孫拴虎　李瑣　張新蕾　符惠萍　張悅　韓小龍

摘要：通過實(shí)地調(diào)研某客運(yùn)專線道床板裂縫病害，詳述了該結(jié)構(gòu)裂縫病害主要是由于低溫收縮導(dǎo)致的溫度裂縫，并基于溫度應(yīng)力計(jì)算公式，提出可從控制材料線膨脹系數(shù)及溫度變化值等措施避免溫度裂縫的產(chǎn)生。列舉了常用的裂縫修補(bǔ)方式和裂縫修補(bǔ)材料，并根據(jù)裂縫修補(bǔ)等級(jí)確定出該實(shí)際工程的裂縫修補(bǔ)方式為灌漿法，可將 CD-1型地聚合物注漿材料作為一種新型板式混凝土結(jié)構(gòu)裂縫修補(bǔ)材料運(yùn)用于實(shí)際工程中。待裂縫修補(bǔ)完成后，按照相關(guān)技術(shù)方案抽樣選取道床板裂縫試點(diǎn)進(jìn)行鉆芯，并對(duì)其灌漿深度、抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估，結(jié)果表明各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足相關(guān)規(guī)定要求，其裂縫修補(bǔ)質(zhì)量良好。

關(guān)鍵詞：鐵道工程；道床板；混凝土；裂縫修補(bǔ)等級(jí)

中圖分類號(hào)：TU528??????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

我國(guó)地域廣大，混凝土建筑物或構(gòu)筑物在使用期間會(huì)遇到各種不同類型的暴露環(huán)境，不同地區(qū)氣候及環(huán)境特點(diǎn)差異明顯，混凝土結(jié)構(gòu)所處的服役環(huán)境和氣候類型是影響混凝土耐久性能最直接的因素[1-2]。在混凝土結(jié)構(gòu)中，梁的裂縫病害可能降低構(gòu)件的承載力，造成材料浪費(fèi)[2]。板的裂縫病害可能造成板的貫穿裂縫，影響其抗?jié)B等耐久性[3]。此外，在水利建筑中，混凝土裂縫病害可能直接造成滲漏，影響其抗凍性能并破壞結(jié)構(gòu)[4]。雖說混凝土結(jié)構(gòu)均是帶裂縫工作的，但裂縫的存在勢(shì)必影響其安全性能及耐久性能，并且縮短了結(jié)構(gòu)的使用壽命。尤其在干旱、大風(fēng)、溫濕交替頻繁以及晝夜溫差大的西北地區(qū)服役的體表比相對(duì)較小的道床板鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，裂縫的存在不僅影響鐵路道床板的外觀質(zhì)量，而且會(huì)危害軌道結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能及耐久性能，并將進(jìn)一步危及到鐵路運(yùn)營(yíng)安全[5]。

鐵路道床板服役性能與服役環(huán)境密切相關(guān)，面對(duì)西北地區(qū)各種復(fù)雜地質(zhì)條件和環(huán)境因素，暴露在大氣環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)持續(xù)進(jìn)行著熱量傳輸和濕度傳輸。如若道床板所處環(huán)境的溫濕度低于混凝土內(nèi)部溫濕度時(shí)，混凝土中含有的熱量和水分將會(huì)向外界擴(kuò)散，引起道床板產(chǎn)生干縮反應(yīng)；如若混凝土的溫濕度低于所在的環(huán)境時(shí)，混凝土則會(huì)從外界環(huán)境吸收部分水分和熱量，使內(nèi)部濕度和溫度上升，最終導(dǎo)致混凝土膨脹[6-8]。不論是干縮還是膨脹，都將引起混凝土內(nèi)部產(chǎn)生特征應(yīng)變，從而產(chǎn)生一定應(yīng)力，一旦該應(yīng)力積累到一定程度超過混凝土材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，結(jié)構(gòu)將不可避免地產(chǎn)生開裂。此外，混凝土內(nèi)部溫濕環(huán)境的變化也會(huì)直接影響氯離子的傳輸和混凝土的碳化速度等。根據(jù)國(guó)內(nèi)外調(diào)查資料顯示，實(shí)際工程中混凝土結(jié)構(gòu)80%的裂縫都是由溫度、濕度及不均勻沉降等變形作用引起的，而溫濕度變化是引起裂縫產(chǎn)生占比最多的因素[9-12]。

1道床板裂縫調(diào)研情況

西北某客運(yùn)專線雙塊式無砟軌道在運(yùn)營(yíng)前期產(chǎn)生了裂縫病害，實(shí)際調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，整體道床兩側(cè)裂縫基本沿軌枕端部?jī)蓚€(gè)棱角處形成貫通裂縫，長(zhǎng)度基本為30 cm 左右，有的在軌枕端部中間部位也會(huì)形成一條貫通裂縫；整體道床中間部位裂縫基本沿兩側(cè)軌枕端部相對(duì)棱角處形成貫通裂縫，長(zhǎng)度基本為60 cm 左右，裂縫觀測(cè)如圖1～圖3所示，觀測(cè)數(shù)據(jù)見表1所列。

2裂縫成因分析

調(diào)查研究表明，該道床板混凝土出現(xiàn)裂縫是在建設(shè)初期，故荷載裂縫產(chǎn)生的概率極低，可予以排除。施工是在冬期環(huán)境氣溫過低的情況下，且施工前未與設(shè)計(jì)單位和攪拌站就低溫環(huán)境下大體積混凝土攪拌進(jìn)行溝通和協(xié)商，沒有采取相關(guān)低溫處理措施。使道床板混凝土出現(xiàn)了大量的低溫收縮溫度裂縫和混凝土凝結(jié)收縮裂縫。外加冬季混凝土澆筑后養(yǎng)護(hù)條件差，沒有及時(shí)補(bǔ)水養(yǎng)護(hù)并控制養(yǎng)護(hù)溫度，導(dǎo)致道床板產(chǎn)生開裂現(xiàn)象的概率增大。

鐵路道床板表面溫度的變化勢(shì)必影響結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度變化，進(jìn)而改變溫度場(chǎng)的分布。軌道結(jié)構(gòu)表面溫度的影響因素很多，除了結(jié)構(gòu)本身材料的熱傳導(dǎo)特性外，氣象因素對(duì)軌道結(jié)構(gòu)表面溫度也有很大的影響。在眾多氣象影響因素中，氣溫、太陽輻射及風(fēng)速對(duì)軌道結(jié)構(gòu)溫度的影響最大。針對(duì)道床板溫度場(chǎng)與溫度應(yīng)力而言，風(fēng)速、太陽輻射、氣溫、氣壓、風(fēng)壓、風(fēng)向、濕度及降雨量等是其常見的影響因素，此外氣溫隨季節(jié)的變化也會(huì)影響道床板自身的溫度變化[13-14]。

戚彥福等人[15]根據(jù)足尺模型試驗(yàn)研究推出該地區(qū)道床板混凝土溫度應(yīng)力的計(jì)算公式如式（1）所示：

式中，τ為齡期，α為混凝土線膨脹系數(shù)，ΔT 為溫度變化值。一旦溫度變化引起的溫度應(yīng)力與其他約束產(chǎn)生的內(nèi)部拉應(yīng)力耦合超過混凝土材料的抗拉強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)將不可避免地產(chǎn)生開裂病害。為此可以從控制材料線膨脹系數(shù)及溫度變化值等方面避免溫度裂縫的產(chǎn)生。

混凝土結(jié)構(gòu)帶裂縫工作雖已成為常態(tài)化，該道床板混凝土裂縫也不會(huì)造成構(gòu)筑物構(gòu)造安全性事故的發(fā)生，但裂縫的存在勢(shì)必導(dǎo)致鋼筋銹蝕的介質(zhì)侵入使道床板混凝土產(chǎn)生銹脹開裂，進(jìn)一步威脅到道床板混凝土結(jié)構(gòu)的工作性能、適用性能和耐久性能。為了延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)實(shí)際使用壽命，完善結(jié)構(gòu)的使用功能，并提高道床板的防水、防滲能力，需對(duì)道床板混凝土裂縫進(jìn)行適宜的修補(bǔ)治理。

3裂縫治理措施

3.1修補(bǔ)方式

現(xiàn)階段混凝土裂縫修復(fù)方法可以大致分為六類，分別有混凝土自修復(fù)法、填充和灌漿法、電化學(xué)沉積法、結(jié)構(gòu)加固法、表面修補(bǔ)法、混凝土置換法。其中混凝土自修復(fù)技術(shù)需要一定的介質(zhì)條件，比如在水環(huán)境中或者在足夠的濕度條件下來完成；電化學(xué)沉積法則主要用于海洋環(huán)境條件下的混凝土裂縫修補(bǔ)；結(jié)構(gòu)加固法和混凝土置換法都是應(yīng)用于結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞和材料失效的情形之下。

考慮到該道床板存在裂縫數(shù)量較多，部分裂縫寬度相對(duì)較大，且存在貫穿裂縫，該工程中采用裂縫修補(bǔ)等級(jí)對(duì)道床板混凝土裂縫進(jìn)行了評(píng)定，并給出了各等級(jí)對(duì)應(yīng)的修補(bǔ)方式，見表2所列。裂縫處理完成后需在表面粘貼一層碳纖維布以封閉其表面。

3.2修補(bǔ)材料

現(xiàn)階段有關(guān)混凝土裂縫的修補(bǔ)材料包括無機(jī)修復(fù)材料、有機(jī)修復(fù)材料以及無機(jī)和有機(jī)復(fù)合修復(fù)材料3種，其各自優(yōu)缺點(diǎn)見表3所列。

在道床板混凝土裂縫修補(bǔ)前期，對(duì)各類注漿材料性能和使用條件對(duì)比分析，并進(jìn)行了相應(yīng)試驗(yàn)，最終選取新研發(fā)的 CD-1型地聚合物注漿料作為道床板裂縫主要修補(bǔ)材料展開相關(guān)修補(bǔ)工作。

CD-1型地聚合物注漿材料是與陶瓷性能相類似的新型高性能膠凝材料，由 A 和 B 兩種組分合成，其結(jié)石體通常為深墨綠色，且層間粘結(jié)力強(qiáng)。鑒于此，試驗(yàn)選用 CD-1型地聚合物注漿料、硅酸鹽快硬水泥、細(xì)沙（最大粒徑0.2 mm）、水、堿激發(fā)劑和減水劑等原材料配置一種具有超高流態(tài)自流平、滲透性好、粘結(jié)強(qiáng)度高、抗離析、耐久性優(yōu)異的灌漿材料，將其作為板式混凝土裂縫修補(bǔ)的新型材料，并對(duì)其各方面性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明：該材料初凝時(shí)間≥10 min ，終凝時(shí)間≤240 min ，不沁水、不收縮，抗水沖刷能力強(qiáng)，能夠滿足板式混凝土結(jié)構(gòu)裂縫修補(bǔ)的實(shí)際要求，因此可將其作為一種新型板式混凝土結(jié)構(gòu)裂縫修補(bǔ)材料運(yùn)用于工程中。

3.3修補(bǔ)工藝

按照裂縫修補(bǔ)等級(jí)對(duì)前期實(shí)測(cè)裂縫數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，得出該工程大多數(shù)裂縫修補(bǔ)等級(jí)可評(píng)定為 II 級(jí)，為此選用與之相對(duì)應(yīng)的灌漿法對(duì)裂縫病害進(jìn)行修補(bǔ)處理。修補(bǔ)過程中，無論采用哪種修補(bǔ)材料，其漿體的攪拌工藝都至關(guān)重要，直接影響著修補(bǔ)材料的工作性和流變性能。以新型板式混凝土結(jié)構(gòu)裂縫修補(bǔ)材料為例，為了確保其能充分分散達(dá)到最大流動(dòng)度，經(jīng)試驗(yàn)確定出了其最佳攪拌工藝：首先在攪拌機(jī)里將細(xì)沙、水泥和粉煤灰干攪拌2 min 左右，再加入地聚合物 A 組分和2/3的水，穩(wěn)定后慢速攪拌2 min，接著加入地聚合物 B 組分?jǐn)嚢? min，然后將其倒入壓漿料攪拌機(jī)并加入剩余的水進(jìn)行攪拌，時(shí)間為3min。

灌漿法修補(bǔ)混凝土裂縫過程中按照以下工序進(jìn)行：清縫除塵處理→標(biāo)注底座位置（間距30～40 cm）→固定底座（底座中心與裂縫對(duì)準(zhǔn)）→裂縫表面切實(shí)密封（形成密封帶）→壓氣試驗(yàn)（0.2～0.4 MPa）→在底座上固定注射筒→灌膠（壓力為0.06～0.08 MPa，及時(shí)更換注射筒并保證持續(xù)壓力）→容器清洗，除去殘膠→拆除注射筒和底座→裂縫表面打磨處理。

裂縫修補(bǔ)完成后，按照相關(guān)技術(shù)方案抽樣選取道床板裂縫試點(diǎn)進(jìn)行鉆芯，并對(duì)其灌漿深度、抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估，結(jié)果表明各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足相關(guān)規(guī)定要求，其裂縫修補(bǔ)質(zhì)量良好。

4結(jié)論

（1）通過實(shí)地調(diào)研某道床板裂縫病害分析得出，該工程產(chǎn)生的裂縫主要是低溫收縮溫度裂縫和混凝土凝結(jié)收縮裂縫，不會(huì)造成結(jié)構(gòu)安全性事故的發(fā)生。因其裂縫寬度大多為0.2～0.5 mm，根據(jù)裂縫修補(bǔ)等級(jí)采用灌漿法對(duì)其進(jìn)行了裂縫修補(bǔ)治理。后期采用鉆芯法檢測(cè)了裂縫修補(bǔ)質(zhì)量，結(jié)果表明該板式混凝土結(jié)構(gòu)裂縫修補(bǔ)效果良好，能夠滿足工程要求。

（2）通過對(duì)比分析現(xiàn)階段混凝土裂縫修復(fù)方法和修補(bǔ)材料的各自優(yōu)點(diǎn)和使用范圍，按照裂縫修補(bǔ)等級(jí)確定其相應(yīng)等級(jí)的裂縫修補(bǔ)措施和具體修補(bǔ)工藝。并提出可將CD-1型地聚合物注漿材料作為一種新型板式混凝土結(jié)構(gòu)裂縫修補(bǔ)材料運(yùn)用于實(shí)際工程中。

（3）修補(bǔ)漿體最佳的攪拌工藝如下：首先在攪拌機(jī)里將細(xì)沙、水泥和粉煤灰干攪拌2 min左右，再加入地聚合物A組分和2/3的水，穩(wěn)定后慢速攪拌2 min，接著加入地聚合物B組分?jǐn)嚢? min，然后將其倒入壓漿料攪拌機(jī)并加入剩余的水進(jìn)行攪拌，時(shí)間為3 min。

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