预应力混凝土轨枕的裂缝及结构耐久性

中国预应力混凝土轨枕从研究、生产到推广应用，历时四十年，产量逾亿根，铺设里程累计达七万公里，与世界各国采用混凝土轨枕相比，数量上占有很大比例。使用三十余年来，混凝土轨枕发生了不少损伤，涉及到行车安全，从而经常考虑伤损轨枕是否应从运营线路上换下。但要换上新的轨枕，除要重新制造外，还要装卸，运输并到线路上进行换枕工作，不仅需耗费大量人力物力，有时还会影响行车，其耗费往往是一根轨枕本身造价的四到五倍。
在使用三十余年来，拆换下的伤损轨枕，除了少量是由于行车、装卸事故等造成的机械性破损外，绝大部分则是由于产生各种各样的裂缝，担心其影响轨枕承载能力而被拆换的。
轨枕作为一种预应力混凝土结构，裂缝是难避免的，因此研究预应力混凝土轨枕裂缝的成因及其危害性，研究如何预防和控制裂缝，对提高混凝土轨枕的结构耐久性，延长轨枕的使用寿命，将是十分重要的。
1混凝土轨枕裂缝的类型及表现
1．1混凝土枕裂缝的类型
1．1．1轨下垂直横向裂缝(轨下正弯矩裂缝)
这种裂缝出现在轨枕两侧下部，一般情况下，裂缝较小，宽度在0.1mm以下，长度未超过中和轴。1981年对筋69、弦69等轨枕调查结果表明，钢轨接头处的轨枕，其轨下垂直裂缝比例为60%；而钢轨大腰处的轨下垂直裂缝比例，筋69和弦69分别为37%和20%。
1．1．2枕中垂直(横向)裂缝(枕中正弯矩和负弯矩裂缝)
1981年调查的69型轨枕(1971—1976年间生产)，筋69轨枕枕中正弯矩裂缝分别为34%和11%(不同区段)，弦69枕中裂缝分别为36%和13%(不同区段)。裂缝的宽度及长度均比轨下裂缝严重，有的枕中正负弯矩裂缝连在一起形成环向裂缝，个别轨枕有多道环向裂缝。1991年调查的S—2(1986年生产)轨枕，枕中垂直裂缝约占调查裂缝轨枕的23．7%，其中钢轨接头处的轨枕，枕中垂直裂缝比率更高，占63%以上。
1．1．3轨枕顶面螺栓孔纵向裂缝
这种裂缝通常从螺栓孔处为起点逐渐向轨枕中部和端部延伸，有的一直裂到端部，造成劈裂，严重者裂缝宽达3~5mm。1975年及1981年调查的69型轨枕，沿螺栓孔纵裂的数量随不同制造厂家和不同区段而有所不同。沿钉孔纵裂轨枕占调查轨枕总数的比例分别是0%、18%、20%、40%、48%等。1991年调查Ⅱ型轨枕共193889根，伤损轨枕有18682根，伤损率为9．6%，顶面沿螺栓孔纵裂占全部伤损轨枕的33．8%。总之，轨枕顶面沿螺栓孔纵裂是预应力混凝土轨枕最为普遍存在的裂缝，不仅运营数年的轨枕有，存在路边备用的轨枕有，