2.2 物理因素

　　物理因素系指轨枕制造和铺设、运营过程中受冷热、干湿、冻融等的作用。当蒸汽养护过程中升温很快，恒温温度很高时，由于混凝土中气、水、水泥、砂石等不同材料热膨胀系数不同，而混凝土初期结构强度又很低时，高温使气、水大大膨胀，造成混凝土内部结构缺陷，容易引起轨枕表面特别是端头表面的混凝土龟裂，疏松。

　　有一段时间，不少工厂轨枕生产中蒸汽养护没有预养时间，升温很快，恒温温度高于95℃，脱模时轨枕端部混凝土肿胀、疏松情况常有发生。而且放张时混凝土强度很多低于35N/mm2(70%fcu)，造成混凝土轨枕纵裂、龟裂现象较多。

　　当出厂时仅有细微裂缝或仅有隐性微裂(肉眼看不见)的轨枕，在运营过程中，受到振动、冲击、疲劳荷载的作用，以及外界环境不断变化着的干湿循环，冻融循环作用，也会使裂缝的宽度和长度发展。

　　2.3 化学因素

　　化学因素指钢筋锈蚀、混凝土腐蚀、碳酸化、碱集料反应等。对中国混凝土轨枕而言，其中碱集料反应(AAR)引起的破坏不容忽视。碱集料反应的三个条件是：活性集料、高碱水泥和水，其破坏机理是以上三种物质进行化学反应，在混凝土内集料与水泥石的界面上生成硅酸盐凝胶，体积膨胀，引起混凝土开裂。其中最为普遍的碱-硅酸反应，方程式为： SiO 2十2ROH十nH 20→R 2Sio 3(n十1)H 20(R为Na或K)

　　由于中国生产的水泥长期对碱含量不作限制。采用高碱水泥可提高水泥产量，降低成本。而中国有一些地区的混凝土粗集料(石子)具有明显的碱活性，二者结合在一起，容易形成碱集料反应(AAR)破坏。这个问题是从六十年代末期开始，某工厂生产的预应力混凝土轨枕(以及桥梁)屡屡发生纵裂和龟裂，而又从结构、工艺、铺设养护条件进行改进还依然有纵裂、龟裂出现，直至八十年代末期，才开始认识并通过试验予以证实的。检验过程是：先从轨枕混凝土中取芯样，检验项目包括：①肉眼或用立体显微镜观察，再用偏反光显微镜观察光薄片，一般AAR造成的破坏常会损伤集料颗粒，裂缝多从集料延伸至浆体，有时还能明显观察到集料颗料裂开，或边缘被撕裂。这一特征十分重要，因盐腐蚀、化学腐蚀、钢筋锈蚀、碳酸化、机械荷载等不会使集料颗粒受到损伤，因此这是AAR与其他破坏因素的主要特征;②依靠电子显微镜加上能谱分析可以测得碱硅酸盐凝胶的化学成分，这是发生AAR的直接证明。另外，将混凝土的集料用机械方法和化学方法(一般是盐酸溶液处理)分离出来，再用快速法和岩相法鉴定其碱活性，如对上海站所用宽轨枕以及滨绥线轨枕鉴定其碱活性，用压蒸快速法测得部分活性集料的膨胀值如表2。

　　从表2中可看出，砂不具有碱活性，而粗集料中活性较大者膨胀率已远远超过0.1%，接近于0.4%，然后采用综合判定，可证实AAR破坏的可信程度。

　　铁科院曾对中国华东、华南、华中、华北、西南、西北、东北各地区的15家轨枕厂现行使用的粗集料进行碱活性检验，先用岩相法评定出可疑集料，采用压蒸快速法鉴定有10家厂的集料有潜在活性，以后再采用普通砂浆棒法和混凝土柱法，汇总后最终评定为5家.

　　粗集料有碱活性，分别分布在华北、华中、西南、西北地区。由此可见，AAR引起的轨枕龟裂，纵裂问题不容忽视。

　　综上所述，纵向裂缝主要由内因(材料、结构、工艺因素)所致，外因(荷载及冻融、干湿循环)仅是促其发展，横向裂缝则是内因(预应力配筋，断面及混凝土强度)与外因(荷载及轨枕支承条件)综合作用所致。

　　3 裂缝对混凝土轨枕结构耐久性的影响

　　(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。