预应力混凝土轨枕挡肩裂纹分析及防治措施

预应力混凝土轨枕挡肩裂纹分析及防治措施

许占龙

中铁物资太原轨枕有限公司，山西 太原 030041

摘要：随着现代科学技术的不断发展，轨枕生产技术越来越成熟。混凝土轨枕裂缝的预防和控制是一项系统工程，从设计、施工、材料、检测等多方面进行控制，并提高控制技术水平和技术管理体系，综合运用各种预防措施，确保枕木质量，延长其使用寿命。只有不断提高混凝土轨枕的生产水平，通过采用先进的施工技术和工装设备，严格控制轨枕产品的内外质量，能够应对市场的不断变化，取得更大的发展进步。因此，本文针对混凝土轨枕挡肩裂纹进行详细分析。

关键词：预应力混凝土；混凝土轨枕；防控措施

引言

预应力混凝土轨枕生产技术具有生产效率快、技术成熟、成本低等优点，就目前而言它是我国应用最广泛的轨道施工技术。为此，结合工程实践中遇到的问题，对预应力混凝土裂缝产生的原因及质量控制要点进行了分析和探讨。

1 混凝土轨枕裂缝的类型

土枕裂缝的类型有：轨下垂直横向裂缝（轨下正弯矩断裂尺寸）、枕下垂直（横向）裂缝（枕下正弯矩和负弯矩裂缝）、枕上螺栓孔纵向裂缝、枕上横向裂纹（平行于轨道方向）、枕端纵向裂纹、枕内纵向裂纹、裂纹等。（如下图1所示）

图1 混凝土轨枕裂缝的类型

2 混凝土轨枕裂缝产生的原因

2.1 混凝土原因

混凝土配合比不合理的原因。双线轨枕的拆除强度不得小于40MPa。这是双线轨枕的实际规格要求，早期强度要求。C60轨枕配合比设计采用双掺粉煤灰和复合外加剂，以节省生产成本。试验表明，粉煤灰有利于改善混凝土的工作性能和耐久性，但不利于提高早期强度。在脱模时易发生肩裂。

混凝土养护时间不足的原因。枕木养护时间不足，会导致脱模强度达不到规定的要求，直接导致枕木肩部出现裂缝。但在轨枕出膜前，实验室需出具拆除通知单，拆除强度达到要求后方可进行拆除作业，固化时间不得短缺。（图2为混凝土施工过程）

图2 混凝土施工过程

2.2 温度因素

在混凝土浇筑和硬化过程中，由于水泥的水化作用，会产生并释放大量的水化热，导致轨枕内部温度过高，轨枕表面膨胀、拉应力和内压应力不一致，当内外应力不平衡时，会出现裂缝；轨枕脱落、环境温度过高、标准轨枕表面温差过大，导致温度收缩、轨枕表面拉应力、表面开裂温度变化、施工过程中人为因素等，对于新浇混凝土和剩余混凝土接触面，灰分分布不均匀，新老混凝土层面不合理，堵塞等；蒸汽，温度上升过快，温度过高。由于混凝土中不同材料的热膨胀系数不同，混凝土的初始结构强度较低。高温导致空气和水的膨胀，造成混凝土内部结构缺陷。混凝土容易在松散的混凝土表面产生裂缝，并最终进入休眠状态，即离开混凝土时肉眼看不到的微裂缝。

2.3 力学因素

混凝土轨枕的弯曲不仅与轨枕的动压力有关，还与轨枕下的道碴状态有关。最初的设计规定,在铺设和维护,卧铺的中间部分应由400毫米,掏空了的顶面镂空压载应该30毫米低于卧铺的底部,以避免过度的负弯矩和引起横向裂缝的上部卧铺。近年来，要求中间不应挖空，即中间应填充浮动道碴。在设计中，假设中间部分的支撑反力为轨道下部支撑反力的3/4（挖空时为0）。

2.4 干燥收缩

混凝土振动后进入预养护阶段。当它在空气中变硬时，体积会收缩变形。这种变形受到不同程度的外部约束，如预应力钢筋、箍筋等，受到限制，不能自由伸缩。对于枕轨混凝土的收缩可能会造成小裂缝。

3 预应力轨枕挡肩裂纹的预防措施

轨枕肩的开裂是由于路肩处的混凝土承受不了剪力造成的。因此，降低混凝土的剪切力，提高混凝土的抗压和抗弯强度是防止枕木支肩开裂的有效措施。

3.1 加强对原材料的入场检验和处置

根据水泥生产企业出具的材料报告，要求水泥生产企业在保证水泥早期强度的同时，降低三腐殖酸钙的含量。夏季为6.0%，冬季为6.0%ー冬季为9.0%。水泥在使用前必须储存三天以上，允许的话，在使用前储存一周，使用前检查粗细骨料分类和含泥量，并提供专用设备清理粗细骨料。

3.2 轨枕脱模强度控制

枕头通常以其设计强度的75%浇铸。生产计划允许延长维修槽的维护时间，并在移除强度高于规定标准时移除。混凝土试件应严格按照要求制作，并应在维修箱用于维修。

3.3 解决脱模问题

安排技术人员对模台进行平衡，保证模台四角同时接触。定期检查脱模台四角的水平度，发现异常及时纠正。拆卸平台的四个角是平的，有效地控制了拆卸时轨枕路肩上黑色痕迹的产生，大大减少了外力对轨枕路肩的撕裂。

3.4 按标准要求严格施工

各阶段蒸汽保温温度和时间按规定设置，不允许高温养护。当静荷载满足条件时，预应力值可设为设计下限。模型脱模，应力松弛，钢丝断裂。将模型翻转提升，降低提升幅度，提高提升幅度。提高频率，使枕头自然脱落。模具制作前加强润滑，3天或长时间未使用的模型，手工将相当浓度的剥离剂涂抹在模型的肩部。

混凝土施工过程控制：（1）各模板混凝土搅拌时间控制在2小时以内ー3分钟，搅拌时间不宜过长或过短。在进入搅拌站和离开预制站之前，为严格控制施工过程中的水灰比，应进行两组坍塌试验。（2）混凝土运输：混凝土运输过程中水分的挥发会影响原水与水泥的比例，从而影响混凝土的工作性质和附着力，混凝土运输时间应尽量缩短，缓慢搅拌，运输过程中不得随意增加运输时间和水量。（3）混凝土浇筑：浇筑过程中插入式振捣器主要是振捣器，辅以高频振捣器，附加振捣器采用间歇式振捣，附加振捣器，每次开启时间为20秒左右，以免浇筑时振动过大造成混凝土离析。浸入式激振器的振动间距不应大于浸入式激振器振动半径的1.5倍，以免浇注时漏振。（如下图3所示）

图3 浇筑过程

5 结论

应力混凝土通过抗拉高强钢筋对混凝土施加应力，抵消混凝土结构上的荷载，使混凝土承受更大的应力，使高强钢筋与高强混凝土的“主动”结合成为一种优良的结构材料。预应力混凝土的理论越来越成熟，配套施工技术也在不断完善。在实际生产和使用过程中，本文介绍的综合措施能有效地减少混凝土轨枕和路肩裂缝的发生和发展，并取得明显效果。

参考文献：

[1]尤瑞林.欧洲与中国混凝土轨枕标准对比研究[J].铁道建筑，2016（9）：112-117.

[2]张海明.重载铁路混凝土轨枕磨损机制及修复技术[J].铁道建筑，2017(05):131-133.