新建鐵路無(wú)砟軌道板養(yǎng)護(hù)溫度測(cè)控研究

李敏霞，許宏偉，焦永剛

(石家莊鐵道大學(xué)，石家莊 050043)

新建鐵路無(wú)砟軌道板養(yǎng)護(hù)溫度測(cè)控研究

李敏霞，許宏偉，焦永剛

(石家莊鐵道大學(xué)，石家莊 050043)

本文對(duì)新建高速鐵路CRTSⅡ型無(wú)砟軌道板蒸養(yǎng)中的養(yǎng)護(hù)制度、測(cè)點(diǎn)分布進(jìn)行了研究;并對(duì)養(yǎng)護(hù)期間的溫度場(chǎng)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。根據(jù)各測(cè)點(diǎn)溫度曲線變化規(guī)律，分析了養(yǎng)護(hù)時(shí)間與生產(chǎn)不匹配問(wèn)題，并對(duì)存在問(wèn)題提出改進(jìn)措施。

CRTSⅡ 養(yǎng)護(hù) 溫度 測(cè)控研究

軌道是高速鐵路和客運(yùn)專線的重要組成部分，為了滿足高速鐵路高安全性和高舒適性的要求，無(wú)砟軌道技術(shù)在客運(yùn)專線的施工中得到了廣泛的應(yīng)用，并必將成為我國(guó)客運(yùn)專線的發(fā)展方向。目前正在建設(shè)的京滬客運(yùn)專線高速鐵路采用了CRTSⅡ型無(wú)砟軌道系統(tǒng)，為了保證在軌道板生產(chǎn)時(shí)具有較高的效率和質(zhì)量，需要對(duì)軌道板的養(yǎng)護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究。

本文結(jié)合京滬高鐵CRTSⅡ無(wú)砟軌道板澆筑后的溫度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，初步研究軌道板水化熱放熱規(guī)律，以保證澆筑后軌道板不會(huì)出現(xiàn)表面裂縫。并對(duì)澆筑中存在的養(yǎng)護(hù)時(shí)間延長(zhǎng)，與整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)不匹配的問(wèn)題，提出了解決方案。測(cè)試地點(diǎn)位于江蘇徐州地區(qū)，監(jiān)測(cè)階段分別為6月下旬和7月。

1 軌道板養(yǎng)護(hù)制度

養(yǎng)護(hù)的主要控制參數(shù)有：升溫時(shí)間、升溫速度、恒溫時(shí)間、恒溫溫度、降溫速度等。當(dāng)混凝土制品的外形尺寸、原料性能、混凝土配合比及其他工藝條件一定時(shí)，蒸養(yǎng)工藝是決定混凝土性能及制品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。根據(jù)文獻(xiàn)，又經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究，軌道板廠制定了相應(yīng)的蒸養(yǎng)制度。

混凝土入模前需將模板溫度控制在10～30℃之間，混凝土入模溫度控制在5～30℃之間。在軌道板澆筑完畢混凝土初凝并起出側(cè)模板后，立刻在混凝土表面覆蓋帆布養(yǎng)護(hù)。恒溫期板體混凝土芯部最高溫度不超過(guò)55℃，控制溫度要與軌道板溫度平衡，溫差應(yīng)≤15℃。試件強(qiáng)度達(dá)到48 MPa以上時(shí)，即可撤掉帆布進(jìn)行脫模。脫模時(shí)，軌道板表面與周圍環(huán)境溫差應(yīng)≤20℃。軌道板脫模后應(yīng)立即進(jìn)行覆蓋自然養(yǎng)護(hù)，當(dāng)軌道板表面溫度與周圍環(huán)境溫差≤15℃時(shí)，方可撤掉覆蓋物運(yùn)出廠房存放。

2 傳感器布置

2.1 臺(tái)座模具測(cè)溫傳感器安裝布置

在每個(gè)臺(tái)座模具下方分別距臺(tái)座左、右端部大約15 m處，各安放1支測(cè)溫傳感器。安裝高度應(yīng)該在距離模具底部3～5 cm左右(不可與模具底面相接觸)，用于檢測(cè)臺(tái)座底部的環(huán)境溫度，傳感器將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給溫度控制儀。并通過(guò)兩臺(tái)電磁閥調(diào)節(jié)蒸汽或熱水的流量，分別控制臺(tái)座下方左、右兩部分空間的環(huán)境溫度，間接達(dá)到控制軌道板模具預(yù)熱加溫的工藝要求。

2.2 軌道板芯部混凝土溫度檢測(cè)傳感器布置

軌道板生產(chǎn)工藝要求每個(gè)批次的產(chǎn)品必須使用同一配比的混凝土制作若干組混凝土試塊，并且要求該試塊與本批次的軌道板同條件養(yǎng)護(hù)。由于澆筑一個(gè)臺(tái)座的全部27套軌道板的生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，可能要3 h甚至更長(zhǎng)，因此準(zhǔn)確采集和監(jiān)測(cè)軌道板芯部溫度就非常重要。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，檢測(cè)軌道板芯部溫度的傳感器埋設(shè)在最后一套軌道板中最合理。

2.3 試塊養(yǎng)護(hù)箱

每一個(gè)軌道板臺(tái)座都有一個(gè)與之相對(duì)應(yīng)的試塊養(yǎng)護(hù)箱。試塊養(yǎng)護(hù)箱是完成混凝土試塊與軌道板同條件養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵性設(shè)備，其中布置兩支測(cè)溫傳感器，分別為養(yǎng)護(hù)箱水溫傳感器和混凝土試塊芯部溫度傳感器。混凝土試塊制作成型后放入養(yǎng)護(hù)箱中，浸泡在水中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)方式是通過(guò)控制水溫，間接加熱混凝土試塊，試塊溫度自動(dòng)跟隨軌道板的芯部溫度，使其達(dá)到自動(dòng)與構(gòu)件芯部溫度相一致，從而滿足試塊與軌道板構(gòu)件同條件養(yǎng)護(hù)的要求。

3 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與分析

保證混凝土軌道板養(yǎng)護(hù)質(zhì)量的關(guān)鍵就是控制好混凝土的養(yǎng)護(hù)溫度。軌道板養(yǎng)護(hù)期實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)包括板芯溫度、環(huán)境溫度、控制溫度、熱水溫度、試塊溫度等，本文根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)繪制了各主要測(cè)點(diǎn)的溫度變化曲線。

3.1 測(cè)點(diǎn)溫度曲線

圖1、圖2為7月中旬測(cè)點(diǎn)溫度曲線，圖3、圖4為6月下旬測(cè)點(diǎn)溫度曲線。圖中曲線記錄了板芯溫度、環(huán)境溫度、控制溫度、試塊溫度等在軌道板養(yǎng)護(hù)期間溫度曲線，分靜停期、升溫期和恒溫期。

1)根據(jù)圖1曲線，板芯溫度在預(yù)養(yǎng)4 h之后開(kāi)始升溫，升溫速率 <5℃/h。板芯最高溫度為53℃，最高溫度出現(xiàn)在10～15 h的恒溫段。恒溫段板芯溫度始終低于55℃。板芯溫度變化受水化熱、控制溫度、環(huán)境溫度等多方面影響。

2)根據(jù)圖1曲線，恒溫期試塊溫度自動(dòng)跟隨軌道板的芯部溫度，從而達(dá)到試塊與軌道板構(gòu)件同條件養(yǎng)護(hù)的目的。但是在靜停期和升溫期，試塊溫度大于板芯溫度。從圖2中可以看出，試塊溫度主要受養(yǎng)護(hù)箱中熱水溫度影響。在恒溫器后期，由于水化熱使試塊溫度超過(guò)熱水溫度，兩者溫差小于3℃。

3)圖3記錄了6月環(huán)境溫度稍低時(shí)的溫度曲線。根據(jù)曲線，恒溫期板芯溫度不超過(guò)50℃，養(yǎng)護(hù)時(shí)間需要延長(zhǎng)1 h，為17 h。根據(jù)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)期間調(diào)研，冬季和初春季節(jié)軌道板最高溫度普遍不超過(guò)50℃，故養(yǎng)護(hù)時(shí)間為18 h左右。這樣導(dǎo)致養(yǎng)護(hù)生產(chǎn)周期增長(zhǎng)，與整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)不匹配。只有將養(yǎng)護(hù)時(shí)間控制在16 h以內(nèi)才有很好的操作性。

圖1 測(cè)點(diǎn)溫度曲線1

圖2 測(cè)點(diǎn)溫度曲線2

圖3 環(huán)境溫度低時(shí)測(cè)點(diǎn)溫度曲線

圖4 板芯與控制溫度溫差

4)圖4分析了板芯與控制溫度的溫差，最大溫差為10℃，控制溫度要與軌道板溫度平衡，一般溫差控制在15℃以內(nèi)，數(shù)據(jù)滿足要求。

3.2 結(jié)果分析與改進(jìn)措施

從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，混凝土澆筑后，養(yǎng)護(hù)期間各項(xiàng)指標(biāo)都符合規(guī)范要求。軌道板表面和芯部溫差<20℃，軌道板脫模時(shí)，軌道板表面與周圍環(huán)境溫差遠(yuǎn)未超過(guò)規(guī)范規(guī)定的20℃的限制值。炎熱天氣中，采用低溫水拌合混凝土，軌道板芯部溫度不超過(guò)55℃。但是筆者也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題并提出相應(yīng)改進(jìn)措施。

1)在靜停期和升溫期，試塊溫度和板芯溫度不能很好一致。由于入模后影響板芯溫度的因素除了模板之外還有環(huán)境溫度、周邊混凝土溫度場(chǎng)等，控制系統(tǒng)應(yīng)將所有影響因素一并加以考慮，進(jìn)而對(duì)電加熱量進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，控制水溫。從而達(dá)到試塊溫度自動(dòng)與構(gòu)件芯部溫度相一致，實(shí)現(xiàn)試塊與軌道板構(gòu)件同條件養(yǎng)護(hù)的目標(biāo)。

2)環(huán)境溫度低時(shí)，尤其在冬期，養(yǎng)護(hù)期間軌道板溫度偏低，不得不延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間，影響后續(xù)生產(chǎn)，導(dǎo)致整個(gè)環(huán)節(jié)不匹配。改進(jìn)措施有三方面：第一，軌道板上部加強(qiáng)保溫。環(huán)境溫度低于20℃時(shí)，應(yīng)在帆布上再加蓋保溫層，材料推薦棉篷布。第二，提高控制溫度。控制溫度與軌道板溫差控制在15℃以內(nèi)，在滿足規(guī)范要求基礎(chǔ)上，可適當(dāng)提高控制溫度，進(jìn)而增強(qiáng)對(duì)軌道板的加熱作用。另外，升溫期升溫速率也有提高的余地。但是考慮到升溫速度決定著殘余變形的大小及脫模強(qiáng)度，升溫越快，所需臨界初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也越高，升溫過(guò)快還將降低砂漿與鋼筋的黏結(jié)強(qiáng)度。因此，板芯升溫速度不宜超過(guò)10℃/h。第三，從工藝上解決，優(yōu)化混凝土配合比。在保證強(qiáng)度等指標(biāo)的基礎(chǔ)上，可適當(dāng)增加水泥用量，從而增加混凝土水化熱，采用高水化熱的水泥也是優(yōu)化養(yǎng)護(hù)時(shí)間的有效措施。

4 結(jié)語(yǔ)

軌道板生產(chǎn)過(guò)程中，養(yǎng)護(hù)是一個(gè)重要環(huán)節(jié)?；炷聊唐陂g溫度場(chǎng)受到多方面的影響，是一個(gè)復(fù)雜的熱工現(xiàn)象。本次對(duì)施工的無(wú)砟軌道板均進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，并對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，對(duì)軌道板養(yǎng)護(hù)期的溫度控制提出了可靠依據(jù)，并對(duì)存在問(wèn)題提出了建議。

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U213.2+43

A

1003-1995(2011)03-0109-03

2010-09-15;

2010-12-13

國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目資助(2009AA11Z102)

李敏霞(1976— )，女，河北新樂(lè)人，講師，工學(xué)碩士。

(責(zé)任審編 趙其文)