CRTSⅡ型无砟轨道板开裂防治措施及裂纹修补技术
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摘要：本文针对crtsⅡ无砟轨道板在施工过程中出现的混凝土开裂问题进行探讨，首先对轨道板混凝土裂纹产生的原因进行分析，然后根据裂纹的成因提出通过优化原材料、混凝土配合比、改进施工技术以及加强施工过程中各道工序的检验等措施来防止裂纹的产生和发展。最后针对已经出现裂纹的CRTSⅡ无砟轨道板，提出了针对裂纹的修补措施。
关键字：无砟轨道板；混凝土开裂；防治措施；修补技术
中图分类号：TV331文献标识码： A
1 引言
用于CRTS Ⅱ型无砟轨道系统的轨道板称为CRTSⅡ型无砟轨道板，轨道板的制造是Ⅱ型无砟轨道系统技术的关键，其制造工艺与传统混凝土制品存在较大差异，且在国内无相关生产经验可借鉴，只有在消化和吸收博格公司转让技术资料的基础上，对轨道板的制造工艺(尤其针对关键、特殊工序)进行系统地研究，才能全面实现轨道板制造工艺的国产化。
在CRTSⅡ型无砟轨道板预制过程中，如何防治混凝土开裂是高速铁路无砟轨道板在预制过程中普遍面临的技术难题。轨道板裂纹一旦形成，特别是贯穿裂纹的出现，将会明显降低轨道的承载能力，同时还可能严重的削弱无砟轨道的耐久性，危害到整个高铁运营系统的安全，因此，如何采取有效措施防止无砟轨道板在预制过程中混凝土开裂以及如何对无砟轨道板的既有裂纹进行有效修复是CRTSⅡ型无砟轨道板预制过程中一个非常值得关注的难题。
2 轨道板裂纹类型及产生原因分析
引起轨道板混凝土开裂的因素有很多种，但是其主要作用的分为两种：一种是由于外荷载引起的，包括常规结构计算中的主要应力以及其他的结构次应力造成的荷载效应裂纹；二是是由非受力变形变化引起的，主要是由混凝土材料本身的温度应力、混凝土收缩以及碱骨料反应等引起的材料型裂纹。
图1 CRTS Ⅱ型无砟轨道板混凝土裂纹
2.1 荷载效应裂纹
能够引起混凝土开裂的外部荷载主要由以下几种：
（1）在设计计算过程中，荷载工况考虑不周，配筋不合理，结构尺寸不足，构造处理不当，且施工阶段不按图纸施工等均有可能产生荷载裂纹。
（2）由于轨道板在储存和运输过程中，要经过数次起吊，在起吊过程中如果吊点位置设计不合理或起吊速度过大，很可能会产生较大的弯矩，而使得轨道板开裂。
（3）如果混凝土在没有达到规定强度时就进行预应力张拉(先张法)，张拉系统放张不同步或放张速度过快造成混凝土应力释放不均衡，引起张拉、放张裂纹。
2.2 混凝土材料型裂纹
（1）温度裂纹
当外部环境或结构内部温度发生变化时，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在内部将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂纹。温度裂纹产生主要原因是由混凝土温度分布不均匀造成的。例如，在混凝土浇筑初期，水泥水化过程产生大量的水化热，由于混凝土是热的不良导体，水化热积聚在混凝土内部不易散发，导致混凝土内外温差较大使混凝土的应力超过承载极限而引起的裂纹。除此之外，混凝土结构在太阳照射下，其上表面温度高，下表面温度低，由于混凝土的热传导性能差使轨道板在沿高度方向上存在温度梯度，温度梯度将会导致轨道结构发生翘曲和表面出现横向裂纹。
（2）混凝土收缩引起裂纹
混凝土是由气、液、固三相组成，混凝土在浇筑完毕后，其中尚有未水化的水泥颗粒，还要吸收周围的水分。另外液、固相间的胶凝体，因水分散失，这些因素都会导致混凝土体积会缩小，引起收缩裂纹。在实际施工工程中，混凝土因收缩所引起的裂纹是最常见的。混凝土收缩裂纹可分许多种。其中，最为主要的收缩裂纹是混凝土的干燥收缩裂纹和塑性收缩裂纹两种。
①干燥收缩：混凝土凝结硬化之后，在干燥或外界温度很高的环境下，表层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，产生缩水收缩(干缩)。因混凝土表层水分损失快，内部损失慢，因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力，当这种拉力超过其抗拉强度，便产生收缩裂纹，混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩。
②塑性收缩：在高风速、低湿度、高气温的天气条件下，混新拌凝土表面水分蒸发过快，这时，混凝土内部产生毛细管负压力，随着失水的增加，毛细管负压逐渐增大，使混凝土浆体产生收缩，当收缩力大于集体的抗拉强度时，就会使表面产生开裂，试验表明，混凝土早期塑性收缩最大速率发生在浇筑后1～4小时，塑性收缩趋于平缓，因此，在塑性收缩速度较大的时期要采取保护措施以避免混凝土开裂。
3 轨道板开裂的预防措施
3.1优选原材料
为了降低混凝土水化热，要尽量采取早期水化热较低的水泥，主要是选择适宜的矿物组成和调整水泥的细度。尽量增大粗骨料的粒径，总表面积越小，混凝土收缩越低，采用多级配或连续级配，级配越好，孔隙率越小，对防止裂纹的产生有利。严格控制套管进货质量检验制度，拒绝次品废品进入生产中。
3.2优化混凝土配合比
优化混凝土配合比是有效防止裂纹的措施之一，其主要从以下几个方面来考虑：首先，尽量降低水泥的用量，减少水泥的用量可以减小水化热，所以在满足其他设计要求的时候可以采取水泥用量较少的配合方案。其次要增加粉煤灰的用量，提高粉煤灰的等级，等级高的粉煤灰可以起到减水剂作用，这也是可以有效减少水化热的措施。除此之外，还应尽可能的降低混凝土细骨料的用量增大粗骨料的用量。
3.3改进施工工艺
（1）混凝土浇注前基床或混凝土底座上要撒足够的水份，保证浇注混凝土的底层部分水份不被吸收过多。浇注时间应尽量避开在太阳辐射较高的时间浇注，若由于工程需要在夏季施工，则尽量避开正午高温时段，浇注应尽量安排在夜间进行，防止混凝土产生收缩裂缝。
（2）要加强混凝土的后期养护。在轨道板内部设置测温装置，严格控制轨道板芯部温度，使轨道板内外温差在可控范围之内。必要时要采用相关措施来降低混凝土温差。冬季施工时应合理延长轨道板静停养护时间，等板体温度降到20℃左右时（一般要停留30～35 h），利用中午气温较高时(一般为0℃～－3℃)转运轨道板出厂存放，同时注意防冻、保温，防止混凝土冻胀裂缝。
（3）CRTSⅡ型轨道板采用整体先张法施工，在混凝土施工养护结束后进行整体放张作业，在放张时，先对CRTSⅡ型轨道板进行超张拉，待松开张拉油缸保险卡环后再进行放张作业，混凝土先受拉，后受压，因此混凝土强度要大于放张时所产生的应力，必须缓慢放张预应力筋。
（4）轨道板开裂极有可能是由于起吊过程中吊点位置不当造成的。因此，在进行吊点位置布置之前，应对整个起吊过程进行正确的受力分析，确定合理的吊点位置，而且，要适当的放慢轨道板的起吊速度，防止轨道板受力开裂。
在CRTSⅡ型轨道板生产过程中，完全消除混凝土裂纹的产生是不可能的，对于那些具有微小裂纹不影响承载力以及使用性能轨道板，可以仍旧使用，但是要对裂纹进行适当的修补，防止其进一步开裂，影响结构的使用性和安全性。
4.1 裂纹修补材料的选取
混凝土结构修补复合材料中含有一定量的聚丙烯单丝纤维、它具有很好的握裹性，同水泥砂浆有更紧密的结合力，可以迅速而轻易地与混凝土材料结合，分布均匀，能在混凝土内部构成均匀的多向支撑体系，这种多向分布形式可以大大削弱混凝土塑性收缩和冻融时的应力，混凝土的收缩能量能被分散到具有高抗拉强度而弹性模量相对较低的纤维单丝上，从而极为有效的增强了修补处混凝土的韧性，抑制了细微裂纹的产生和发展。具体的材料包括以下几项：
修补粉料（立德粉）：专门用于混凝土的高分子材料，具有良好的粘结力和耐久性，并且固化后与混凝土颜色接近。
修补乳胶（ZV型混凝土修补胶）：一种专门用于修补混凝土结构的高分子材料，具有强大的粘结力、很好的耐久性和可操作性。可单独使用，可与粉料按比例配置后使用。
除此两种材料还有环氧树脂，白水泥，细沙等。
图2 轨道板混凝土裂纹修补材料
4.2修补预裂纹（裂纹）的工序
修补预裂纹、裂纹的工序如下：检查裂纹裂纹处理涂刷乳胶配制修补胶修补修补后处理。
4.3轨道板具体修补方法
针对CRTSⅡ型轨道板用到的方法有：如表面修补法、灌浆嵌缝封堵法、结构加固法等等，其中灌浆嵌缝封堵法又可分为压力注浆法、开槽填补法和涂膜封闭法三种。
压力注浆法适用于宽度为0.2～0.3mm的混凝土裂纹修补。修补工序如下：裂纹清理―粘贴注浆咀和封闭裂纹―试漏―配制注浆液―压力注浆―二次注浆―清理表面。
当裂纹数量较多时，先要在预计要贴的裂纹位置贴上医用白胶布，再用窄毛刷将封缝用浆沿裂纹来回涂刷。使裂纹封闭，大约10分钟后，揭去胶布条，露出小缝，粘贴注浆咀用键包严。固化后周边可能有裂口，必须反复用浆补上，以避免注浆时漏浆。注浆操作一般在粘咀的第二天进行，若气温高的话半天就可注浆。操作时先用补缝器吸取注浆液，插入注浆咀，用手推动补缝器活塞，使浆液通过注浆咀压入裂纹，当相邻的咀中流出浆液时，就可以拔出补缝器。一般由上往下注浆，水平缝一般从一端向另一端逐个注浆。为了保证浆液充满，在注浆后约半小时可以对每个注浆咀再次补浆。
涂膜封闭法适用于宽度小于0.2mm的微细裂纹的修补，也可用于混凝土外表面的装饰和防水处理，以及防止混凝土保护层的炭化和有害离子对混凝土的腐蚀。工序为：清扫―刮腻子―涂刷底层涂料―涂刷主层涂料―涂罩面层。
混凝土表面裂纹、气孔和缺陷先用腻子（混凝土修补胶：粉料=1：1.8～2.0）填充补平，待干后用砂布磨平，再进行底层涂刷（混凝土修补胶：粉料=1：0.7～0.8），涂料在使用前要通过铁窗纱过滤，除去杂质和团块。主层涂料要涂刷三遍，每遍涂刷都要等上遍涂料干后再涂，且两次涂刷方向最好是相互垂直。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纹。工序为：开槽―涂刷界面处理浆―压抹聚合物砂浆―养护。
在养护时不需要浇水，在湿空气中即可，养护期间不得淋雨、日晒或风吹，最好覆盖一层塑料薄膜。
5 小结
本文介绍了轨道板裂缝的类型及其成因，并提出了相应的预防措施，这些方法和措施在正式生产过程中都得到了广泛运用和改进，确保了轨道板质量。同时对于轨道板可修补轨道板裂缝，提出了具体的修补工艺。经过实践证明，这些措施可以有效地减少轨道板混凝土的开裂，修补技术也极大的降低了轨道板的生产成本，应用前景十分广阔。
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