鐵路混凝土裂縫成因分析、控制及治理

摘 要：混凝土裂縫的出現(xiàn)不僅會影響鐵路工程的結(jié)構(gòu)安全和使用壽命，而且可能引發(fā)安全隱患和維護(hù)成本的增加。在鐵路建設(shè)和運營中，施工裂縫的預(yù)防和控制對于保障鐵路工程的質(zhì)量、安全和持續(xù)運營具有重要意義。本文旨在系統(tǒng)闡述鐵路混凝土施工中裂縫控制的重要性和必要性，總結(jié)裂縫的類型及產(chǎn)生原因，并提出針對不同類型裂縫的有效控制對策。通過深入探討鐵路混凝土施工中裂縫控制的理論和實踐，為鐵路工程建設(shè)和維護(hù)提供可靠的技術(shù)支持和指導(dǎo)，從而確保鐵路工程的安全、可靠和持續(xù)運營。

關(guān)鍵詞：鐵路工程；混凝土施工；裂縫；控制文章編號：2095-4085（2024）03-0076-03

0 引言

鐵路混凝土結(jié)構(gòu)作為鐵路工程的重要組成部分，承擔(dān)著支撐列車、保障運輸安全的重要任務(wù)。然而，在施工過程中，混凝土裂縫的產(chǎn)生是一個常見且嚴(yán)重的問題，它可能源自多種因素，包括混凝土材料的質(zhì)量、施工工藝的規(guī)范性以及環(huán)境條件的影響等。這些裂縫不僅會降低鐵路結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性，還可能加速混凝土的老化和損壞，最終影響鐵路的運輸安全和使用壽命。為了有效控制鐵路混凝土施工中的裂縫，需要綜合考慮材料選擇、工藝操作、環(huán)境因素等多個方面的因素，并采取一系列科學(xué)有效的措施。這些措施不僅包括優(yōu)化混凝土配合比、合理控制施工溫度，還涉及到對施工工藝的嚴(yán)格管理和對原材料質(zhì)量的保障，以及對裂縫出現(xiàn)后的及時處理和修補等方面。

1 鐵路混凝土施工中的裂縫的概述及種類

混凝土裂縫是一種常見的問題，對工程安全和壽命有著重要的影響，因此被稱為混凝土的頑疾。硬化后的混凝土存在微小裂縫，這些裂縫的影響取決于整體荷載大小?；炷亮芽p可以分為施工中裂縫和使用中裂縫，而大部分裂縫都是在施工階段出現(xiàn)的?；炷亮芽p的產(chǎn)生和發(fā)展可以通過減少混凝土收縮和不均勻變形等原因來避免?；炷猎谟不^程中會發(fā)生收縮，這是由于水分蒸發(fā)和水泥水化熱反應(yīng)引起的［1］。如果混凝土收縮過大，就會產(chǎn)生裂縫。此外，混凝土在干燥和濕潤環(huán)境中會發(fā)生不均勻變形，也會導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。及時處理混凝土裂縫可以減少對鐵路工程安全和使用壽命的不良影響。裂縫的存在會導(dǎo)致水分滲入混凝土內(nèi)部，從而加速混凝土老化和損壞。而鐵路工程通常需要承受大量的荷載，如果混凝土裂縫存在，就會導(dǎo)致工程結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性下降，從而影響鐵路的安全和使用壽命。

1.1 收縮裂縫

收縮裂縫大多產(chǎn)生在混凝土的表層，具有不規(guī)則的形狀，其產(chǎn)生的具體原因是在混凝土逐漸硬化的過程中，水分慢慢流失和揮發(fā)導(dǎo)致混凝土的狀態(tài)發(fā)生變化，水泥當(dāng)中的可凝聚膠體率先凝結(jié)并收縮而出現(xiàn)變形，當(dāng)變形的外力小于混凝土內(nèi)部應(yīng)力的抗力時，混凝土?xí)a(chǎn)生干裂，最終在表面形成裂紋。

1.2 溫度裂縫

在水接觸水泥時，兩者發(fā)生反應(yīng)，散發(fā)出較大的熱能，會引起混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的溫度變化，而形成一定的應(yīng)力。當(dāng)這些高溫應(yīng)力大于混凝土本身的可抗應(yīng)力時，會在混凝土強度的臨界點形成溫度裂縫。溫度裂縫產(chǎn)生的規(guī)則是在夏季溫度較高時裂縫相對較寬，在冬季溫度較低時裂縫相對較窄，同時，混凝土經(jīng)過自然的收縮也會形成裂紋。其形成的原因是混凝土硬化過程中水分慢慢揮發(fā)，導(dǎo)致混凝土內(nèi)水分不足，其內(nèi)部水泥凝膠液面降低，使得混凝土出現(xiàn)了自干涸。這種自然的風(fēng)干效果也會導(dǎo)致混凝土本身濕度降低而形成裂縫。

1.3 荷載裂縫

產(chǎn)生荷載裂縫的主要因素有以下幾種：主要是施工人員在支模板時不夠?qū)Ｗⅲ瑢?dǎo)致模板不夠牢靠；或者是在混凝土還沒有完全定型時，就對混凝土實施了手動脫模，使其沒有達(dá)到規(guī)范要求；又或者是在實施脫模過程中施工人員沒有按規(guī)定操作，導(dǎo)致混凝土在脫模過程中遭受到了較大的外力，使得混凝土自身的形態(tài)產(chǎn)生改變。低齡期混凝土極易形成荷載裂縫，而這些裂縫又大多出現(xiàn)在隧道的襯砌上，對鐵路工程的質(zhì)量影響頗大。

1.4 堿骨料反應(yīng)裂縫

在鐵路混凝土施工中，堿骨料反應(yīng)性裂縫是一種常見的裂縫類型，由混凝土中的堿性成分與含有反應(yīng)性硅酸鹽的骨料在水的存在下發(fā)生反應(yīng)引起。這種反應(yīng)導(dǎo)致混凝土體積膨脹，產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力，最終形成裂縫。堿骨料反應(yīng)性裂縫的形成包括潛伏期、初期裂縫階段、加劇期和穩(wěn)定期。裂縫的形成會影響混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，可能增加維護(hù)和修復(fù)成本，并帶來安全隱患。

2 造成施工裂縫的原因

2.1 材料問題

在鐵路建設(shè)過程中，土建施工材料對于鐵路土建來說是非常重要的。如果混凝土的材料出現(xiàn)了質(zhì)量問題，那么必然會導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫的情況，如果鋼筋的含量和水泥的材料不過關(guān)，達(dá)不到施工的標(biāo)準(zhǔn)，則會造成混凝土裂縫，如果鋼筋的含量不能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，不能夠滿足實際的需要，會直接影響到混凝土的強度，在日后的使用過程中，會造成超載情況，進(jìn)而會引起一定的質(zhì)量問題，出現(xiàn)混凝土裂縫問題。

2.2 地質(zhì)問題

在鐵路土建工程中，因工程地質(zhì)條件的變化，造成了混凝土開裂。在鐵路土建工程中，由于基礎(chǔ)地質(zhì)條件的改變，會對其成型造成直接的影響，造成施工后的混凝土開裂。在地質(zhì)方面，主要有外部環(huán)境建設(shè)引起的基礎(chǔ)地質(zhì)變化和人為原因引起的基礎(chǔ)地質(zhì)變化［2］。由于工程地質(zhì)變化的影響較大，而且由于施工速度過快，會對基礎(chǔ)荷載的變化造成一定的影響，造成隧道土建混凝土的開裂。

2.3 技術(shù)問題

在鐵路的土建施工過程中，進(jìn)行混凝土澆筑時，如果施工的工藝與技術(shù)存在問題，會直接導(dǎo)致最終混凝土的質(zhì)量。在澆筑過程中，如果沒有進(jìn)行有效的保護(hù)，則會造成混凝土裂縫的出現(xiàn)，而在拆除模板的過程中，如果不能掌握時間，沒有科學(xué)的施工工藝，會導(dǎo)致混凝土的裂縫問題；在混凝土沒有凝固之前，就拆除模板，也會引起混凝土的表面失水問題；混凝土的表面的水分會過快的蒸發(fā)，而內(nèi)部的水分又不能夠很快流失，造成了這種差異，使得混凝土的表面拉力大于其極限值，最終引起混凝土裂縫情況的出現(xiàn)。

3 鐵路混凝土施工中裂縫處理途徑

3.1 針對收縮裂縫的對策

首先，應(yīng)優(yōu)化混凝土配合比。合理控制水灰比和添加外加劑可以改善混凝土的性能，減少收縮裂縫的發(fā)生。在施工操作方面，應(yīng)控制混凝土的澆筑溫度，并對其提供適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)。若能避免混凝土過早干燥，則能夠有效減少收縮裂縫的產(chǎn)生。還可以采用高性能材料，例如選擇高性能水泥和骨料、應(yīng)用膨脹劑和纖維增強劑都能提高混凝土的抗裂性能。在裂縫修補和處理方面，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行定期檢查和修補裂縫措施，而對于較大的裂縫，可以采用灌漿方法進(jìn)行修補則是有效的手段。

3.2 針對溫度裂縫的對策

針對溫度裂縫，可以采用適當(dāng)?shù)墓酀{處理方法。溫度裂縫是由于混凝土在溫度變化下產(chǎn)生的收縮和膨脹而引起的裂縫，此類裂縫會影響結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。灌漿方法需要經(jīng)過以下步驟：首先，應(yīng)選擇合適的灌漿材料。灌漿材料應(yīng)具有良好的流動性、粘結(jié)性和耐久性，如聚合物修補材料、環(huán)氧樹脂、水泥漿料等，并考慮混凝土的特性，如孔隙度、溫度變化范圍和裂縫的寬度等［3］。其次，在進(jìn)行灌漿之前，需要徹底清潔裂縫表面，去除雜物和松散的混凝土碎屑，并對較大或深度裂縫進(jìn)行預(yù)處理，增強灌漿的效果和穩(wěn)定性。在灌漿操作時，使用適當(dāng)?shù)墓酀{設(shè)備，如灌漿泵或灌漿槍，確保灌漿材料能夠充分填充裂縫并達(dá)到預(yù)期效果，適時停止灌漿以避免過度填充造成材料的浪費或者影響灌漿效果。灌漿完成后，需等待一定時間以確保材料充分固化，根據(jù)材料的說明進(jìn)行固化時間的控制，并對表面進(jìn)行修整和處理，以確?；炷两Y(jié)構(gòu)的美觀和穩(wěn)定性。最后，對已灌漿的裂縫進(jìn)行定期檢查，確保灌漿效果良好，如有需要及時進(jìn)行修補和加固，并采取適當(dāng)?shù)木S護(hù)措施，如防水涂層或者覆蓋保護(hù)層，以延長灌漿材料的使用壽命。

3.3 針對荷載裂縫的對策

在鐵路混凝土施工中，荷載裂縫的處理是確保結(jié)構(gòu)安全和穩(wěn)定性的關(guān)鍵。荷載裂縫通常由結(jié)構(gòu)受到荷載作用而引起，可能影響鐵路工程的承載能力和安全性。為應(yīng)對這一問題，采取以下結(jié)構(gòu)加固方法：首先，增大截面加固法是一種常見的加固方法。通過增加混凝土梁、墩等構(gòu)件的截面尺寸，可以提高結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性。其次，替代混凝土加固法也是常用的加固手段之一。采用預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)可以通過預(yù)應(yīng)力筋的施加減少混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形，對于特殊情況，可以考慮使用鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，如在橋梁和隧道等結(jié)構(gòu)中設(shè)置鋼梁或鋼板來增強混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性。粘鋼加固法亦是常用的結(jié)構(gòu)加固方法之一。通過在混凝土結(jié)構(gòu)表面涂覆粘鋼纖維材料或固定粘鋼板，其可以增加結(jié)構(gòu)的粘結(jié)強度和抗拉強度，提高其整體性能，減少荷載裂縫的擴展和發(fā)展。此外，還有其他加固方法可供選擇，如纏繞鋼絲加固法和擴大支護(hù)加固法等。

3.4 針對堿骨料反應(yīng)裂縫的對策

首先，應(yīng)重視建筑材料的合理配比，其可以通過選擇合適的水泥、骨料、摻合料和外加劑等原材料，以控制混凝土的堿性，降低骨料與水泥發(fā)生反應(yīng)的可能性。采用低堿度水泥和抑制堿活性的摻合料是有效的方式，可以降低混凝土中堿性物質(zhì)的含量，減少堿骨料反應(yīng)的風(fēng)險。其次，養(yǎng)護(hù)處理在混凝土澆筑后極為重要，特別是在初期養(yǎng)護(hù)階段，通過合適的濕養(yǎng)護(hù)和覆蓋保護(hù)，可以降低混凝土的溫度和濕度變化，有助于減緩堿骨料反應(yīng)的發(fā)展速度，從而減少裂縫的形成［4］。定期對已經(jīng)形成的裂縫進(jìn)行觀察和修復(fù)，采用適當(dāng)?shù)男迯?fù)材料填補裂縫，并加強裂縫處的處理，有助于防止裂縫進(jìn)一步擴展和加劇。而對于已經(jīng)存在的堿骨料反應(yīng)裂縫，可以采取以下措施進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理：首先需要徹底清理裂縫表面，去除雜物和松散的混凝土碎屑，以確保修復(fù)材料能夠牢固附著在裂縫表面上。其次應(yīng)根據(jù)裂縫的寬度和深度選擇合適的修復(fù)材料。常用的修復(fù)材料包括聚合物修補材料、環(huán)氧樹脂、水泥漿料等，這些修復(fù)材料應(yīng)具有良好的流動性、粘結(jié)性和耐久性。對于較大或深度的裂縫，可以采用灌漿方法進(jìn)行修補。在進(jìn)行灌漿之前，需要確保裂縫表面清潔，并對裂縫進(jìn)行預(yù)處理，增強灌漿的效果和穩(wěn)定性。在灌漿操作時，需使用適當(dāng)?shù)墓酀{設(shè)備，確保灌漿材料能夠充分填充裂縫，并達(dá)到預(yù)期的修復(fù)效果。灌漿完成后，需要等待一定時間以確保修復(fù)材料充分固化。

3.5 保障混凝土原材料質(zhì)量

施工單位在進(jìn)行施工前，應(yīng)仔細(xì)分析合同內(nèi)部的材料要求，并選擇適合的材料。施工單位應(yīng)制定嚴(yán)格的操作規(guī)范，并對施工人員進(jìn)行培訓(xùn)和指導(dǎo)，以確保他們熟悉和遵守規(guī)范，保證施工質(zhì)量的穩(wěn)定和可靠。施工過程中所使用的原材料是施工質(zhì)量的基礎(chǔ)，因此需要采取專業(yè)手段進(jìn)行保護(hù)，以確保施工過程中材料的質(zhì)量和完整性，從而提高施工的質(zhì)量和可持續(xù)性。

3.6 提高施工單位技術(shù)水平

首先，針對施工工藝，鐵路混凝土施工中可以采用先進(jìn)的施工工藝和技術(shù)。例如，通過引進(jìn)先進(jìn)的混凝土澆筑技術(shù)和設(shè)備，可以實現(xiàn)混凝土的均勻澆筑和充分振實，減少澆筑過程中的空隙和氣泡，降低裂縫的發(fā)生可能性。其次，應(yīng)注重對施工設(shè)備的選擇和使用。采用高效、精準(zhǔn)的施工設(shè)備可以提高施工效率，減少施工過程中的錯誤和失誤，從而降低裂縫產(chǎn)生的風(fēng)險［5］。例如，使用自動化混凝土攪拌機和澆筑設(shè)備可以確保混凝土的均勻性和穩(wěn)定性，減少混凝土表面的不均勻收縮而引發(fā)的裂縫。對施工人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)和技術(shù)指導(dǎo)也是提高技術(shù)水平的重要手段。鐵路混凝土施工中可以借助信息化技術(shù)和智能化設(shè)備來提高技術(shù)水平。例如，利用建筑信息模型（BIM）技術(shù)對施工過程進(jìn)行全面的仿真和優(yōu)化，可以提前發(fā)現(xiàn)潛在的施工風(fēng)險和問題，制定有效的預(yù)防措施，減少裂縫的產(chǎn)生。

4 結(jié)語

混凝土裂縫的存在直接影響鐵路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性，會導(dǎo)致鐵路加速老化和結(jié)構(gòu)損壞，進(jìn)而影響鐵路的安全性和使用壽命。裂縫的產(chǎn)生因素多樣，如收縮、溫度、荷載、堿骨料反應(yīng)等，需要針對性地采取控制措施。針對收縮裂縫，優(yōu)化混凝土配合比、控制施工溫度、采用高性能材料等是有效的對策。針對溫度裂縫，灌漿處理是常見方法，要選擇合適的材料并嚴(yán)格執(zhí)行施工流程。荷載裂縫需要加強結(jié)構(gòu)加固，通過增大截面、預(yù)應(yīng)力技術(shù)等方法提高承載能力。對于堿骨料反應(yīng)裂縫，重視建筑材料配比、養(yǎng)護(hù)處理、定期檢查和修復(fù)是必要步驟。綜上所述，鐵路混凝土施工中裂縫控制需要多方共同努力，加強技術(shù)研究和實踐探索，不斷提升施工質(zhì)量和管理水平，以確保鐵路工程的安全、可靠和可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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［2］王遠(yuǎn)英.鐵路工程施工中混凝土裂縫的成因與改進(jìn)意見［J］.民營科技，2015（5）：158.

［3］辛亮，段博峰.鐵路混凝土裂縫成因及對策探討［J］.廣東建材，2014，30（1）：33-35.

［4］李敏敏.鐵路混凝土橋梁裂縫分析及整治對策［J］.上海鐵道科技，2005（2）：34-36.

［5］林成勛.鐵路工程施工中混凝土裂縫的成因與防治［J］.農(nóng)家參謀，2019（8）：151.

作者簡介：朱茂全（1986—），男，遼寧營口人，本科，工程師，主要研究方向是鐵路工程和混凝土方向。