無砟軌道板寬接縫界面裂縫該如何控制？

前言
CRTSII型無砟軌道系統(tǒng)中，標(biāo)準(zhǔn)軌道板板長(zhǎng)6450 mm、寬2550 mm、厚度200 mm，混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C55，板重約8.6 t。軌道板橫向配置60根￠1 0預(yù)應(yīng)力鋼筋，縱向配置6根Φ20精軋螺紋鋼筋，用于軌道板的縱向聯(lián)接，軌道板間的接縫寬度為200mm，采用C55高性能混凝土現(xiàn)澆施工。該混凝土是按耐久性設(shè)計(jì)的混凝土，要求混凝土具有體積穩(wěn)定性和高密實(shí)度，它能更好地滿足結(jié)構(gòu)功能和施工工藝要求，能最大限度地延長(zhǎng)混凝土構(gòu)件的使用年限，降低工程造價(jià)。實(shí)際施工中寬接縫后澆混凝土與軌道板接觸面之間常常出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，也就是新老混凝土之間的界面裂縫。裂縫寬度通常為為0.1～2mm，最寬時(shí)可達(dá)2~3mm，最終導(dǎo)致道床板沿線路橫向完全開裂，盡管II型板在設(shè)計(jì)時(shí)允許其從預(yù)裂縫處開裂，但水和有害介質(zhì)滲透到軌道板內(nèi)部，腐蝕鋼筋及張拉鎖件，這勢(shì)將降低無砟軌道的絕緣性能，削弱了軌道板承載力，影響軌道使用功能及壽命，危及到列車行車安全。因此，應(yīng)采取相關(guān)措施，最大限度的降低裂縫出現(xiàn)幾率，減小裂縫發(fā)展趨勢(shì)和寬度。
我單位在高速鐵路施工中，負(fù)責(zé)施工了五千余道的軌道板后澆帶施工，針對(duì)前期施工中普遍出現(xiàn)的界面裂縫，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)真細(xì)致的研究分析，分析了界面裂縫的產(chǎn)生機(jī)理和導(dǎo)致其產(chǎn)生的各類因素，并采取了針對(duì)性控制措施，后期施工的后澆帶界面裂縫出現(xiàn)率大大降低。本文對(duì)此進(jìn)行簡(jiǎn)明闡述，以期對(duì)類似工程提供借鑒。

　　1 界面裂縫產(chǎn)生的原因
工程實(shí)踐表明，軌道板間界面裂縫產(chǎn)生的原因主要有以下兩個(gè)方面：一是施工工藝存在問題，主要是施工技術(shù)要求不明確和施工過程把控不到位；二是混凝土配合比選用不當(dāng)，在水化熱產(chǎn)生的溫度應(yīng)力和混凝土收縮作用下，在最薄弱環(huán)節(jié)產(chǎn)生開裂。
1.1 施工工藝問題
施工工藝的影響主要包括寬接縫施工以前軌道板縱連和鋼筋籠安裝工序的影響和寬接縫混凝土施工工藝的影響。
1.1.1縱連時(shí)工序的影響
軌道板縱連和鋼筋籠安裝工序?qū)�混凝土的影響主要有兩點(diǎn)：一是張拉鎖件安裝時(shí)，沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求的250N·M的設(shè)計(jì)張拉力，或者因?yàn)檐壍腊骞酀{時(shí)涌出的CA砂漿污染了軌道板間連接的精軋螺紋鋼導(dǎo)致張拉鎖件無法安裝或安裝不符合設(shè)計(jì)要求；二是寬接縫內(nèi)放置的連接鋼筋籠安裝位置不符合設(shè)計(jì)要求或者在施工中造成鋼筋籠變形，從而失去其防裂效用。
軌道板精調(diào)灌漿完成后，主要通過每?jī)蓧K板之間的6個(gè)張拉鎖件（鎖扣在精軋螺紋鋼上，且張拉力要求達(dá)到250N·M）將其相互連成整體，使全線軌道板連接成一個(gè)縱向整體板式道床。如果張拉鎖件沒有正確安裝或者張拉力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，則軌道板在這個(gè)部位僅靠混凝土的抗拉力是不能滿足其在整體溫度升降或軌道板溫度梯度影響下的翹曲或伸縮變形的，從而造成混凝土在薄弱部分（新老混凝土結(jié)合處）產(chǎn)生裂縫。根據(jù)日本日野土木試驗(yàn)所實(shí)測(cè)得到的軌道板翹曲的最大最小值之差達(dá)到0.8mm，施工現(xiàn)場(chǎng)曾經(jīng)對(duì)裂縫較大的寬接縫混凝土鑿開處理，發(fā)現(xiàn)部分?jǐn)嗫p接縫就存在張拉鎖件沒有正確安裝現(xiàn)場(chǎng)，通過分析，認(rèn)為這導(dǎo)致了裂紋的產(chǎn)生。
接縫內(nèi)的鋼筋籠，在制作和運(yùn)輸過程中，非常容易產(chǎn)生變形，由原來的長(zhǎng)方形變?yōu)楸馄綘�。而且該鋼筋籠僅靠下部?jī)筛鶛M向鋼筋卡在張拉鎖件上，沒有綁扎或其他固定方式，而實(shí)際施工中往往由于制作尺寸問題，往往無法卡緊而產(chǎn)生位移，這就改變了混凝土內(nèi)的配筋形式，從而改變了混凝土應(yīng)力分布的形式，起不到防裂的效果。
1.1.2 混凝土施工工藝的影響
由于寬接縫混凝土方量較小，施工中往往對(duì)作用認(rèn)識(shí)不足，對(duì)施工的質(zhì)量要求，技術(shù)措施沒有進(jìn)行詳細(xì)交底；二是對(duì)縫內(nèi)清理不到位，導(dǎo)致新老混凝土粘合性較差，形成薄弱環(huán)節(jié)；三是混凝土運(yùn)輸、吊裝、振搗工藝不規(guī)范，造成混凝土離析、鋼筋籠變形或振搗不密實(shí)；四是澆筑后養(yǎng)護(hù)工作不到位，造成混凝土干縮。
1.2 混凝土配比選用不當(dāng)
如果混凝土配合比選用不當(dāng)，會(huì)造成混凝土凝固過程中產(chǎn)生大量的水化熱，從而導(dǎo)致新澆混凝土內(nèi)外溫差較大形成較大的溫度梯度，而這種溫度梯度在混凝土凝結(jié)初期產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過了混凝土初期的抗拉強(qiáng)度，就會(huì)造成混凝土開裂。
以混凝土收縮為主引起的裂縫也是混凝土固有的特性之一�；炷�土澆筑成型后，在凝結(jié)過程中和硬化后的一段時(shí)間內(nèi)，混凝土體積將收縮，混凝土的收縮值隨時(shí)間而增加�；炷�土一年的收縮量約為0.3～0.6mm/m。由于混凝土的收縮，在其表面或內(nèi)部產(chǎn)生裂縫。但通過優(yōu)化施工配合比，可以有效減小其收縮。

　　2 界面裂縫的預(yù)防控制措施
2.1 對(duì)連接工序施工質(zhì)量的預(yù)防控制
2.1.1 對(duì)張拉過程施工質(zhì)量的控制
張拉鎖具安裝時(shí)，應(yīng)對(duì)殘留在軌道板端的精軋螺紋鋼上和張拉槽口內(nèi)的CA砂漿進(jìn)行徹底清理，確保鎖件安裝到位，鎖件張拉時(shí)有專人復(fù)核張拉力。同時(shí)張拉完畢后，應(yīng)盡量保證鎖具處于水平狀態(tài)，以保證下一步安裝鋼筋籠時(shí)鋼筋籠的保護(hù)層厚度符合設(shè)計(jì)要求。
2.1.2 對(duì)連接鋼筋籠的控制
連接鋼筋籠的制作應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行加工，以免制作完成后造成混凝土保護(hù)層過大或過小。同時(shí)由于其設(shè)計(jì)形式，在制作和運(yùn)輸過程中極以造成鋼筋籠變形，應(yīng)明確鋼筋籠綁扎形式，采取八字扣，不宜采用順扣，綁扎要達(dá)到三扣以上。在運(yùn)輸過程中，一要輕拿輕放，二是在吊裝時(shí)應(yīng)采用吊籃或其他硬質(zhì)箱具或托具，嚴(yán)禁直接套捆吊裝。
2.2 混凝土施工工藝的控制
2.2.1 施工界面的清理預(yù)濕
混凝土澆筑前應(yīng)采用高壓風(fēng)或高壓水將軌道板端頭清理干凈，使新舊混凝土可以得到較好的結(jié)合。特別需要注意的時(shí)要將CA砂漿灌筑作業(yè)時(shí)侵入寬接縫和窄接縫范圍內(nèi)的CA砂漿清除干凈。板縫底部需要用CA砂漿灌筑的部分在窄接縫和寬接縫混凝土施工前，一定要灌筑砂漿，不得直接用混凝土和寬接縫或窄接縫一起澆筑，否則，在外荷作用下會(huì)造成軌道板無法滑動(dòng)而擠裂甚至擠碎寬接縫混凝土。
混凝土的觸面在施工前應(yīng)提前3~4h灑水浸透，盡大可能的減少其在混凝土施工時(shí)可能的吸水量，這也是減少混凝土收縮裂縫的有效途徑，灑水浸透時(shí)要避免水分聚積在基層低洼處或準(zhǔn)備澆灌混凝土的部位。
2.2.2 澆筑時(shí)間的選擇
根據(jù)無砟軌道設(shè)計(jì)文件，寬接縫混凝土澆筑時(shí)，外界溫度最好控制在25℃左右，夏季施工在施工組織設(shè)計(jì)允許的情況下，應(yīng)盡量避開高溫時(shí)段施工。高溫時(shí)段施工會(huì)對(duì)混凝土產(chǎn)生一定負(fù)面影響：首先，高溫促使混凝土水化熱在短時(shí)間內(nèi)集中產(chǎn)生而造成混凝土裂縫；其次，高溫照射下集料蘊(yùn)含著大量熱能，使混凝土入模溫度過高加劇了已澆筑混凝土早期熱量增加，進(jìn)而影響到混凝土內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變的變衡，因?yàn)樵诎滋鞖鉁剌^高時(shí)進(jìn)行澆筑，由于混凝土的熱傳導(dǎo)性能較差，混凝土在受太陽照射或驟然降溫引起溫度變化時(shí)，會(huì)使混凝土內(nèi)外形成較大的溫度梯度，從而造成混凝土開裂，根據(jù)混凝土的線膨脹系數(shù)，如果溫度梯度達(dá)到10℃，產(chǎn)生的冷縮值為0.01%~0.014%，如溫度梯度達(dá)到20℃，產(chǎn)生的冷縮值為0.02%~0.03%，當(dāng)其超過混凝土的極限拉伸值時(shí)，就會(huì)造成混凝土開裂。
2.2.3 混凝土的運(yùn)輸和灌筑
由于每道縫的混凝土方量較�。�每道縫約為0.02m3）,所以，混凝土在運(yùn)輸和吊裝屬于小方量、大跨度作業(yè)，導(dǎo)致施工時(shí)段較長(zhǎng)，坍落度損失過大，從而造成混凝土無法振搗密實(shí)而開裂。因此，在運(yùn)輸時(shí)每車運(yùn)輸方量應(yīng)控制在2 m3左右，不宜一次運(yùn)輸過多。吊裝倒運(yùn)時(shí)宜選用車載帶有攪拌裝置的吊斗進(jìn)行，不宜采用桶提或小型翻斗車倒運(yùn)。盡可能的減少混凝土在運(yùn)輸和吊裝過程中的坍落度損失。
2.2.4 混凝土的振搗收面
混凝土振搗時(shí)，既要保證振搗密實(shí)，又要防止振搗時(shí)間過長(zhǎng)，實(shí)踐證明振搗的最佳時(shí)長(zhǎng)為5~10s。如果振搗時(shí)間過長(zhǎng)，石子下沉,混凝土表面就會(huì)出現(xiàn)一層浮漿層,因而降低了混凝土表面粗骨料含量,加大了收縮,導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋。同時(shí)振搗是應(yīng)盡量避免振搗棒直接貼連接鋼筋籠振搗，以免鋼筋籠變形。
夏季混凝土施工時(shí)，由于外界環(huán)境溫度較高，內(nèi)外溫差較大時(shí)，初凝時(shí)的混凝土表面會(huì)出現(xiàn)干縮裂紋，而預(yù)防這些裂紋出現(xiàn)的有效途徑就是進(jìn)行二次收面。也就是在混凝土初凝剛剛開始時(shí)，對(duì)混凝土土表面在第一次整平收面的基礎(chǔ)上進(jìn)行第二次收面，通過抹面消除細(xì)小的裂紋。收面時(shí)同時(shí)注意對(duì)新舊混凝土的表面接縫位置處進(jìn)行處理，首先采用木抹子進(jìn)行拍打按壓，確保接縫處漿體飽滿。然后采用鐵抹子進(jìn)行二次收面。
2.2.5 混凝土的養(yǎng)護(hù)
養(yǎng)護(hù)指是混凝土拌合物成型后，保證水泥能正常完成早期水化反應(yīng)，以使獲得預(yù)定的物理力學(xué)性能和耐久性能所采取的工藝控制措施，是獲得優(yōu)質(zhì)混凝土的關(guān)鍵工藝之一�；炷�土終凝后應(yīng)及時(shí)覆蓋進(jìn)行帶模養(yǎng)護(hù)，防止混凝土出現(xiàn)裂縫。養(yǎng)護(hù)一般采用土工布覆蓋澆水養(yǎng)護(hù)或滴灌養(yǎng)護(hù)，由于寬接縫每道縫表面積較小，澆水養(yǎng)護(hù)或滴灌養(yǎng)護(hù)工作量較大，建議涂刷養(yǎng)護(hù)液進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)液涂刷后在表面覆蓋一層塑料薄膜進(jìn)行密封，同時(shí)根據(jù)天氣情況進(jìn)行土工布覆蓋。
2.3 混凝土配合比的優(yōu)化
對(duì)于普通混凝土，由于水灰比較大，其自收縮很小，裂縫的產(chǎn)生采用單因素的“溫控防裂”即可。但對(duì)于高性能混凝土，由于水灰比較小，其自收縮很大，因此必須從溫度控制和防止（減小）混凝土自收縮兩個(gè)方面進(jìn)行控制。高性能混凝土在配合比設(shè)計(jì)過程中,已經(jīng)采取了降低混凝土收縮的多種措施。但在實(shí)際施工中，還應(yīng)根據(jù)不同的原材料， 針對(duì)粗細(xì)骨料、原材料入倉溫度、環(huán)境溫度等外部因素不同的組合情況，從外加劑、摻和料進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)配合比。在保證混凝土強(qiáng)度和工作性的前提下，盡量降低水泥用量，較小膠集比。
2.3.1 水泥的選用
施工實(shí)踐證明，水泥粗細(xì)顆粒適當(dāng)級(jí)配，可得到良好的流動(dòng)性，如果選用顆粒較細(xì)的水泥，雖然可以提高混凝土強(qiáng)度，但會(huì)造成用水量加大，運(yùn)輸和施工過程中的混凝土坍落度損失也會(huì)增大；在水泥用量相同的條件下，用熟料中A3C含量高的水泥時(shí)，達(dá)到相同坍落度的混凝土水灰比不可能很低。因此，也就不可能配制更高強(qiáng)度的泵送混凝土，應(yīng)選用顆粒級(jí)配理想、A3C含量較低的水泥。
2.3.2 石子的選用
在選用石子時(shí)，除應(yīng)和常規(guī)混凝土的骨料選用一樣考慮石子的強(qiáng)度外，在高性能混凝土配制時(shí)還應(yīng)考慮石子的粒徑、粒形、級(jí)配以及粉塵含量和含泥量，這些因素不僅會(huì)影響混凝土的強(qiáng)度，又會(huì)影響新拌混凝土的和易性。
主要是保證級(jí)配連續(xù)，特別是控制大粒徑含量不超標(biāo)，大粒徑超標(biāo)將直接影響保護(hù)層外側(cè)混凝土的質(zhì)量，會(huì)導(dǎo)致混凝土的表面出現(xiàn)干裂紋，影響表觀質(zhì)量。良好的級(jí)配能增加混凝土強(qiáng)度，由于寬接縫混凝土體積較少，為便于施工，選用了一級(jí)配5~10mm的石子。
2.3.3 細(xì)骨料的選用
高強(qiáng)度混凝土要用中粗砂，尤其當(dāng)石子的級(jí)配較差時(shí)，砂子以偏粗為好，應(yīng)嚴(yán)格控制砂中粉塵顆粒和含泥量的控制。級(jí)配良好、空隙率小的粗細(xì)集料可以有效降低混凝土的用水量和膠凝用量,從而降低混凝土水化熱,減小裂紋產(chǎn)生的可能性。
2.3.4粉煤灰的選用
工程實(shí)踐證明,摻加粉煤灰是降低混凝土水化熱的主要措施之一，配制混凝土?xí)r加入較大量的粉煤灰，可達(dá)到降低溫升，防止因混凝土溫度應(yīng)力過大產(chǎn)生裂縫，改善和易性，增進(jìn)后期強(qiáng)度的目的。
粉煤灰的燒失量過大，會(huì)吸附大量的外加劑，將直接影響混凝土的坍落度和流動(dòng)度;采用二次加水?dāng)嚢钑r(shí)，就會(huì)出現(xiàn)混凝土離析、泌水等現(xiàn)象，造成大量的游離水，影響混凝土的外觀質(zhì)量;粉煤灰質(zhì)量不穩(wěn)定，需水比較大，都能夠?qū)е禄炷�土在施工過程中有泌水現(xiàn)象發(fā)生。因此，在選用粉煤灰時(shí)，應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)Ⅰ級(jí)粉煤灰，并在施工過程中及時(shí)檢查檢驗(yàn)。
2.3.5配合比中摻加膨脹劑
混凝土中應(yīng)適度慘加膨脹劑，配制成微膨脹混凝土，這種混凝土具有適度膨脹行，它可以用膨脹來抵消混凝土全部或部分收縮，從而避免或大大減輕混凝土的開裂。
膨脹劑的選用和摻量是控制施工時(shí)是否會(huì)出現(xiàn)離縫的關(guān)鍵，我們?cè)诰�滬高速鐵路施工過程匯中經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，選用了LGN-S型膨脹劑（固體）。根據(jù)《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GB50119-2003規(guī)定，膨脹劑的摻量要滿足以下兩個(gè)條件：①限制膨脹率（水中14d）≥2.5×10-4；②限制干縮率（水中14d，空氣中28d）≤3.0×10-4。
2.3.6 配合比中摻加高效減水劑
通過配合比試配，在混凝土中適當(dāng)增減水劑，可以大大減少拌合用水量，較少混凝土的收縮性，防止了裂紋的產(chǎn)生。外加劑與水泥相適應(yīng)性、減水率、流動(dòng)性、含氣量、摻量都將影響混凝土的工作性。因此，應(yīng)采用高溫型緩凝高效減水劑。采用高溫型緩凝高效減水劑能降低水泥早期水化熱,延緩混凝土的凝結(jié)時(shí)間。我們?cè)诰�滬高速公路施工中選用了陜西省建筑高新技術(shù)開發(fā)公司生產(chǎn)的XC聚羚酸高性能減水劑。

　　3結(jié)束語
軌道板寬接縫的界面裂縫形成往往是幾種因素綜合作用的結(jié)果，原因非常復(fù)雜。如果措施不力，工藝不正確，極容易產(chǎn)生裂紋。工程實(shí)踐證明，通過對(duì)原材料、配合比、施工工藝等的控制，混凝土界面裂縫可以得到有效的控制。