高鐵CRTSII型軌道板自密實混凝土裂縫分析及處理

中圖分類號：TU528.7 文獻標識碼：A文章編號：2096-6903(2025)03-0019-03

0 引言

CRTSIⅢI型軌道板在高鐵工程建設中應用廣泛，列車運行速度持續提升，荷載、溫度、壓力等呈現上升趨勢，這就需要采取科學的工程措施加強軌道板承載力與強度，以適應新時期下的高鐵運行需求。設計無砟軌道時，自密實混凝土屬于重要的施工材料之一，它的質量關系著底座密實度與承載性，必須充分結合工程需求開展配合比試驗，根據試驗結果配制原料，以避免出現裂縫問題。

1項目概況

1.1基本概況

該項目線路全長為 24.339km ，設計標段內共鋪設8838塊CRTSI型軌道板。P5600型軌道板5482塊，P4925型軌道板2276塊、P4856型軌道板1066塊、P3710型軌道板14塊。其中，路基地段鋪設792塊，橋梁地段共鋪設8046塊，橋梁長度 22.06km ，特大橋 21565.46m ，一般大橋 397.5m ，連續梁10聯，箱梁制運架631孔。

1.2 工程設計

采用CRTSIII型板式無砟軌道，結構組成包括鋼軌、自密實混凝土、底座等。設計一般橋梁地段軌道結構高度為 738mm ，路基地段軌道結構高度為 838mm 軌道結構為板間不連接的單元分塊式，且軌道板應避免蓋過底座板伸縮縫[1]。

2自密實混凝土問題裂縫成因深度剖析

2.1 裂縫情況

裂縫情況見表1。

2.2裂縫成因分析

2.2.1 配合比不科學

混凝土產生裂縫的原因可能是配合比不科學，如水泥原料過少、水分過多，造成配制出的漿料過稀，密實度無法達到應用需求，從而產生裂縫問題。

2.2.2 荷載應力過大

基于常規靜荷載、動荷載或者應力影響下，混凝土產生較為明顯的裂縫。如果因外界荷載過大產生應力，而混凝土自身強度不足，就會產生裂縫。受拉區、受剪區或者振動嚴重的區域，容易出現荷載裂縫。受壓區域有明顯起皮或者出現短裂縫的情況，則代表該區域的混凝土結構承載力已經達到極限。造成該種現象發生的主要原因為截面尺寸過小。

2.2.3 內外溫差過大

混凝土本身具有熱脹冷縮的特點，外部環境溫度與內部溫度溫差較大時，極易出現變形問題[2]。當構件變形受到一定約束后，基于應力影響下的混凝土溫度裂縫將會呈現在構件表面。外界溫度發生變化時，裂縫隨之發生反應，出現擴張、合攏等現象。

2.2.4收縮過大

收縮影響下，混凝土也容易產生裂縫。塑性收縮時間在澆筑作業后，一般為 4～5h 后開始收縮。收縮期間的水泥中的，水分將會快速蒸發。骨料受到影響之后，隨之不斷下沉，從而產生裂縫。

2.2.5 基礎變形

基礎豎向產生不均勻沉降或者在水平方向發生位移時，混凝土內部結構易出現附加應力，造成整體抗拉性能降低，裂縫隨之出現。

2.2.6未按規范進行施工

施工過程中，如某一環節的施工工序質量未達到技術標準，也容易產生裂縫問題。例如，振搗不持續會造成構件密實度不足。

2.3 成因結果

本次工程產生裂縫的主要原因為自密實混凝土配合比不合理，因此造成后期裂縫過多，影響構件強度與承載力。根據成因結果，決定優化混凝土配合比以避免裂縫問題持續發生。

3自密實混凝土問題裂縫處理策略

3.1材料優選

3.1.1 膠凝材料

選擇適合工程使用的水泥類型，例如，采用 P?O42.5 水泥，其比表面積為 ，初凝結時間為 204min 終凝時間為 275min ，標準稠度為 30% ，3d抗折強度為 5.1MPa ，28d抗折強度為 7.8MPa ，3d抗折強度為 20.4MPa ， 28d 抗折強度為 43.0MPa 這種水泥強度相對較高，適用強度要求高的工程。選擇煤灰時，以I級粉煤灰為例，材料比表面積為 ，燒失量為0.78% ，細度為 23.9% ，需水量為 89% ， 含量為0.48% 。摻和后，可提高漿料密實度。

3.1.2 骨料

選用粗細骨料母巖，確保質地堅硬、級配良好。例如，采用石灰巖作為粗骨料，粒徑為 40mm 。細骨料為本地人工砂，細度模數為 2.6 人工砂石粉含量設定為 17.9% 。將石粉含量調整為 6%～18% ，以提升混凝土制備的抗分離性以及和易性。

3.1.3 外加劑

外加劑類型可選擇以下3種： ① 聚羧酸高性能減水劑。 ② 松香類引水劑。 ③ 硫鋁酸鈣型膨脹劑。通過摻加膨脹劑，可補償收縮混凝土，并提升構件的抗裂防水性能與強度。一般情況下，在水泥中摻加 8% 的膨脹劑

時，其補償收縮效果最佳。

3.2自密實混凝土比例實驗設計

3.2.1 設計要求

自密實混凝土比例設計要求如下：水灰比應滿足標準要求，一般為 0.6 強度等級在P32.5以上，水泥用量在 。如不需摻雜外加劑，砂率按照普通標準降低 2.5% 左右。骨料不含有機物時，滿足相關技術標準，避免攪拌水對水泥產生硬化問題。

3.2.2 試件制作

1組試樣中未添加石塊試件，4組試樣中分別預埋了3塊單塊石試件。在試件底部中間處，設置 20mm 的初始裂縫。設定塊石與裂縫尖端之間的距離大約為20mm 。預制裂縫厚度大約為 。

試件制作時，提前準備2塊塊石，在其兩側標記中心點，便于后續打孔。借助電鉆工具打孔，以中心點為基準鉆孔，孔徑在 1mm 左右。打孔之后，利用鋸片在模具兩側上緣處預制切口，切口深度在 20mm 左右，寬度在 左右。使用螺絲釘固定塊石，在切□處插上 的PVC片。

3.2.3 實驗方法

選擇GCTS巖石三軸儀，觀察單塊石砂漿試件的三點彎曲情況。配合AE、DIC技術，實時監測混凝土裂縫擴展的過程。借助位移控制法增強試樣檢測水平，將其加載速率提升至 0.2mm/min 。在預制裂縫口設置傳感器，采集構件荷載及其裂縫張口位移數據，共設置6個傳感器進行測試，分別布設在試件正面和反面。此外，采用非接觸式全場應變測量與仿真優化分析系統，在GCTS儀器處設置1臺高速相機，在混凝土試件正前方設置1臺相機。相機類型一致，分辨率為 2048mm× 1536mm ，采集頻率為 1Hz

3.3 配合比優化

3.3.1 原材料

水泥為青松 P?O42.5 水泥。粉煤灰為I級粉煤灰超細粉。細骨料為成品機制砂，其細度模數為2.65，密度為 ，石粉含量為 22% 。外加劑選用混凝土專用高效減水劑，摻量為 3.0% ，減水率為 27.2% ，含氣量為 2.8% ，泌水率為 11% ，收縮率為 97% ，含固量為 20.22% ， pH 值為6.2，堿含量為0.43% 。預埋塊石采用耐磨MC901白色PA66尼龍棒。長度為 100mm ，寬度與高度相同。共設計采用4種尺寸： 20mm 、 25mm 、 30mm 、 35mm 。水使用生活用水。

3.3.2 試樣制備

自密實混凝土配合比設計為：水泥 ，粉煤灰 ，機制砂 ，水

減水劑 。

3.4結果分析

3.4.1 荷載分析

預埋單塊石試件的荷載均低于無塊石試件。起裂荷載方面，不同組別的荷載均有下降，第1組載荷下降 1.6kN ，第2組載荷下降 1.1kN ；第3組載荷下降0.2kN ，第4組載荷下降 0.7kN. 0

從峰值荷載方面測試，可發現不同組別的荷載數值均呈下降趨勢。第1組載荷下降 1.6kN ，第2組載荷下降 2.1kN ，第3組載荷下降 1.7kN ，第4組載荷下降 0.3kN. 。當試件粒徑明顯增大時，其起裂荷載先增長，之后緩慢下降。此時，峰值荷載則不斷增大。

3.4.2 韌度分析

不同塊石粒徑下的起裂韌度、失穩韌度變化不同，當粒徑為 20mm 時，兩種韌度分別呈減小趨勢，下降了 33% 和 32% 。當粒徑為 25mm 時，兩種韌度分別呈減小趨勢，下降了 30% 和 21% 。當粒徑為 30mm 時，兩種韌度分別呈增大趨勢，下降了 10.8% 和 12.5% 。當粒徑為 35mm 時，起裂韌度隨之減小，大約為 6% 失穩韌度隨之增大，大約為 22.9% 。

3.4.3斷裂能與塊石粒徑的關系

根據實驗分析，可發現塊石粒徑越大時，斷裂能越大。其主要原因為無塊石試件容易發生脆性破壞問題，當裂縫呈現失穩狀態時，擴展后的張口位移相對較小，整體消耗量也呈現較低狀態。試件中有塊石時，粒徑隨之增大后，裂縫容易呈集中形式。其主要原因為裂縫擴展，促使整體數量增加，而持續擴展下的消耗量明顯增大，試件斷裂能也隨之增加。

3.4.4水平位移分析

由于各組別的試件在加載初期無法直接觀測到微裂縫是否產生，因此實驗中借助DIC技術進行實時監測，以明確試件斷裂破壞中產生的水平位移變化情況。相較于無塊石試件的組別，預埋單塊石試件的位移分布更加明顯。粒徑增長至 35mm 時，其最大水平位移最大。

3.4.5 配合比調整

實驗對比發現，添加單塊石后的試件可對裂縫擴展起到良好阻裂作用，荷載增加后的試件微裂縫無法持續擴展。粒徑為 30mm 時，其阻裂效果最佳，且起裂韌度可增大 10.8% ，失穩韌度可增大 12.5% 。基于此，考慮在試驗配合比基礎上增加 30mm 的單石塊作為粗骨料。

3.5 質量檢測

3.5.1 原料實測結果

水泥實測結果：初凝時間為 2.5：h 終凝時間為

4.75：h 3d抗折強度為 4.2MPa， 。28d抗折強度為 ，3d抗壓強度為 22.5MPa 28d抗折強度 為 52.3MPa （204

細骨料實測結果：表觀密度為 ，堆積密度為 ，含泥量為 0.4% ，云母含量為

粗骨料實測結果：表觀密度為 ，堆積密度為 ，吸水率為 0.5% ，軟弱顆粒含量為0.28% ，壓碎指標為 6.1% 0

外加劑可有效提升構件的抗凍性能、和易性、耐久性。

3.5.2力學性能

實測結果：7d抗壓強度為 25.5MPa ，28d抗壓強度為 44.4MPa ， 28d 抗拉強度為 4.49MPa ，28d彈性模量為 26.2GPa 。

3.5.3 耐久性能

實測結果：測試優化后的自密實混凝土相對動彈模量時，共開展3次實驗，每次試驗次數為50次、100次、150次。50次時，相對動彈模量為 99.8% ；100次時，相對動彈模量為 95.4% ；150次時，相對動彈模量為 88.3% 。相對滲透高度為 4.6：cm：28：d 后浸泡 60d 抗疲勞強度為 3.15MPa ，未浸泡的試件抗疲勞強度為 。

3.5.4變形性能

實測結果：干縮率為 0.04% ，極限拉伸值為 ，泊松比為0.2。

3.5.5 檢測評估

通過各類性能檢測結果可發現，優化后的自密實混凝土均達到制備標準，可在后期施工中投入應用，并降低結構裂縫產生率。

4結束語

本研究結合某高鐵工程探究CRTSIII型軌道板自密實混凝土問題裂縫情況及其處理策略，工程中發現多處長短不一的裂縫，根據分析確定裂縫產生的主要原因為混凝土配合比不科學。因此通過選擇優質原料，配合實驗提升自密實混凝土配合比可靠性。經過強度檢測可發現優化后的混凝土各項性能均達到技術標準，因此工程投入具體應用，以增強CRTSIⅢI型軌道板結構強度，滿足交通通行相關需求的同時，提高工程建設質量。

參考文獻

[1]程寧寧，楊桂權，王懷義，等.微膨脹對人工骨料自密實混凝土性能影響研究[.水利規劃與設計，2024(7)：92-96.

[2]呂芳禮，姜雨辰.關于鋼渣和鋼纖維對自密實混凝土性能的影響研究[].散裝水泥，2023(6)：188-190.