石家庄铁道大学毕业论文
件截面的受力状态有关，即当截面上的主拉应力达到混凝土的抗拉强度时，出现与主拉应力方向垂直的裂缝。
图3-2 轨道板荷载裂缝
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、施工阶段不按图纸施工等均有可能产生荷载裂缝，轨道结构受外载作用时，当荷载应力大于轨道结构混凝土的抗拉强度,施工阶段不按图纸施工等时，就会引起混凝土的开裂。由于轨道板有“起吊”这一工序，如果吊点位置设计不合理，在起吊过程中很可能产生较大的弯矩，使得轨道板开裂。
荷载裂缝一般与受力钢筋呈正交或斜交状态。若裂缝是由于钢筋与混凝土黏结应荷载作用引起的混凝土结构的裂缝固然重要，但在实际工程中只占很小的比例。绝大多数的可见裂缝都是由非荷载性质的间接作用引起的，以下将一一列出：
力过大造成的，则该裂缝方向与钢筋长度方向一致，且呈针状或劈裂状。
3.6.2 温度裂缝
温度裂缝主要是由温差造成的，混凝土是体积敏感性材料，同时也是热传导性能差的材料，由于道床板受温度的升降变化作用，使得道床板发生翘曲或上拱而产生裂纹。即由于混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。温度裂缝区别其他裂缝最主要特征是随温度变化而变化。温差可分为以下三种: 水化热引起的混凝土内外温差、结构整体的温度升降差、结构从上表面至下表面的温度梯度。
⑴水化热引起的混凝土内外温差。混凝土浇筑初期，水泥在水化过程中要产生大量的热量，并且其大部分热量是在3d以内放出。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，其内部的温度大多在浇筑后的3d～5d达到最高值。而混凝土表面温度为室外环境温度, 这就形成了内外温差，就会产生温度应力和温度变形，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。温度应力与温差成正比，温差越
21
石家庄铁道大学毕业论文
大，温度应力也越大，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便开始产生温度裂缝。这种温度差可达15℃以上，德国雷达轨道在设计时取用了25℃的温度差。初期混凝土内外应变差可达0.25‰，在长期的使用过程中考虑到混凝土徐变的影响，这种应变仍约为初始应变的1∕2。。浇筑初期混凝土强度很低，对水化热急剧温升引起的变形约束不大，温度应力也较小。随着混凝土龄期的增长，其强度相应提高，对混凝土内部降温收缩变形的约束越来越强，以致产生很大的温度应力，当混凝土的抗拉强度不抵温度应力时，即产生温度裂缝。
⑵结构整体的温度升降差。混凝土结构在季节性变化和日照的循环变化下，结构整体发生均匀的温度升降变化，从而使混凝土结构发生伸缩。这种伸缩在没有纵向约束或约束很小时，产生的温度力可以不予考虑，但由于无砟轨道混凝土结构纵向受到很多的约束，使得混凝土结构越长则引起的温度应力就越大，从而导致混凝土出现贯通裂缝。无砟轨道混凝土结构在一个日照的循环下，结构的整体温差在炎热的夏季可以达到25℃～30℃。在随季节性变化的年温度周期性变化中，混凝土温度最高与最低时的温度差可达50℃～70℃ 。
⑶结构从上表面至下表面的温度梯度。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，轨道板在沿高度方向上存在温度梯度。温度梯度会导致轨道结构发生翘曲和轨道板表面出现横向裂缝。在重庆北碚的一次测量中，19 cm厚的轨道板在当地最高气温为38℃时，上下表面的温差达到了15℃，变化规律近似为指数函数曲线变化。
3.6.3 混凝土收缩引起裂缝
混凝土是由气、液、固三相组成的假固体(指浇筑过程到养护)，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，体积会缩小，引起收缩裂缝。混凝土的收缩类型有很多种，其中引起混凝土开裂的主要有干燥收缩、自生收缩、碳化收缩和塑性收缩。在混凝土硬化之前，处于塑性状态，硬化初期主要是水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化，其水平方向的减缩比垂直方向更难时，就容易形成一些不规律的塑性收缩裂缝。掺入混凝土中的拌合水，约有20％的水分是水泥水化反应所必需的，硬化后期混凝土内自由水分蒸发，吸附水的逸出就会引起混凝土的干燥收缩，还会产生碳化收缩。
22
石家庄铁道大学毕业论文
图3-3 轨道板收缩裂缝
干燥收缩是指混凝土硬化后，在干燥或外界温度很高的环境下，混凝土内部的水分不断向外散失，引起混凝土由内向外的干缩变形裂纹。
自生收缩是指在水泥水化的过程中，水泥与水发生水化反应，水化后体积会收缩，这种收缩与外界湿度无关，且可以是正的(即收缩，如普通硅酸盐水泥混凝土)，也可以是负的(即膨胀，如矿渣水泥混凝土与粉煤灰水泥混凝土)。
碳化收缩是因受空气中CO2，的作用而导致水泥砂浆体积缩小现象。影响混凝土碳化收缩的两个最基本因素是CO2 的浓度和湿度。CO2：作为一个反应物，当然浓度越高，碳化反应越迅速，因而碳化收缩也越大。但湿度却不然，当相对湿度为55％ 时，碳化收缩达最大值。当相对湿度>55％ 时，碳化收缩随相对湿度的增加而减小；当相对湿度<55％ 时，碳化收缩则随相对湿度的减小而减小；当相对湿度<25％ 时，碳化收缩几乎停止。
塑性收缩是指混凝土浇筑后仍处于塑性状态，由于表面水分蒸发过快而产生的裂纹，这类裂纹多出现在表面，形状不规则、长短宽窄不一、呈龟裂状，深度一般不超过50㎜。塑性收缩一般发生在混凝土浇筑后的10 ～ 12 h，暴露在不饱和空气环境下( 相对湿度小于95% )、风速较大、气温较高时容易发生。对于低水胶比的高强混凝土，其收缩大部分发生在早期，如果养护不当，使混凝土在一开始便出现大量微裂纹。但当轨道板是高度很小的薄板结构时，如果混凝土中掺有含泥量大的粉砂则可能被穿透。产生的主要原因是混凝土表面水分蒸发过快，或者是过快地被基础和模板吸水，以及混凝土本身的水化热高等原因造成混凝土产生急剧收缩，此时混凝土强度趋近于零，不能抵抗这种变形应力而导致开裂。
3.6.4 钢轨的伸长引起裂缝
无砟轨道施工若不能及时松开扣件，钢轨的伸缩将带动轨枕在新浇混凝土中移动从而产生裂缝。双块式和长枕埋入式无砟轨道施工时一般是先将钢轨、双块式轨枕或长轨枕精确定位和扣件拧紧，然后再浇筑混凝土。当白天太阳直射，外界温度比较高
23
石家庄铁道大学毕业论文
时，钢轨的温度发生急剧升高，从而导致钢轨伸长。这时由于混凝土正处于初凝状态强度趋近于零，不能抵抗这种变形应力而导致开裂。
3.6.5 混凝土骨料塑性沉落引起裂缝
混凝土在浇筑时，在振动棒和重力的作用下，骨料下沉、水泥浆上升，这种沉落直到混凝土硬化时方才停止。当这种塑性沉落受到模板、钢筋及预埋件的抑制( 或者模板沉陷、移动) 时，将会出现沿钢筋走向的裂缝。这种裂缝大多出现在混凝土浇筑后0.5 h～3.0 h 之间，此时混凝土尚处在塑性状态。这种裂缝大多出现在混凝土浇注后半小时至3小时之间，混凝土尚处在塑性状态，混凝土表面消失水光时立即产生，沿着梁及板上面钢筋的走向出现，主要是混凝土塌落度大、沉陷过高所致。
3.6.6 新旧混凝土粘结不良引起裂缝
无砟轨道CRTSII型轨道，由于轨枕是预先制作的，所以若不采用其它措施很容易出现新旧混凝土粘结不良引起的裂缝。同时，运营后随着列车通过次数的增加，裂缝还将进一步扩大。
3.6.7 钢筋锈蚀裂缝
轨道板混凝土保护层受空气中的二氧化碳侵蚀碳化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低；或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，两者均可引起钢筋表面氧化膜被破坏，从而使钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水发生锈蚀反应。钢筋锈蚀物中氢氧化铁的体积比原来增长约2～4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝，即锈蚀裂缝。
3.6.8 碱骨料反应裂缝
碱骨料反应(简称ASR) 是指水泥中的碱性物质与骨料中的活性二氧化硅发生化学反应，引起混凝土内部自膨胀应力而开裂的现象。碱骨料反应因时间较为缓慢，不易在短时间内被发现，给混凝土工程带来的危害是相当严重的。
发生碱骨料反应需要具有三个条件: 首先是混凝土的原材料水泥、混合材、外加剂和水中含碱量高；第二是骨料中有相当数量的活性成分；第三是潮湿环境，有充分的水分或湿空气供应。
3.6.9 施工工艺不当造成的裂缝
24
石家庄铁道大学毕业论文
混凝土施工过程中未严格按照工艺要求进行质量控制，则有可能产生施工裂缝，主要原因有:
⑴ 拌制混凝土时不按配合比计量，任意加水，致使浇筑质量不均匀、收缩不一致产生裂缝；
⑵ 轨道板模型下五个支腿的位置不合适需要调整或混凝土从搅拌到浇筑的时间过长，致使大量网状不规则的裂缝产生；
⑶ 轨道板脱模油使用不当造成脱模阻力不均衡，脱模前没有吹气松动轨道板或吹气孔堵塞，脱模时混凝土强度值不够高，需要延长养护时间，或其它由于未按照规范要求养护造成轨道板表面混凝土开裂；
⑷ 轨道板脱模前真空吊具的五个伸出腿不同步，造成预裂缝处产生裂纹，吊装起板过程中吊具的吊点设计不合理或没有做到轻吊轻放也可能导致成品板开裂。
3.6.10 冻胀裂缝
混凝土，在大气气温低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积膨胀9%，因而混凝土产生膨胀应力；同时混凝土凝胶孔中的过冷水在微观结构中迁移和重分布引起渗透压，使混凝土中膨胀力加大，混凝土强度降低，并导致裂缝出现。冬季施工时，外部环境气温一般为-10℃ ～0℃ ，厂房内温度一般为1℃ ～15℃ ，厂房内外温差>15℃ 以上，无法满足轨道板出厂温差<15 ℃的要求，若因车间内没有采取防冻措施，使混凝土受冻而产生裂缝，即称为冻胀裂缝。
3.6.11 其他因素引起的裂缝
此外，结构基础不均匀沉陷、冻胀以及预应力施工不当等均会引起无砟轨道轨道板产生裂缝。无砟轨道轨道板裂缝种类多种多样，其产生的原因也错综复杂，各种因素相互影响。
由上述结构裂缝分析中看出，轨道板结构中出现裂缝是经常发生的，出现裂缝的类型很多，产生的原因也是多种多样的。因此,对投入使用建筑物的鉴定时，必须分析裂缝形成的原因，测量裂缝的大小，简述裂缝的形态变化发展或稳定与否,据此来分析判断对结构的影响程度。在判断的基础上根据裂缝出现部位和重要性、裂缝的大小及危害程度，采取不同的补强措施，以确保结构的安全使用。
25