1、道床板温度裂缝问题研究现状
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(zTVBeton—stb):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限制在0.5mm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zTvF—st8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ZTVTES sts 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。
2、道床板裂缝的形成机理
2.1 水泥的水化热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。
2.2 内外约束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。
2.3 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。
2.4 钢轨的伸长引起裂缝双块式无砟轨道施工若不能及时松开扣件,钢轨的伸缩将带动轨枕在新浇混凝土土中移动从而产生裂缝。
2.5 混凝土骨料塑性沉落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绑扎的不好、模板沉陷、移动时也会出现此类裂缝。
2.6 新旧混凝土不良粘结裂缝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。
2.7 外界气温的变化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,特别是温度骤升骤降,会造成过大温差和温度应力,使混凝土出现裂纹。
2.8 其他因素此外,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。
3、道床板裂缝处理
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。目前常用的裂缝修补方
法有环氧树酯灌注法、表面封闭法、开槽嵌塞法、柔性封闭法。
3.1 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。
3.2 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(一般裂缝宽度在0.1~0.20ram),通过密封裂缝来
防止水、化学物质和二氧化碳的侵入。如表面聚合物浸入封闭法,可采用低黏度的液态树酯(或表面涂料胶)涂刷到裂缝表面上,或者在水平表面上沿裂缝构筑临时的堤围,使树脂溢于
裂缝表面。
3.3 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—5em,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。
3.4 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。
4、结束语
路基地段双块式无砟轨道采用连续结构,道床板开裂是不可避免的。为确保无砟轨道
60年使用寿命,在无砟轨道设计和施工过程中,应给予充分重视,采取各种有效的预防措
施减少裂缝,尤其是宽裂缝的出现和发展。产生裂缝后,应针对不同宽度的道床板裂缝认真
研究、区别对待,采用合理的方法进行处理,保证无砟轨道安全、稳定地工作。
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