CRTSⅠ型軌道板裂紋分析及控制

邢明照，張旭東，胡志理，劉前進

（1.中交哈大鐵路客運專線工程指揮部，吉林 長春 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專線（以下簡稱哈大鐵路）是國家“十一五”規劃的重點建設工程項目之一。哈大鐵路設計采用無砟軌道系統，采用的軌道板由中鐵第一勘察設計院、鐵道第三勘察設計院和中國鐵道科學研究院共同設計，型號為CRTSⅠ型軌道板，設計圖號為哈大客專通（軌），軌道板設計行車速度300～350 km/h，設計使用壽命60 a。

哈大線TJ-3標段CRTSⅠ型軌道板于2009年5月試生產，6月批量生產。在批量生產過程中，發現在軌道板的個別錨穴處混凝土表面有微細裂紋，這引起大家的廣泛關注和重視。混凝土結構一旦出現裂紋，環境中的雨水等介質將會通過裂紋滲透進去，尤其在極端溫度達零下40℃的東北嚴寒地區，將會加速混凝土的凍融破壞，大大降低軌道板的使用壽命。

因此，針對軌道板裂紋進行原因分析，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

大部分裂紋發生在縱向錨穴處，個別橫向錨穴處也偶有出現，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，產生的原因如下：

（1）塑性收縮。一般發生在早期，混凝土澆筑后4 h左右，水泥水化反應激烈，分子鏈逐漸形成，出現泌水和水分急劇蒸發，混凝土失水收縮，因此時混凝土尚未硬化，稱為塑性收縮。塑性收縮所產生的量級很大，可達1%左右[1]。按科技基 [2008]74號《客運專線鐵路CRTSⅠ型板式無砟軌道混凝土軌道板暫行技術條件》的要求，混凝土澆筑完成需靜置3 h以上，如在靜置過程中不采取措施，混凝土表面的水分將急劇蒸發，造成失水收縮，產生裂紋，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現，第一種裂紋即有這方面的原因。

（2） 縮水收縮（干縮）。一般發生在混凝土硬結以后，隨著表層水分逐步蒸發，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，內部損失慢，因此產生表面收縮大、內部收縮小的不均勻收縮，表面收縮變形受到內部混凝土的約束，致使表面混凝土承受拉力，混凝土的抗拉強度是抗壓強度的1/10左右，當表面混凝土承受拉力超過其抗拉強度時，便產生收縮裂縫[2]。這種情況一般發生在蒸養過程中的降溫階段，因此時停止提供蒸汽，蒸養棚內的濕度隨著掀開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，產生干縮裂紋，第一、三種裂紋如在拆模后發現，則是由這方面的原因造成。

（3） 溫度應力。混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內部溫度不斷上升，在表面引起拉應力[2]。從圖1增加表面溫度監控曲線的溫控圖看，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℃，因為軌道板是薄板結構，板的混凝土厚度僅有200 mm，因此裂紋不會在升溫和恒溫階段出現，裂紋的產生是在降溫階段出現的。在降溫過程中，一般的降溫方法是將篷布掀開一個角或兩個角控制棚內溫度進行降溫，棚內氣溫降低的速度一般較快且波動較大，相應的棚內濕度急速降低，混凝土表面溫度和濕度波動較大，恒溫時蒸汽溫度越高，與環境溫度的溫差越大，棚內混凝土表面的溫度和濕度變化就越劇烈。而在此階段開始降溫時，芯部溫度達到峰值且下降的趨勢非常緩慢，一般還要滯后一段時間，所以在降溫期間混凝土表面受到的內外溫差產生的拉應力的影響很大，當拉應力超出混凝土的抗裂能力時即會出現裂紋，尤其在錨穴到底板之間的混凝土最易出現裂紋，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，且灌注混凝土時不可避免表面浮漿較多，而橫向錨穴處為60 mm，裂紋的出現就要少得多。這就是上述第一、三種裂紋出現的主要原因。若蒸汽溫度與環境溫度溫差較大，且廠房通風暢通的話，裂紋則貫穿整個錨穴處的底板混凝土。

圖1 增加表面溫度監控曲線的溫控圖

（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，當混凝土強度達到40 MPa以上時，拆除端、側模。在端、側模板上設置有錨穴成孔器，錨穴成孔器固定在模板上。拆模時需將端、側模板連帶錨穴成孔器整體推移開。P4962軌道板每側橫向錨穴有16個，錨穴成孔器較多，阻力較大，人為操作脫模裝置平推模板時很難保證同步，即使在模板底部設置滑道導軌，仍不能達到很好的同步性。這樣，退模時端、側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，導致該處出現裂紋，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有任何的緩沖余地，很容易導致錨穴與底板間的混凝土開裂。

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

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錨穴成孔器對混凝土產生的外力沖擊，不致損傷錨穴處混凝土。

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橡膠圈的厚度先將鋼制成孔器適當加工，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錨穴成孔器對混凝土的沖擊力，又因根部不設置倒角，有利于后期砂漿的封錨操作。缺點是橡膠圈面積較大，摩阻力也較大，以致橡膠圈根部極易與模板不密貼而進漿，如清理殘渣不及時，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，拆模也能達到預期效果。該種形式優點是橡膠圈更換方便，成本較低。主要的缺點是因根部設置了倒角，改變了錨穴的局部外形尺寸，而且在砂漿封堵錨穴時，倒角部位不易搗固密實。

綜上所述，通過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，及時搭設蒸養篷布，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護靜置期間表面水分的揮發，同時還可以防止蒸養棚內早期出現的冷凝水對混凝土表面造成的起皮現象；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）裂紋的發生。此種方法操作簡單，容易控制且成本低廉。

3.3 降低蒸汽養護的恒溫溫度，有效控制降溫速度，減小溫差應力

混凝土在蒸汽養護期間，降低蒸汽養護的恒溫設定溫度，在降溫階段，可減小棚內與環境的溫差，尤其可降低軌道板鋼模板的溫度（蒸養恒溫階段模板溫度基本與蒸汽溫度一致，或略高一點），減小了模板與環境的溫差。由于降溫方法是將篷布掀開，若掀開篷布，鋼模板即裸露在外，如溫差過大，在掀開篷布時，必然很難控制降溫速度。根據環境溫度的變化，適當降低蒸汽養護的恒溫溫度，避免人為因素，有效地控制了降溫速度，減小了溫差應力，從而控制溫度裂紋的出現。從哈大線某軌道板場的軌道板裂紋統計（見表1）情況看，通過降低蒸汽養護的恒溫溫度后，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軌道板裂紋統計

3.4 幾點建議

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的頻率：

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

（2）附著式振動電機設置在模型底部，采取垂直地面的豎向振動形式（絕大部分軌道板場采取的是橫向水平側振形式），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，更好地發揮它的彈性作用，從而更有效地避免裂紋的出現。

4 結語

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生裂紋。通過采取改進錨穴成孔器克服外力，適當降低恒溫溫度減小溫差應力，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裂紋的產生。

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

[2]孫威.混凝土溫度應力與裂縫控制[J].廣西質量監督導報，2007，（5）.