(1)轨枕处在露天环境中,由于混凝土致密,水、气不会渗入内部,但当裂缝开展到一定宽度,且裂缝深度到达保护层时,水、气就会沿着裂缝逐步渗透到达钢筋,引起钢筋腐蚀、生锈,铁锈是一种铁的化合物(氧化铁),其体积膨胀4倍,在混凝土内部引起内应力,导致混凝土进一步开裂,并使预应力钢筋与混凝土的握裹力降低,从而影响轨枕的承载能力。
需要指出的是,混凝土结构中钢筋的腐蚀主要是电化学腐蚀,其腐蚀速度(程度)与钢筋所处环境的碱度(pH值)有关,pH值越高,越能保护钢筋不被腐蚀。当结构混凝土有裂缝时,水进入到钢筋引起氧化,钢筋锈蚀,气进入裂缝引起混凝土碳酸化,降低pH值,加深钢筋腐蚀,而且这种腐蚀当有C1-和SO42-离子存在时会加剧。
(2)研究表明,结构混凝土的裂缝只有达到一定宽度时,水、气才能渗入,引起钢筋腐蚀。国内外规范规定,钢筋混凝土结构的裂缝允许宽度为0.1~ 0.3mm(视不同介质环境),预应力混凝土结构甚至不允许出现裂缝,其目的都是为了保证钢筋不锈蚀。但从国内外作的多次调查和试验,又证明裂缝宽度与钢筋锈蚀没有直接关系。
中国建工四局科研所等八单位曾调查华南、华东、西南、西北的48项钢筋混凝土结构工程,裂缝宽度为0.13,1,2,4,9mm,有的达规范规定的30倍之多。结果发现,除在氯化物含量较高环境中,钢筋有较大锈蚀外,其余均末发生锈蚀,日本为探索预应力混凝土接触网支柱产生裂缝后的耐久性问题,曾将已有裂缝的支柱自然置于冬(—10 ~ —18℃)夏(16~36℃)的环境中进行长达二十余年的反复冻融试验,从长期的观测总结中,可看出裂缝宽度没有扩展,混凝土的碳酸化也是轻微的,未发现内部钢筋锈蚀。
轨枕虽然也处于露天环境,但底部有30cm厚的道渣垫层,不会浸泡在水中。根据调查分析,表面宽度不超过lmm的裂缝,深度一般也达不到钢筋位置。这种裂缝对其结构性能是不会有影响的。
(3)调查研究还表明,纵向裂缝对结构耐久性的影响一般要比横向裂缝严重。因钢筋混凝土构件的纵向裂缝引起的钢筋锈蚀会使保护层剥落,龟裂扩展会引起混凝土疏松、掉块。笔者等曾从不同线路上抽取16根,其中带有不同纵裂状态的轨枕11根,常态轨枕5根,逐根进行轨下截面静载抗裂强度和疲劳强度试验。从表3的试验结果可看出:①出现贯通裂缝的轨枕,大部分轨下截面的静载抗裂强度有比较明显的降低;②端部纵裂或龟裂的轨枕,静载抗裂强度及疲劳强度,与常态轨枕比较,一般无显著差别。这说明轨端部的纵裂和龟裂多是从表面开始,还未发展到影响混凝土与钢筋的握裹力。
另据八十年代昆明铁路局的调查,螺旋道钉孔顶面纵裂宽度不超过lmm的轨枕使用十年,通过总重2.6吨,大都仍能保持轨距。剖开纵裂轨枕,内部钢筋一般均末锈蚀,但沿钉孔纵裂宽度达3mm以上,裂缝长度从钉孔延伸至两端变截面时,将对轨距保持能力造成影响。
从多次调查及表3试验结果可看出,宽度和长度都不大的裂缝对轨枕承载能力几乎没有影响。因此可以采用修补办法将裂缝封闭,以提高结构耐久性。中国铁科院等单位研制的补缝胶、修补胶等用来修补裂缝轨枕,施工简单易行,造价低廉,对提高轨枕结构耐久性,具有良好效果。