摘要：混凝土外观裂纹作为无砟轨道的质量通病之一，表现方式及形成机理不尽相同，随着环境温度变化及动荷载作用而发展变化，特别是温度、雨雪等不可避免环境交替作用加剧裂纹发展变化、出现冻融灾害，对铁路行车运营造成影响。混凝土裂纹主要形成于施工养护阶段，养护及时、水分充足环境对混凝土裂纹控制及强度至关重要。兰新二线多处于严寒、温差大、风沙大、日照强、干旱缺水等恶劣自然气候条件下。是在极端条件多场耦合作用下进行无砟轨道施工，水资源匮乏，施工养护需从根本上解决。
关键词：风沙；极干旱戈壁荒漠环境；CRTSⅠ型双块式无砟轨道；混凝土；高性能；耐久性；养护
兰新铁路第二双线工程是西北地区第一条高速铁路，全线跨越甘肃省、青海省、新疆维吾尔自治区三省区，沿线气候有较大差异。从气温特点而言，全线极端最低气温-21.7～- -41.5℃，均处于严寒地区。就自然气象而言，日照强烈、昼夜温差大，最大年气温差乌鲁木齐地区高达72.1℃，轨温差达102℃。就环境特点而言，张掖至乌鲁木齐段途经安西风区、烟墩风区、百里风区、三十里风区及达坂城风区等五大风区，风区总长度约580公里，常年风沙较大。就降雨量而言，常年干旱少雨，年平均降水量52.2mm，年平均蒸发量2567.3mm。年降雨量远小于蒸发量，干旱缺水，施工环境恶劣。
为研究、解决特殊气候环境下无砟轨道裂纹控制及混凝土施工质量问题，根据铁路总公司工管中心要求，甘青公司于2011年组织分别在甘青段、新疆段进行了无砟轨道线外试验，设计及相关单位等分别就各区域特殊性对无砟轨道结构形式等做出了相应优化、调整。无砟轨道混凝土施工质量及养护方式确定须进一步研究，为前线无砟轨道提供依据、保障。LXS-16标从施工养护对混凝土裂纹的影响出发，研究极端环境条件下对高性能、耐久性混凝土行之有效、经济合理的养护措施。
1 施工养护对混凝施工质量的意义及作用
养护作为无砟轨道混凝土施工中最后一道工序、确保高性能混凝土耐久性的重要实现过程，养护方式选定及过程控制尤为关键，直接关系到混凝土施工完成其强度增长及裂纹控制情况。混凝土养护原则为充分保持其自身水分，减小水分散失，处于水分充足、均衡的环境条件下。特别是西北地区大风、极度干旱少雨的环境条件，养护时间越早，养护有效性越强，养护效果越好，养护应在内部结构中的水挥发之前，从保持混凝土表面水分开始，当混凝土表面从全湿到半湿转化时进一步进行养护。
表1 兰新二线自然气候条件
2 养护措施选择
无砟轨道作为西北地区的首次尝试，全线自然环境恶劣，无相关经验、依据可循，无砟轨道混凝土质量直接决定无砟轨道成败。LXS-16标作为全线铺轨及联调联试起点，无砟轨道施工直接制约着后续工作进展。为给无砟轨道上道施工提供理论基础与实践经验，外观裂纹必须得到有效根治。LXS-16标从配合比选定、施工工艺及过程控制多角度统筹分析、全盘考虑，于2012年4月至6月间率先进行无砟轨道线外试验段施工。本文从混凝土养护角度出发，通过多种养护方式综合分析、比较，寻求解决大温差、极度干旱缺水、大风沙等严酷自然环境条件下无砟轨道混凝土裂纹控制及行之有效的施工养护措施。通过新型养护样式与传统养护方式比对，说明其切实有效性及经济合理性。
2.1 各种养护方式机理
2.1.1覆盖滴灌方案
覆盖滴灌养护是传统的覆盖洒水保湿养护的改进，该地区气候干燥少雨，水资源匮乏，蒸发量远远大于降雨量，连续大量洒水成本高，资源投入量大，供水难度大，故在结构物表面覆盖“两布一膜”，暨养护布+养护膜，用由储水容器与输水管线组成的特制滴灌装置均速滴水，使得底层养护布一直处于湿润状态，顶层养护膜主要功能是密封作用，防止底层养护布水分蒸发过快。
2.1.2节水养护膜方案
节水养护膜是以新型可控分子材料为核心，以塑料薄膜为载体，粘附可吸收自身重量200倍的水分的高分子材料。该材料吸水膨胀，摊铺后使膜内高分子吸水材料充分吸水后变成透明的晶状体，厚度可达5mm-10mm，把液体水变成固态水，然后通过毛细管作用，源源不断的向养护面渗透，同时又不段吸收养护体在混凝土水化热过程中的蒸发水，因此在一个养护期内养护膜能保证养护体表面保持湿润，相对湿度≥90%，通过温湿度仪检测养护情况，便于及时补水。
2.1.2养护剂方案
养护剂养护又称喷膜养护，是在混凝土初凝后在结构构件表面喷涂或刷涂养护剂，在混凝土表面上结成一层塑料薄膜，使混凝土表面与空气隔绝，阻止内部水分蒸发，平衡混凝土内部水分，促进其同步凝固收缩，弱化结构内部应力差，起到保水养护作用。
2.2养护剂施工方法及注意事项
2.2.1养护剂质量要求
养护剂使用前要充分拌匀，如有杂质、结块，应过2200孔/cm2筛。使用时应经常摇动容器罐，确保无沉淀，使用时不得加水稀释。其性能指标应符合相关要求。
表6 养护剂的性能
2.2.2初期养护
混凝土浇筑完成收面过程及混凝土初凝前，无法进行养护液涂刷，若混凝土长期暴露于外界环境下，表面将迅速失水，内外水分失衡，凝固收缩不同步，内部出现拉应力，特别是轨枕角应力集中，容易出现早起裂纹，采取适当挡风措施，兰新二线采用特制作业棚，收面时在作业棚内进行，挡风保水。
2.2.3养护液喷涂方法及时间控制
养护剂喷涂包括道床板面及侧面两部分，对于道床板面部分，在道床混凝土浇筑后，以不见明水，用手指轻按无指印、不粘手时进行养护剂喷涂。检查钢轨底、轨枕边、轨枕角收缩裂纹，并及时处理，裂纹处理时不得洒水，处理好后及时涂好养护剂。养护剂喷涂采用单喷头喷雾器，喷头距离混凝土面30cm，喷涂一个来回，确保喷涂厚度均匀。通过表3得出轨枕角八字裂纹是道床外观缺陷的主要部分，经分析，该地区大风天气频繁，混凝土表面水分散失严重，表层混凝土提前凝固收缩，轨枕角应力集中、收缩方向存在多向性，加剧裂纹发展，表现为八字裂纹，方向为与轨枕呈45°角，故对于轨枕周围属于新旧混凝土接合面及应力集中位置，须适量增加养护剂喷涂量，确保养护剂结膜效果。对于道床侧面，通过2个月后对道床进一步观察，道床边缘存在“7”字裂纹，分析原因，除了道床混凝土干缩外，主要原因为侧面养护剂喷涂厚度不够，或喷涂不及时，养护剂未起到充分、及时保水作用，造成道床内水分散失严重，加剧裂纹发展，故养护剂刷涂应与模板拆除连续进行，杜绝拆模完成混凝土长时间暴露水分损失过快造成道床混凝土开裂。
太阳直射时，养护剂快速结膜时，在轨枕角位置自身开裂道床混凝土水分散失出现八字裂纹，须延缓养护剂结膜时间，喷涂好养护剂后立即用覆盖，覆盖土工布注意用砂带压实。
2.2.2 后期养护
养护膜形成后，应加强保护，防止硬物在表面拖拉碰撞损坏影响保水效果。混凝土为达到要求75%强度前，不得在其上行驶小型车辆或临时堆放材料。养护剂在未形成封闭薄膜前，如遇雨，混凝土表面会出现麻点，待雨停后，需从新喷洒；施工过程中如工程拆除等，发现已喷涂薄膜损坏，应及时补喷养护剂。
3 综合指标分析比较
3.1 28天强度对比
表2 28d强度对比表（泵送）
3.2裂纹情况对比
表3 裂纹观测情况对比表（泵送、非泵送多种配合比）
3.3成本分析
表4 养护方式成本分析对比表
3.4养护措施操作性对比
表5 养护措施操作对比表
4 结论
1）通过强度对比，采取几种养护方式后混凝土强度均能满足设计40MPa要求，在养护过程中，覆盖滴灌养护对水需求量大，不允许间断，须连续供应。节水养护膜受天气影响大，节水养护膜抗大风沙天气破坏能力较差。养护剂对光线敏感，结膜后适当覆盖防止养护膜损坏外无需其他辅助措施。同时裂纹数量较少少，通过细化工序及严格过程控制可以得到根本消除；2）从成本分析看，养护剂养护成本相对较低，操作方便，节工省时，工序简洁，养护效果更容易保证；3）与以往养护方式不同，研究单一环境作用下的混凝土养护控制措施，养护剂养护克服了复杂环境条件下混凝土施工养护难题，使无砟轨道在西北地区的实践成为可能，可更好的带动西北地区社会、经济发展；4）养护剂结膜后对光线敏感，养护前7天覆盖不到位时仍会不同程度出现裂纹，要继续及时覆盖，须对成分组成进一步研究，解决其对光线的敏感性。
参考文献：
[1] 中铁一局集团有限公司.铁建设[2010]241号《高速铁路轨道工程施工技术指南》.[S].北京：中国铁道出版社，2011
[2] 中铁一局集团有限公司.TB10754-2010、J1150-2011《高速铁路轨道工程施工质量验收标准》.[S].北京：中国铁道出版社，2011
[3] 中铁三局集团有限公司.TB10424-2010、J1155-2011《铁路混凝土工程施工质量验收标准》.[S].北京：中国铁道出版社，2011
[4] 中铁三局集团有限公司.铁建设[2010]241号《铁路混凝土工程施工技术指南》.[S].北京：中国铁道出版社，2011
[5] 铁道部科学技术司.科技基[2008]74号 《客运专线铁路双块式无砟轨道双块式混凝土轨枕暂行技术条件》.[S].北京：中国铁道出版社，2009
[6] 铁道部科学技术司.科技基[2005]101号《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》.[S].北京：中国铁道出版社，2005
[7] 铁道部科学技术司.《干旱风沙地区混凝土和无砟轨道施工质量控制措施研究》2010G019-A.2010
[8] 中铁第一勘察设计院集团有限公司.兰乌二线施（轨）09《路基地段双块式无砟轨道设计图》.[Z].西安：中铁第一勘察设计院集团有限公司，2012
作者简介：
王龙龙，男，1987年01月15日，工程师，项目总工程师，大学本科，交通工程。
论文作者:王龙龙1,冯贵新2,张春林3,张玉山4
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/17
标签：混凝土论文; 裂纹论文; 轨道论文; 轨枕论文; 水分论文; 西北地区论文; 干旱论文; 《基层建设》2019年第26期论文;