邢明照，張旭東，胡志理，劉前進(jìn)

（1.中交哈大鐵路客運(yùn)專線工程指揮部，吉林 長(zhǎng)春 130033；2.中交一公局第一工程有限公司，北京 102205）

1 引言

新建鐵路哈爾濱至大連鐵路客運(yùn)專線（以下簡(jiǎn)稱哈大鐵路）是國(guó)家“十一五”規(guī)劃的重點(diǎn)建設(shè)工程項(xiàng)目之一。哈大鐵路設(shè)計(jì)采用無(wú)砟軌道系統(tǒng)，采用的軌道板由中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院、鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院和中國(guó)鐵道科學(xué)研究院共同設(shè)計(jì)，型號(hào)為CRTSⅠ型軌道板，設(shè)計(jì)圖號(hào)為哈大客專通（軌），軌道板設(shè)計(jì)行車速度300～350 km/h，設(shè)計(jì)使用壽命60 a。

哈大線TJ-3標(biāo)段CRTSⅠ型軌道板于2009年5月試生產(chǎn)，6月批量生產(chǎn)。在批量生產(chǎn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)在軌道板的個(gè)別錨穴處混凝土表面有微細(xì)裂紋，這引起大家的廣泛關(guān)注和重視?；炷两Y(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)裂紋，環(huán)境中的雨水等介質(zhì)將會(huì)通過(guò)裂紋滲透進(jìn)去，尤其在極端溫度達(dá)零下40℃的東北嚴(yán)寒地區(qū)，將會(huì)加速混凝土的凍融破壞，大大降低軌道板的使用壽命。

因此，針對(duì)軌道板裂紋進(jìn)行原因分析，采取措施予以控制非常重要。

2 軌道板裂紋形式及成因

2.1 裂紋形式

大部分裂紋發(fā)生在縱向錨穴處，個(gè)別橫向錨穴處也偶有出現(xiàn)，裂紋寬度大部分在0.02～0.05 mm，具體形式如下：

第一種：裂紋由底板向錨穴方向延伸。

第二種：裂紋由錨穴向底板面延伸。

第三種：裂紋在錨穴處貫通。

2.2 裂紋成因

從上述的裂紋形式看，產(chǎn)生的原因如下：

（1）塑性收縮。一般發(fā)生在早期，混凝土澆筑后4 h左右，水泥水化反應(yīng)激烈，分子鏈逐漸形成，出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā)，混凝土失水收縮，因此時(shí)混凝土尚未硬化，稱為塑性收縮。塑性收縮所產(chǎn)生的量級(jí)很大，可達(dá)1%左右[1]。按科技基 [2008]74號(hào)《客運(yùn)專線鐵路CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道混凝土軌道板暫行技術(shù)條件》的要求，混凝土澆筑完成需靜置3 h以上，如在靜置過(guò)程中不采取措施，混凝土表面的水分將急劇蒸發(fā)，造成失水收縮，產(chǎn)生裂紋，隨著失水不斷加劇，裂紋向錨穴處延伸，這種情況在拆模前即能在混凝土表面發(fā)現(xiàn)，第一種裂紋即有這方面的原因。

（2） 縮水收縮（干縮）。一般發(fā)生在混凝土硬結(jié)以后，隨著表層水分逐步蒸發(fā)，濕度逐步降低，混凝土體積減小，稱為縮水收縮（干縮）。因混凝土表層水分損失快，內(nèi)部損失慢，因此產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮，表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束，致使表面混凝土承受拉力，混凝土的抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的1/10左右，當(dāng)表面混凝土承受拉力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生收縮裂縫[2]。這種情況一般發(fā)生在蒸養(yǎng)過(guò)程中的降溫階段，因此時(shí)停止提供蒸汽，蒸養(yǎng)棚內(nèi)的濕度隨著掀開(kāi)篷布降溫而急劇降低，造成混凝土表面水分損失加快，以致表面混凝土收縮加大，產(chǎn)生干縮裂紋，第一、三種裂紋如在拆模后發(fā)現(xiàn)，則是由這方面的原因造成。

（3） 溫度應(yīng)力?；炷劣不陂g水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應(yīng)力[2]。從圖1增加表面溫度監(jiān)控曲線的溫控圖看，在升溫及恒溫階段芯部與表面的溫度差很小，溫差一般在5～10℃，因?yàn)檐壍腊迨潜“褰Y(jié)構(gòu)，板的混凝土厚度僅有200 mm，因此裂紋不會(huì)在升溫和恒溫階段出現(xiàn)，裂紋的產(chǎn)生是在降溫階段出現(xiàn)的。在降溫過(guò)程中，一般的降溫方法是將篷布掀開(kāi)一個(gè)角或兩個(gè)角控制棚內(nèi)溫度進(jìn)行降溫，棚內(nèi)氣溫降低的速度一般較快且波動(dòng)較大，相應(yīng)的棚內(nèi)濕度急速降低，混凝土表面溫度和濕度波動(dòng)較大，恒溫時(shí)蒸汽溫度越高，與環(huán)境溫度的溫差越大，棚內(nèi)混凝土表面的溫度和濕度變化就越劇烈。而在此階段開(kāi)始降溫時(shí)，芯部溫度達(dá)到峰值且下降的趨勢(shì)非常緩慢，一般還要滯后一段時(shí)間，所以在降溫期間混凝土表面受到的內(nèi)外溫差產(chǎn)生的拉應(yīng)力的影響很大，當(dāng)拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時(shí)即會(huì)出現(xiàn)裂紋，尤其在錨穴到底板之間的混凝土最易出現(xiàn)裂紋，因此處的混凝土較薄，溫度和濕度散失最快，軌道板縱向錨穴弧頂處混凝土厚度最小僅有30 mm，且灌注混凝土?xí)r不可避免表面浮漿較多，而橫向錨穴處為60 mm，裂紋的出現(xiàn)就要少得多。這就是上述第一、三種裂紋出現(xiàn)的主要原因。若蒸汽溫度與環(huán)境溫度溫差較大，且廠房通風(fēng)暢通的話，裂紋則貫穿整個(gè)錨穴處的底板混凝土。

圖1 增加表面溫度監(jiān)控曲線的溫控圖

（4）外力原因。主要有兩方面外力原因，即拆模和鑿毛。按圖紙要求，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到40 MPa以上時(shí)，拆除端、側(cè)模。在端、側(cè)模板上設(shè)置有錨穴成孔器，錨穴成孔器固定在模板上。拆模時(shí)需將端、側(cè)模板連帶錨穴成孔器整體推移開(kāi)。P4962軌道板每側(cè)橫向錨穴有16個(gè)，錨穴成孔器較多，阻力較大，人為操作脫模裝置平推模板時(shí)很難保證同步，即使在模板底部設(shè)置滑道導(dǎo)軌，仍不能達(dá)到很好的同步性。這樣，退模時(shí)端、側(cè)模上下部位受力不均，錨穴與底板間的混凝土受到比較大的外力，導(dǎo)致該處出現(xiàn)裂紋，甚至造成磕損掉塊。采用鋼制錨穴成孔器，成孔器與混凝土之間沒(méi)有任何的緩沖余地，很容易導(dǎo)致錨穴與底板間的混凝土開(kāi)裂。

另外，縱向錨穴鑿毛時(shí)，由于錨穴上下弧頂混凝土很薄僅有30 mm，鑿毛不當(dāng)極易產(chǎn)生裂紋。

上述兩種情況的裂紋基本上為由錨穴向板面延伸。

3 控制措施

3.1 改進(jìn)錨穴成孔器的制造工藝，消除外力影響

在錨穴成孔器上鑲嵌耐高溫、耐油腐蝕且彈性良好的橡膠圈，柔韌的橡膠圈可充分緩解脫模時(shí)錨穴成孔器對(duì)混凝土產(chǎn)生的外力沖擊，不致?lián)p傷錨穴處混凝土。

成孔器鑲嵌橡膠圈基本上歸類為3種形式，使用效果都比較良好。

（1）錨穴成孔器整體鑲嵌橡膠圈，這種形式的做法是根據(jù)橡膠圈的厚度先將鋼制成孔器適當(dāng)加工，保證鑲嵌橡膠圈后的尺寸符合圖紙要求。這種整體鑲嵌橡膠圈的形式不僅有效緩沖了脫模時(shí)錨穴成孔器對(duì)混凝土的沖擊力，又因根部不設(shè)置倒角，有利于后期砂漿的封錨操作。缺點(diǎn)是橡膠圈面積較大，摩阻力也較大，以致橡膠圈根部極易與模板不密貼而進(jìn)漿，如清理殘?jiān)患皶r(shí)，將加快橡膠圈的變形，加大更換頻率，從而加大成本。

（2）錨穴成孔器后半部鑲嵌橡膠圈，鑲嵌之前的做法類似第一種形式，同樣根部不設(shè)置倒角。該種形式脫模效果良好，橡膠圈的成本和更換頻率優(yōu)于第一種形式。

（3） 在鋼制錨穴成孔器根部直接套上帶倒角的橡膠圈，拆模也能達(dá)到預(yù)期效果。該種形式優(yōu)點(diǎn)是橡膠圈更換方便，成本較低。主要的缺點(diǎn)是因根部設(shè)置了倒角，改變了錨穴的局部外形尺寸，而且在砂漿封堵錨穴時(shí)，倒角部位不易搗固密實(shí)。

綜上所述，通過(guò)在鋼制錨穴成孔器上鑲嵌橡膠圈可以有效地解決外力裂紋問(wèn)題。

3.2 在混凝土面上覆蓋塑料薄膜，保持混凝土表面水分

在混凝土完成澆注振搗后，及時(shí)搭設(shè)蒸養(yǎng)篷布，之前要在混凝土表面覆蓋塑料薄膜。覆蓋塑料薄膜的時(shí)間以混凝土表面水泥漿不粘手為宜。這樣可有效防止混凝土養(yǎng)護(hù)靜置期間表面水分的揮發(fā)，同時(shí)還可以防止蒸養(yǎng)棚內(nèi)早期出現(xiàn)的冷凝水對(duì)混凝土表面造成的起皮現(xiàn)象；到后期降溫期間，也可有效地保持混凝土表面水分，從而控制了混凝土早期塑性收縮和后期縮水收縮（干縮）裂紋的發(fā)生。此種方法操作簡(jiǎn)單，容易控制且成本低廉。

3.3 降低蒸汽養(yǎng)護(hù)的恒溫溫度，有效控制降溫速度，減小溫差應(yīng)力

混凝土在蒸汽養(yǎng)護(hù)期間，降低蒸汽養(yǎng)護(hù)的恒溫設(shè)定溫度，在降溫階段，可減小棚內(nèi)與環(huán)境的溫差，尤其可降低軌道板鋼模板的溫度（蒸養(yǎng)恒溫階段模板溫度基本與蒸汽溫度一致，或略高一點(diǎn)），減小了模板與環(huán)境的溫差。由于降溫方法是將篷布掀開(kāi)，若掀開(kāi)篷布，鋼模板即裸露在外，如溫差過(guò)大，在掀開(kāi)篷布時(shí)，必然很難控制降溫速度。根據(jù)環(huán)境溫度的變化，適當(dāng)降低蒸汽養(yǎng)護(hù)的恒溫溫度，避免人為因素，有效地控制了降溫速度，減小了溫差應(yīng)力，從而控制溫度裂紋的出現(xiàn)。從哈大線某軌道板場(chǎng)的軌道板裂紋統(tǒng)計(jì)（見(jiàn)表1）情況看，通過(guò)降低蒸汽養(yǎng)護(hù)的恒溫溫度后，裂紋控制的效果很明顯。

表1 哈大線中交一公局一公司軌道板場(chǎng)軌道板裂紋統(tǒng)計(jì)

3.4 幾點(diǎn)建議

除采取上述控制措施外。配合以下建議措施，可更有效地控制軌道板裂紋出現(xiàn)的頻率：

（1）減小混凝土坍落度。目前各板場(chǎng)混凝土坍落度基本上控制在80～120 mm，建議調(diào)整為60～80 mm，掌握好混凝土振動(dòng)成型時(shí)間，盡可能避免過(guò)振，清除或減少混凝土表面浮漿；

（2）附著式振動(dòng)電機(jī)設(shè)置在模型底部，采取垂直地面的豎向振動(dòng)形式（絕大部分軌道板場(chǎng)采取的是橫向水平側(cè)振形式），減小軌道板四周邊的浮漿厚度；

（3） 錨穴成孔器整體鑲嵌橡膠圈厚度由原2～3 mm增加到5～8 mm，更好地發(fā)揮它的彈性作用，從而更有效地避免裂紋的出現(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

由于軌道板縱向錨穴處混凝土厚度僅有30 mm，比較薄弱，該處混凝土很容易受到不利因素影響而產(chǎn)生裂紋。通過(guò)采取改進(jìn)錨穴成孔器克服外力，適當(dāng)降低恒溫溫度減小溫差應(yīng)力，覆蓋塑料薄膜保濕等措施，可有效控制軌道板錨穴處混凝土微細(xì)裂紋的產(chǎn)生。

[1] 劉海豐.混凝土裂紋成因分析[J].中小企業(yè)管理與科技，2009，（7）.

[2]孫威.混凝土溫度應(yīng)力與裂縫控制[J].廣西質(zhì)量監(jiān)督導(dǎo)報(bào)，2007，（5）.