于结构允许开槽而宽度较大但数量不多的裂缝，如支承层或桥面混凝土的裂缝。工序为：开槽一涂刷界面处理浆一压抹聚合物砂浆一养护。先用凿子和扁铲沿裂缝开槽，槽深和宽约3—5mm，呈u形，用刷子在槽底和两壁均匀涂刷一层界面处理浆，在界面处理胶尚未硬化之前，将拌制好的聚合物水泥砂浆用抹刀 压入槽中，压实抹平。

（六）柔性材料法

对于活动性裂缝，可采用具有微膨胀性材 料密封修补。沿裂缝边缘开一凹槽并填人适当 的柔性材料。此外，结合现场实际施工的情况来看，混凝土施工时必须采用帐篷遮盖，因为阳光暴晒和大风侵袭时，水分会散失过快，这样就直接导致的混凝土不均匀收缩；一旦混凝土施工结束，就要在混凝土表面涂刷养护液，其养护液必须具有成膜快，附着性好，保水性强的特点，这样才能有效防止混凝土的表面裂纹。为了进一步保护其混凝土成品，减少裂缝，就要在养护期内，对其加盖塑料膜或者土工布，防止混凝土水分散失过快。

四、结束语

兰新线位于中国西部，自然环境恶劣，气候条件差，冻胀现象明显，因此道床板开裂的问题是不可避免的。为了确保无砟轨道能达到其使用寿命，因 此必须在无砟轨道设计、施工以及运营过程中给予充 分的重视，要采取各种有效的预防措施来减少其裂缝，特别是在宽裂缝的时候。产生裂缝后，还要针对不同宽度的道床板裂缝进行认真研究工作，要采用合理的方法对其进行处理，这样才能保证无砟轨道的安全性与稳定性。

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