铁路混凝土裂缝成因分析、控制及治理

摘 要：混凝土裂缝的出现不仅会影响铁路工程的结构安全和使用寿命，而且可能引发安全隐患和维护成本的增加。在铁路建设和运营中，施工裂缝的预防和控制对于保障铁路工程的质量、安全和持续运营具有重要意义。本文旨在系统阐述铁路混凝土施工中裂缝控制的重要性和必要性，总结裂缝的类型及产生原因，并提出针对不同类型裂缝的有效控制对策。通过深入探讨铁路混凝土施工中裂缝控制的理论和实践，为铁路工程建设和维护提供可靠的技术支持和指导，从而确保铁路工程的安全、可靠和持续运营。

关键词：铁路工程；混凝土施工；裂缝；控制文章编号：2095-4085（2024）03-0076-03

0 引言

铁路混凝土结构作为铁路工程的重要组成部分，承担着支撑列车、保障运输安全的重要任务。然而，在施工过程中，混凝土裂缝的产生是一个常见且严重的问题，它可能源自多种因素，包括混凝土材料的质量、施工工艺的规范性以及环境条件的影响等。这些裂缝不仅会降低铁路结构的强度和稳定性，还可能加速混凝土的老化和损坏，最终影响铁路的运输安全和使用寿命。为了有效控制铁路混凝土施工中的裂缝，需要综合考虑材料选择、工艺操作、环境因素等多个方面的因素，并采取一系列科学有效的措施。这些措施不仅包括优化混凝土配合比、合理控制施工温度，还涉及到对施工工艺的严格管理和对原材料质量的保障，以及对裂缝出现后的及时处理和修补等方面。

1 铁路混凝土施工中的裂缝的概述及种类

混凝土裂缝是一种常见的问题，对工程安全和寿命有着重要的影响，因此被称为混凝土的顽疾。硬化后的混凝土存在微小裂缝，这些裂缝的影响取决于整体荷载大小。混凝土裂缝可以分为施工中裂缝和使用中裂缝，而大部分裂缝都是在施工阶段出现的。混凝土裂缝的产生和发展可以通过减少混凝土收缩和不均匀变形等原因来避免。混凝土在硬化过程中会发生收缩，这是由于水分蒸发和水泥水化热反应引起的［1］。如果混凝土收缩过大，就会产生裂缝。此外，混凝土在干燥和湿润环境中会发生不均匀变形，也会导致裂缝的产生和发展。及时处理混凝土裂缝可以减少对铁路工程安全和使用寿命的不良影响。裂缝的存在会导致水分渗入混凝土内部，从而加速混凝土老化和损坏。而铁路工程通常需要承受大量的荷载，如果混凝土裂缝存在，就会导致工程结构的强度和稳定性下降，从而影响铁路的安全和使用寿命。

1.1 收缩裂缝

收缩裂缝大多产生在混凝土的表层，具有不规则的形状，其产生的具体原因是在混凝土逐渐硬化的过程中，水分慢慢流失和挥发导致混凝土的状态发生变化，水泥当中的可凝聚胶体率先凝结并收缩而出现变形，当变形的外力小于混凝土内部应力的抗力时，混凝土会产生干裂，最终在表面形成裂纹。

1.2 温度裂缝

在水接触水泥时，两者发生反应，散发出较大的热能，会引起混凝土内部结构的温度变化，而形成一定的应力。当这些高温应力大于混凝土本身的可抗应力时，会在混凝土强度的临界点形成温度裂缝。温度裂缝产生的规则是在夏季温度较高时裂缝相对较宽，在冬季温度较低时裂缝相对较窄，同时，混凝土经过自然的收缩也会形成裂纹。其形成的原因是混凝土硬化过程中水分慢慢挥发，导致混凝土内水分不足，其内部水泥凝胶液面降低，使得混凝土出现了自干涸。这种自然的风干效果也会导致混凝土本身湿度降低而形成裂缝。

1.3 荷载裂缝

产生荷载裂缝的主要因素有以下几种：主要是施工人员在支模板时不够专注，导致模板不够牢靠；或者是在混凝土还没有完全定型时，就对混凝土实施了手动脱模，使其没有达到规范要求；又或者是在实施脱模过程中施工人员没有按规定操作，导致混凝土在脱模过程中遭受到了较大的外力，使得混凝土自身的形态产生改变。低龄期混凝土极易形成荷载裂缝，而这些裂缝又大多出现在隧道的衬砌上，对铁路工程的质量影响颇大。

1.4 碱骨料反应裂缝

在铁路混凝土施工中，碱骨料反应性裂缝是一种常见的裂缝类型，由混凝土中的碱性成分与含有反应性硅酸盐的骨料在水的存在下发生反应引起。这种反应导致混凝土体积膨胀，产生内部应力，最终形成裂缝。碱骨料反应性裂缝的形成包括潜伏期、初期裂缝阶段、加剧期和稳定期。裂缝的形成会影响混凝土结构的安全性和耐久性，可能增加维护和修复成本，并带来安全隐患。

2 造成施工裂缝的原因

2.1 材料问题

在铁路建设过程中，土建施工材料对于铁路土建来说是非常重要的。如果混凝土的材料出现了质量问题，那么必然会导致混凝土出现裂缝的情况，如果钢筋的含量和水泥的材料不过关，达不到施工的标准，则会造成混凝土裂缝，如果钢筋的含量不能够达到标准，不能够满足实际的需要，会直接影响到混凝土的强度，在日后的使用过程中，会造成超载情况，进而会引起一定的质量问题，出现混凝土裂缝问题。

2.2 地质问题

在铁路土建工程中，因工程地质条件的变化，造成了混凝土开裂。在铁路土建工程中，由于基础地质条件的改变，会对其成型造成直接的影响，造成施工后的混凝土开裂。在地质方面，主要有外部环境建设引起的基础地质变化和人为原因引起的基础地质变化［2］。由于工程地质变化的影响较大，而且由于施工速度过快，会对基础荷载的变化造成一定的影响，造成隧道土建混凝土的开裂。

2.3 技术问题

在铁路的土建施工过程中，进行混凝土浇筑时，如果施工的工艺与技术存在问题，会直接导致最终混凝土的质量。在浇筑过程中，如果没有进行有效的保护，则会造成混凝土裂缝的出现，而在拆除模板的过程中，如果不能掌握时间，没有科学的施工工艺，会导致混凝土的裂缝问题；在混凝土没有凝固之前，就拆除模板，也会引起混凝土的表面失水问题；混凝土的表面的水分会过快的蒸发，而内部的水分又不能够很快流失，造成了这种差异，使得混凝土的表面拉力大于其极限值，最终引起混凝土裂缝情况的出现。

3 铁路混凝土施工中裂缝处理途径

3.1 针对收缩裂缝的对策

首先，应优化混凝土配合比。合理控制水灰比和添加外加剂可以改善混凝土的性能，减少收缩裂缝的发生。在施工操作方面，应控制混凝土的浇筑温度，并对其提供适当的养护。若能避免混凝土过早干燥，则能够有效减少收缩裂缝的产生。还可以采用高性能材料，例如选择高性能水泥和骨料、应用膨胀剂和纤维增强剂都能提高混凝土的抗裂性能。在裂缝修补和处理方面，应当进行定期检查和修补裂缝措施，而对于较大的裂缝，可以采用灌浆方法进行修补则是有效的手段。

3.2 针对温度裂缝的对策

针对温度裂缝，可以采用适当的灌浆处理方法。温度裂缝是由于混凝土在温度变化下产生的收缩和膨胀而引起的裂缝，此类裂缝会影响结构的耐久性和安全性。灌浆方法需要经过以下步骤：首先，应选择合适的灌浆材料。灌浆材料应具有良好的流动性、粘结性和耐久性，如聚合物修补材料、环氧树脂、水泥浆料等，并考虑混凝土的特性，如孔隙度、温度变化范围和裂缝的宽度等［3］。其次，在进行灌浆之前，需要彻底清洁裂缝表面，去除杂物和松散的混凝土碎屑，并对较大或深度裂缝进行预处理，增强灌浆的效果和稳定性。在灌浆操作时，使用适当的灌浆设备，如灌浆泵或灌浆枪，确保灌浆材料能够充分填充裂缝并达到预期效果，适时停止灌浆以避免过度填充造成材料的浪费或者影响灌浆效果。灌浆完成后，需等待一定时间以确保材料充分固化，根据材料的说明进行固化时间的控制，并对表面进行修整和处理，以确保混凝土结构的美观和稳定性。最后，对已灌浆的裂缝进行定期检查，确保灌浆效果良好，如有需要及时进行修补和加固，并采取适当的维护措施，如防水涂层或者覆盖保护层，以延长灌浆材料的使用寿命。

3.3 针对荷载裂缝的对策

在铁路混凝土施工中，荷载裂缝的处理是确保结构安全和稳定性的关键。荷载裂缝通常由结构受到荷载作用而引起，可能影响铁路工程的承载能力和安全性。为应对这一问题，采取以下结构加固方法：首先，增大截面加固法是一种常见的加固方法。通过增加混凝土梁、墩等构件的截面尺寸，可以提高结构的承载能力和稳定性。其次，替代混凝土加固法也是常用的加固手段之一。采用预应力混凝土技术可以通过预应力筋的施加减少混凝土结构的应力和变形，对于特殊情况，可以考虑使用钢结构进行加固，如在桥梁和隧道等结构中设置钢梁或钢板来增强混凝土结构的承载能力和稳定性。粘钢加固法亦是常用的结构加固方法之一。通过在混凝土结构表面涂覆粘钢纤维材料或固定粘钢板，其可以增加结构的粘结强度和抗拉强度，提高其整体性能，减少荷载裂缝的扩展和发展。此外，还有其他加固方法可供选择，如缠绕钢丝加固法和扩大支护加固法等。

3.4 针对碱骨料反应裂缝的对策

首先，应重视建筑材料的合理配比，其可以通过选择合适的水泥、骨料、掺合料和外加剂等原材料，以控制混凝土的碱性，降低骨料与水泥发生反应的可能性。采用低碱度水泥和抑制碱活性的掺合料是有效的方式，可以降低混凝土中碱性物质的含量，减少碱骨料反应的风险。其次，养护处理在混凝土浇筑后极为重要，特别是在初期养护阶段，通过合适的湿养护和覆盖保护，可以降低混凝土的温度和湿度变化，有助于减缓碱骨料反应的发展速度，从而减少裂缝的形成［4］。定期对已经形成的裂缝进行观察和修复，采用适当的修复材料填补裂缝，并加强裂缝处的处理，有助于防止裂缝进一步扩展和加剧。而对于已经存在的碱骨料反应裂缝，可以采取以下措施进行养护处理：首先需要彻底清理裂缝表面，去除杂物和松散的混凝土碎屑，以确保修复材料能够牢固附着在裂缝表面上。其次应根据裂缝的宽度和深度选择合适的修复材料。常用的修复材料包括聚合物修补材料、环氧树脂、水泥浆料等，这些修复材料应具有良好的流动性、粘结性和耐久性。对于较大或深度的裂缝，可以采用灌浆方法进行修补。在进行灌浆之前，需要确保裂缝表面清洁，并对裂缝进行预处理，增强灌浆的效果和稳定性。在灌浆操作时，需使用适当的灌浆设备，确保灌浆材料能够充分填充裂缝，并达到预期的修复效果。灌浆完成后，需要等待一定时间以确保修复材料充分固化。

3.5 保障混凝土原材料质量

施工单位在进行施工前，应仔细分析合同内部的材料要求，并选择适合的材料。施工单位应制定严格的操作规范，并对施工人员进行培训和指导，以确保他们熟悉和遵守规范，保证施工质量的稳定和可靠。施工过程中所使用的原材料是施工质量的基础，因此需要采取专业手段进行保护，以确保施工过程中材料的质量和完整性，从而提高施工的质量和可持续性。

3.6 提高施工单位技术水平

首先，针对施工工艺，铁路混凝土施工中可以采用先进的施工工艺和技术。例如，通过引进先进的混凝土浇筑技术和设备，可以实现混凝土的均匀浇筑和充分振实，减少浇筑过程中的空隙和气泡，降低裂缝的发生可能性。其次，应注重对施工设备的选择和使用。采用高效、精准的施工设备可以提高施工效率，减少施工过程中的错误和失误，从而降低裂缝产生的风险［5］。例如，使用自动化混凝土搅拌机和浇筑设备可以确保混凝土的均匀性和稳定性，减少混凝土表面的不均匀收缩而引发的裂缝。对施工人员进行专业培训和技术指导也是提高技术水平的重要手段。铁路混凝土施工中可以借助信息化技术和智能化设备来提高技术水平。例如，利用建筑信息模型（BIM）技术对施工过程进行全面的仿真和优化，可以提前发现潜在的施工风险和问题，制定有效的预防措施，减少裂缝的产生。

4 结语

混凝土裂缝的存在直接影响铁路结构的稳定性和耐久性，会导致铁路加速老化和结构损坏，进而影响铁路的安全性和使用寿命。裂缝的产生因素多样，如收缩、温度、荷载、碱骨料反应等，需要针对性地采取控制措施。针对收缩裂缝，优化混凝土配合比、控制施工温度、采用高性能材料等是有效的对策。针对温度裂缝，灌浆处理是常见方法，要选择合适的材料并严格执行施工流程。荷载裂缝需要加强结构加固，通过增大截面、预应力技术等方法提高承载能力。对于碱骨料反应裂缝，重视建筑材料配比、养护处理、定期检查和修复是必要步骤。综上所述，铁路混凝土施工中裂缝控制需要多方共同努力，加强技术研究和实践探索，不断提升施工质量和管理水平，以确保铁路工程的安全、可靠和可持续发展。

参考文献：

［1］张建国.铁路工程施工中混凝土裂缝及其应对措施分析［J］.砖瓦，2020（11）：164-165.

［2］王远英.铁路工程施工中混凝土裂缝的成因与改进意见［J］.民营科技，2015（5）：158.

［3］辛亮，段博峰.铁路混凝土裂缝成因及对策探讨［J］.广东建材，2014，30（1）：33-35.

［4］李敏敏.铁路混凝土桥梁裂缝分析及整治对策［J］.上海铁道科技，2005（2）：34-36.

［5］林成勋.铁路工程施工中混凝土裂缝的成因与防治［J］.农家参谋，2019（8）：151.

作者简介：朱茂全（1986—），男，辽宁营口人，本科，工程师，主要研究方向是铁路工程和混凝土方向。