crts1轨道板裂纹分析港工再改1.docx

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crts1轨道板裂纹分析港工再改1

CRTSⅠ轨道板裂纹产生原因及分析

于光远

摘要：

针对CRTSI轨道板产生裂纹的不同形式，分析裂纹产生原因，根据原因从原材料、施工工艺、设计等多角度全方面进行技术处理和施工改进，有效的减少裂纹产生。

关键词：

轨道板；裂纹；分析；控制

AnalysisofthecausesofCRTSItrackcracking

YuGuangyuan

Abstract:

DifferentformsofCRTSItrackcracking,analyzingthecausesofcracking.Refertothecausesprocessingtechnicalprogressandimprovingconstructionfromallitsaspectsandmultipleperspectives,andfromrawmaterials,constructiontechnology,designandetc.Effectivelycontrolcracks.

Keyworks:

track,crack,analyze,control

1.前言

1.1背景

CRTSI型轨道板是铁道部在全面引进消化、结合中国需要，专为解决高纬度严寒地区轨道板耐久性问题设计的，而轨道板施工中产生的微细裂纹在东北高纬度严寒地区反复冻融循环情况下，对轨道板的耐久性构成巨大挑战。

因此解决严寒地区高速铁路CRTSI型轨道板预制中的裂纹控制问题成为必要，同时对高速铁路CRTSI型轨道板预制也有着重要的指导和参考意义。

1.2国内外现状

1.2.1国外现状

在世界铁路无砟轨道结构形式中，以德国的双块式、博格板式无砟轨道结构和日本的单元板式无砟轨道结构为代表。

1998年德国在柏林——汉诺威建成并投入运营，运行时速为300km，日本采用板式无砟轨道结构的新干线运行时速为250km。

1.2.2国内现状

我国铁路客运专线里程将于2020年由1.2万公里调整为1.6万公里，近年来高速铁路在我国蓬勃发展，时速350km的高速铁路均采用无砟轨道结构，CRTSI轨道板已成功应用于沪宁城际高速铁路，而设计时速为350km的哈大铁路客运专线拟采用CRTSI型轨道板结构，哈大铁路客运专线位处严寒地区减少轨道板裂纹提高耐久性至关重要。

2.哈大高速铁路轨道板特点

针对东北地区严寒气候特点及轨道板耐久性的技术要求，从施工工艺着手，严格控制轨道板裂纹产生解决C60高性能混凝土的耐久性问题。

针对轨道板的板式结构易开裂特点，在预制过程中三胜制板场重点研究轨道板预制工艺，严格控制轨道板的混凝土浇筑、振捣工艺，合理的混凝土养生技术，努力减少轨道板表面裂纹。

3.混凝土的收缩变形

3.1CRTSI轨道板裂纹主要形式

通过调查多家哈大铁路客运专线CRTSI轨道板生产单位，裂纹存在主要分为以下几种形式：

3.1.1生产过程中纵向锚穴（毛面）裂纹；

3.1.2生产存放1～2个月后毛面四周棱角干缩裂纹；

3.1.3生产过程中少量轨道板毛面表面干缩裂纹。

（多生产在昼夜温差较大的季节）

图3-1纵向锚穴裂纹图3-2横向后期干缩裂纹

图3-3表面干缩裂纹

3.2混凝土的收缩变形主要有

3.2.1塑性沉降收缩；骨料下沉，水泥、掺合料和水上浮而产生沉降、离析、泌水；

3.2.2塑性收缩：

初凝前水分蒸发，混凝土内部水分不断向表面迁移，形成塑性阶段体积收缩；

3.2.3自缩－－水泥水化时消耗水分造成凝胶孔的液面下降，混凝土不失重，发生在早期（模板拆除之前）；

3.2.4温度收缩－－“冷缩”，温度上升时，混凝土弹性模量小，产生的预压力松弛释放；随后的冷却过程，弹性模量增大和松弛作用减小导致拉应力产生。

3.2.5干燥收缩－－混凝土硬化后，湿度<100％情况下水分蒸发产生的收缩；

当水灰比>0.5，自身收缩与干缩相比小可以忽略不计，当水灰比<0.35，混凝土内相对湿度很快会降到80%以下，自生收缩与干缩则接近各占一半，当水灰比低至0.17时，则自生收缩要占100％，而干缩为0。

3.3裂纹产生原因

3.3.1混凝土本身性能原因，轨道板高性能混凝土中添加了高效减水剂和掺合料，减水剂、掺合料的使用对混凝土收缩开裂有影响。

1）减水剂对砂浆干缩值（湿度<100％时，砂浆产生干燥收缩）的影响与采用的减水剂种类和水灰比有关。

掺加高效减水剂砂浆干缩值比空白样明显增加，而且水灰比越小（哈大铁路轨道板混凝土水灰比为0.29），干缩值增加的幅度越大。

2）加入减水剂使试件较早开裂，而且裂纹总宽度增加，开裂时对应的干缩值通常较低，而且开裂后单位干缩值引起的裂纹宽度较大。

3）当水胶比小于0.3时（哈大铁路轨道板混凝土为0.26），高强混凝土水胶比较低者收缩率略大于水胶比较高者，而且混凝土的开裂时间早，裂纹宽度大，即降低水胶比增大了高强度混凝土的收缩开裂趋势。

4）水灰比较低时掺加矿物掺合料通常使砂浆试件开裂较早、裂纹宽度增加、开裂时对应干缩值降低。

3.3.2纵向锚穴上方（毛面）混凝土过薄，壁厚30.5mm，混凝土在振捣过程中上面粗骨料下沉表面没有石子，粗骨料在混凝土水化凝结过程中对砂浆收缩有相当的抵制作用，当混凝土结构尺寸过薄时混凝土表层含有的粗骨料下沉，表面浆体收缩没有石子束缚容易开裂。

图3-4锚穴上部（毛面）混凝土结构图

3.3.3在混凝土浇注过程中料斗悬空布料，混凝土很难均匀布置到模具边缘，通过振动，混凝土流动到模具边缘，加之高频振动器附着在模具上，锚穴成孔器直接固定在模具上，锚穴成孔器和模具边缘混凝土振动较其他地方强烈，最终造成模具边缘及锚穴边缘粗骨料下沉表面浮浆偏多。

图3-5混凝土浇筑布料

3.3.4砂石料含水率不稳定，砂石料在堆放时没有严格分批堆放，同一工班生产作业时砂石料取用不同料仓，在生产过程中新进场砂石料没有单独堆放，最终造成坍落度不稳定，在浇筑过程中坍落度偏大时，轨道板表面容易出现浮浆。

3.3.5轨道板浇注周期一般情况下为18小时以上，蒸汽养护阶段结束后，虽然满足轨道板表面温度与环境温度温差小于15℃，但轨道板芯部温度仍然较高且下降缓慢，降温过程混凝土表面为冷缩阶段。

与此同时，混凝土内部温度比表面高有热涨现象，导致轨道板表面受到张力容易产生裂纹。

3.3.6在昼夜气温温差大的情况下，通过蒸汽养护，混凝土强度提升快，凝结时间短，温度变化幅度大对轨道板裂纹控制都是不利因素，同时在混凝土脱模后依旧有水化热，轨道板本身温度很难快速与环境温度变化同步。

轨道板在蒸汽养护恒温阶段，轨道板凝结时水分不充足，板体尤其是表面缺水容易产生裂纹。

图3-6轨道板蒸汽养护

3.3.7轨道板蒸汽养护特点是当蒸汽养护开始降温2小时后，轨道板芯部温度达到最高值。

轨道板表面随着蒸汽温度降低而快速降低，但芯部温度降低很延缓，在内外温度降低速率不同情况下混凝土表面存在拉力，容易产生裂纹（见图3-7）。

3.3.8在蒸汽养护结束直到入水养护区间段，由于轨道板脱模、倒运、翻转等环节，轨道板内部温度比表面温度高，表面温度比环境温度高，轨道板表面极容易干燥失水，而混凝土水化过程没有结束正需要大量水时，轨道板表面却不能有效进行湿润养护。

图3-8轨道板脱模时表面干燥缺水

3.3.9轨道板在存板区或桥上存放时间长，底面（毛面）棱角风吹日晒，特别是经过冬天冻融循环后棱角处裂纹明显增多。

图3-9轨道板上桥铺装

图3-7轨道板蒸汽养护曲线

4.改进措施及效果

4.1采取措施

4.1.1轨道板混凝土通过高频振捣后，人工在轨道板周边扬洒少量石子，人工用抹子将石子拍打进入混凝土中，石子和砂浆的握裹可以有效减少轨道板裂纹，增加表层石子可以有效束缚因砂浆收缩产生的裂纹。

4.1.2浇注混凝土时塌落度尽量靠近下限8cm（规范要求8-12cm）,适度调整轨道板振捣时间，防止模具边缘过振。

4.1.3混凝土浇注布料时，加强周边混凝土布料。

在振捣前，人工用铲子将周边混凝土填满摊平，避免周边靠振动流动密实。

填充周边混凝土尽量选用较干混凝土，防止因模具边缘振捣强烈而导致混凝土过振。

废弃板取样对比图：

图4-1处理前表面骨料下沉图4-2处理后骨料均匀

4.1.4在混凝土振捣后，采用平板振动器或长靠尺对混凝土找平，在混凝土初凝时先进行一次全面抹压，然后进行拉毛，最后在混凝土终凝前，再进行选择性特别是模具边缘和锚穴上方进行反复抹压，彻底消除塑性收缩裂缝。

图4-3找平、抹压图图4-4反复抹压、拉毛后照片

4.1.5严格将不同批次砂石料分仓储存，黄沙和洗过的石子要经过晾晒通风，含水率稳定后再进行使用。

同一工班作业时必须取自同一料仓。

在正常作业过程中严禁中途新进场的砂石料倒在正在使用的料仓中，同时严禁同一工班分仓取料。

严格控制塌落度稳定。

4.1.6轨道板夏季施工时由于气温温差小，环境温度高，可以适当减少轨道板生产周期。

在温差变化大，环境温度低的季节生产时，适当延长轨道板生产周期，特别是适当延长轨道板蒸汽养护降温时间，努力争取促使轨道板芯部温度和表面温度降温速率相同，减少轨道板因内外温度应力而产生的裂纹。

4.1.7轨道板蒸汽养护结束掀开篷布后，立即在轨道板表面覆盖土工布并喷洒模具下部水槽中水进行养护，在轨道板脱模运转直到张拉区域时，要时刻保持轨道板表面的土工布湿润。

4.1.8由于轨道板毛面四周棱角过于尖锐，容易在后期过程中开裂。

在实际生产中，轨道板通过长时间堆放或者上桥铺装时间长后轨道板经过冻融循环和风吹日晒，在轨道板底面（毛面）四周产生大量微小裂纹，这些裂纹对于位处严寒地区的哈大铁路客运专线轨道板耐久性有非常大的影响。

针对大量底棱微小裂纹可以对轨道板进行封闭涂层施工，不仅阻止水进入裂纹，还可以避免棱角直接与空气环境接触，提高耐久性。

4.2效果

通过采取措施轨道板表面骨料下沉现象得到良好解决，有效消除了因骨料下沉引起的横向微细裂纹。

轨道板上桥后裂纹比例明显下降。

轨道板毛面干缩裂纹得到彻底消除，且毛面表面整体平整性好，光滑整洁，不仅提高轨道板整体外观质量还有利于轨道板上桥铺装。

表4-1通过采取措施轨道板裂纹统计对比表

采取措施

改进之前

改进之后

上桥前

上桥后

上桥前

上桥后

裂纹比例

4.82%

8.33%

0.15%

0.33%

通过采取稳定砂石料含水率，保证砼塌落度稳定；适当调整轨道板蒸汽养护时间，延长轨道板蒸汽养护降温时间；轨道板蒸汽养护结束后立即进行湿润土工布覆盖养护等措施，轨道板纵向锚穴裂纹、横向侧面微细裂纹、表面干缩裂纹明显减少。

5.建议

通过哈大铁路客运专线CRTSI轨道板生产过程中总结的经验在此提出以下建议：

荷兰CRH公司来我板场参观时提出可以引进国外生产工艺对混凝土进行处理（免振捣混凝土），在保证混凝土施工中密实度、强度、耐久性等各项指标的前提下增加混凝土的流动性。

在浇筑过程中一次成型无需振动，保证混凝土均匀性的同时省去高频振捣工序，不仅可以使轨道板混凝土表里如一，保证质量、减少裂纹，而且可以大大节省人力、物力，降低成本有一定的经济效益和社会效益。

改变CRTSI型轨道板结构设计，特别是改变纵向锚穴孔的大小和纵向锚垫板结构形状，提高纵向锚穴上下混凝土壁厚，减少纵向锚穴长轴占轨道板厚度比例。

图5-1锚穴及锚垫板原图图5-2锚穴及锚垫板改进图

建议振捣结束后在纵向模具边缘锚穴上表面均匀布置若干根钢丝（考虑轨道板绝缘性要求，不采用钢丝网），钢丝的抗拉性能可以有效减少纵向锚穴裂纹，同时可以增加纵向锚穴上臂（毛面）结构强度。

改进轨道板蒸汽养护装置和模具基础设置。

在做模具基础时，在模具下地面留置水槽并注入水，设置自动循环抽水装置，在蒸汽养护进入恒温阶段轨道板终凝后，将水槽中的水抽到轨道板表面进行洒水或进行水雾养护（水槽中的水随同蒸汽养护温度变化而变化）。

由于水的比热较大，升温降温速率比蒸汽缓慢，可有效解决轨道板升温降温速率问题，同时可有效对轨道板进行时时湿润养护。

图5-3轨道板模具洒水及水槽构造图

改进轨道板模具边缘设计，增加倒角或者在轨道板脱模后对轨道板毛面棱角进行打磨，将轨道板棱角由尖锐变为圆滑可以降低轨道板棱角容易开裂影响，减少后期产生的微小裂纹。

6．结论

实践证明根据裂纹产生的各种原因及机理，通过采取相应措施能够有效减少轨道板裂纹产生数量及概率，对高纬度严寒地区CRTSI轨道板预制过程中防治裂纹产生具有一定参考意义。

参考文献:

[1].刑名照、张旭东、胡志理、刘前进.CRTSI轨道板裂纹分析及控制中国港湾建设，2010（3）

[2].客运专线铁路CRTSI型板式无砟轨道混凝土轨道板暂行技术条件科技基【2008】74号